DE1755960A1

DE1755960A1 - Kraftfahrzeugscheinwerfer-System

Info

Publication number: DE1755960A1
Application number: DE19681755960
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Ing Gaugel
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1968-07-16
Filing date: 1968-07-16
Publication date: 1971-12-30

Description

"Kraftfahrzeugscheinverfer-System" ') Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugscheinverfer-System für Fern-und Abblendlicht. Bei den derzeitig ausschließlich,benutzten Kraftfahrzeugscheinverfern dienen die Leuchtkörper von Glühlampen als nahe- zu punktförmige Lichtquellen, deren Lichtstrom durch Reflektoren, die außerhalb der Glühlampen angeordnet oder Teil der Glühlampen sein können, gebündelt und durch lichtbrechende Elemente auf der Scheinverferabdeckscheibe in die gewünschte Richtung gelenkt wird.
Da Glühlampen nur eine mäßige Lichtausbeute besitzen, müssen diese Licht- quellen eine erhebliche Leistung aufnehmen, um den zur Ausleuchtung der Fahrbahn notwendigen Lichtstrom zu erzeugen und stellen deshalb eine er- hebliche Belastung des Fahrzeugnetzes dar. Der Wirkungsgrad dieser Schein- werfer hängt überdies stark von der Güte>der Reflektoren ab, die sich durch Verschmutzung und Korrosion im Laufe der Zeit stark vermindern kann.
Die praktische Verwendung von Entladungslampen mit nahezu punktförmigem Bogen als Lichtquellen in Kraftfahrzeugen scheiterte bisher an den schwe- ren Zündgeräten für diese Lampen und an den hohen Kosten für erschütterungs- feste Lampen und Geräte. #) 63 c 62/o1 Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Kraftfahrzeugscheinverfer-SVstars geringerer Leistungsaufnahme ohne einen lichtbündelnden Reflektor.
Des Kraftfahrzeugscheinverfer-Srsten für Fern- und Abblendlicht mit mindestens einer Laserlichtquelle und einer von den oder den Lichtbündeln durchsetzten Abdeckscheibe, welche durch optische Mittel die gewünschte Beleuchtungsstärkeverteilung erzeugt, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende zwischen der Abdeckscheibe@ und der das Abblendlicht liefernden Laserlichtquelle angeordnet ist und das ohne Zuhilfenahme eines Reflektors erzeugte Lichtbündel nach oben begrenzt.
Als Laserlichtquellen kommen vorzugsweise Halbleiterdioden aus

II-VI-Verbindungen in Frage, i wie auch die III-V-Verbindun-

gen (z.B. Galliunarsenid)#zIrHalbleiter bilden. Da der Wir-

kungsgrad dieser Lichtquellen sehr hoch ist, läßt sich der erfor- derliche Lichtstrom von 1000 bis 2000 Lumen bei günstiger spektra- ler Lage der Emission durch eine Leistungsaufnahme von einigen Watt erreichen. Bei der erforderlichen Versorgungs-Gleichspannung von einigen Volt stellt der Betrieb derartiger Laserdioden am Kfz-Bordnetz kein Problem dar.
Laserdioden strahlen innerhalb eines engen Winkelbereiches von 2 bis = 10o gebündeltes Licht aus und entsprechen deshalb der Kombination von Kraftfahrzeugglühlampe und Reflektor beim her- kömmlichen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Die Erfindung wird an Hand von Beispielen erläutert.
Die Figuren i und 2 zeigen ein Kraftfahrzeugbeleuchtungs-Systen für asymmetrisches Abblendlicht und Fernlicht mit zwei Laserdioden. Die Figuren 3 und 4 zeigen ein entsprechendes Zweischeinverfer-System, jedoch mit jeweils nur einer Laserdiode.
Die Figuren 5 und 6 stellen ein anderes Zweischeinwerfer-System mit jeweils zwei Laserdioden dar.
Die Figuren 7 und 8 zeigen den Abblendlichtscheinverfer eines Vierscheinverfer-Systems.
Figur 9 zeigt ein Zweischeinwerfer-System ähnlich demjenigen der Figur 3.
In Figur 1 ist schematisch ein Beleuchtungssystem für zwei Schein- werfer dargestellt. Jeder Scheinwerfer enthält eine Laserdiode 1 für Fernlicht sowie eine Laserdiode 2 für Abblendlicht. Zwischen dieser und der Abdeckscheibe 3 ist die das Lichtbündel des Abblend- lichtes begrenzende feststehende Blende 4 angeordnet. Die Laserlicht- quelle 1 für Fernlicht ist zwischen der Abdeckscheibe 3 und der Blen- de 4, vorzugsweise in deren Nähe und an ihr befestigt, angebracht.
Um eine bessere Ausnutzung des Lichtstromes zu erreichen, kann die Hauptachse der Diode 2 etwas nach unten geneigt sein.
Die Blende 4 ist in Figur 2 in Fahrtrichtung gesehen. Sie liegt im wesentlichen im oberen Halbraum und begrenzt die Strahlung der Ab- blendlichtdiode nach oben hin so, daß die bekannte Form der Hell-Dunkel-Grenze mit horizontalem Teil und unter 15o ansteigendem Teil zwecks Ausleuchtung des rechten Fahrbahnrandes entsteht. Mit ihrem waagerechten Rand 6 reicht die Blende 4 etwas in den durch die hori- zontale Ebene, in der sich die Laserdiode 2 befindet, begrenzten un- teren Halbraum hinein.
Das Abblendlichtbündel 7 geht durch den unteren Teil der Abdeckscheibe hindurch, dessen lichtlenkende Elemente die gewünschte Ver- teilung der Beleuchtungsstärke erzeugen. Das Fernlichtbündel 8, welches auch zusammen mit den Abblendlicht betrieben werden kann, tritt durch den öberen Teil der Abdeckscheibe, deren lichtlenken- de Elemente die Strahlung fokussieren. Jede der beiden Lichtquel- len besitzt also ihr ausschließlich@zugeordnete Partien auf der Abdeckscheibe.
Einweiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Systeme so klein gebaut werden können, wie es eine sorgfältige Herstellung der Abdeckscheibe zuläßt. Bei einen Öffnungswinkel des Strahlungs- kegels von * 100 und einer Gesamtbaulänge von 180 mm weist die Ab- deckacheibe einen Durchmesser von etwa 70 mm auf.
Die Figur 3 zeigt einen Scheinwerfer eines anderen Zweischeinverfer-Systems, der nur eine Laserlichtquelle 9 mit der Hauptachse 10 ent- hält. Bei Schaltung auf Fernlicht wird die bei Abblendlicht einge- schwenkte und im wesentlichen den oberen Halbraum abdeckende Blende 11, z.B. elektromagnetisch, aus dem Strahlengang herausgeklappt. Lichtlenkende Elemente 12 in oberen Teil der Abdeckscheibe 13 tokussieren die hinzukommende Strahlung,. so daß ein weitreichendes Fernlicht entsteht, welches sich-den Abblendlicht überlagert. Anstelle der schwenkbaren Blende 11, die in Fahrtrichtung gesehen in Figur 4 dargestellt ist, kann auch eine elektromagnetisch betätigbare Jalousie vorgesehen sein. Schließlich kann ap die Stelle einer mechanischen Blende ein optisch wirkender Verschluß treten, bei dem a.B. die Transmission durch Anlegen einer elektrischen Span- nung verändert wird.
Bei Einführung dreier sich teilweise überlappender Blenden, die ge- trennt gesteuert werden, könnte diese Anordnung zu einen relativ einfachen Zweischeinverter-Systen weiterentwickelt werden, bei den entsprechend einen älteren Vorschlag drei verschiedene Abblendlicht- arten wahlweise zur Verfügung stehen. Die drei einzeln betätigten Blenden würden die Strahlung einer einzigen Diode wahlweise zu einem symmetrischen Stadtlicht, einem asymmetrischen Land- straßenabblendlicht und einer Autobahnabblendlicht begrenzen, während bei Fernlicht keine Blende im Strahlengang wäre. Licht- lenkende Elemente auf den zugeordneten Abdeckacheibenpartien sorgen wieder für brauchbare Beleuchtungsstärkeverteilungen. Während bei den oben geschilderten Beispielen etwa 50 96 des von der Abblendlaserdiode ausgehenden Lichtstromes an der Blende ver- loren gehen, findet bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungs- form eine wesentlich bessere Ausnutzung statt. Jeder Scheinwerfer dieses Zweischeinwerfer-Systems besitzt eine Laserdiode 14 für Fernlicht und eine Laserdiode 15 für Abblendlicht. Das Lichtbündel 16 des Fernlichtes geht nur durch den zentralen Teil 17 der in Figur 6 gegen die Fahrtrichtung gesehenen Abdeckacheibe 18 hin- durch.
Der durch die untere Partie 19 und die die asymmetrische Ausleuch- tung des Fahrbahnrandes bewirkende Partie 20 der Abdeck scheibe hin- durchgehende Lichtstrom 21 der Abblenddiode 15 erzeugt ein weit- reichendes Abblendlicht ähnlich wie in der Figur 1. Das oberhalb durch die Partie 22 der Abdeckscheibe hindurchtretende Bündel 23 wird durch die Prismenstruktur dieser Partie stark nach unten ab- gelenkt und dient zur Ausleuchtung der Fahrbahn in geringem Abstand vom Fahrzeug (Vorfeldbeleuchtung). Die Blende 24 ist so geformt, daß sie die Abdeckscheibenpartie für Fernlicht 17 und die Übergangszonen zwischen der oberen Partie 22 einerseits und den unteren Partien 19, 20 andererseits gegen die Strahlung der Diode 15 abdeckt. Die ört- liche Lage der Blende 24 relativ zu den beiden Lichtquellen ent- spricht der Lage der Blende 4 in Figur 1. Infolge dieser besseren Ausnutzung der Abblendlaserdiode 15 steht also der durch die untere Hälfte der Abdeckscheibe austretende Lichtstrom weitgehend zur Aus- leuchtung der Fahrbahn in größerer Entfernung zur Verfügung. Eine noch bessere Ausnutzung den Lichtstromes einer Abblendlaserdiode 25 ermöglicht ein Vierscheinverfer-Systea, von den in Figur 7 der Abblendscheinverfer dargestellt ist, während Figur 8 die Ab- deckscheibe gegen die Fahrtrichtung gesehen zeigt. Ähnlich wie in den Figuren 5 und 6 dient die untere Partie 26 zur Ausleuchtung der Fahrbahn in größerer Entfernung und die seitliche Partie 27 zur asymmetrischen Ausleuchtung den Fahrbahnrandes. Der Lichtstrom durch die obere Partie 28 der Abdeckscheibe 29 wird durch lichtbrechende Elemente stark nach unten gelenkt und zur Ausleuchtung den Vorfeldes benutzt. Die Blende 30 ist nur noch als schmales Band ausgebildet, welches nahe an der Abdeckscheibe angebracht ist, die Übergangszone zwischen den oberen und den unteren Partien ab- schirmt und deren untere Kante zur Bildung der Hell-Dunkel-Grenie dient. Da die Strahlung der Fernlichtdioden wiederum voll ausge- nutzt wird, erreicht man mit einem derartigen System eine fast vollständige Ausnutzung den Strahlungsflusses aller vier Laserdioden. Laserdioden emittieren im Gegensatz zu den bisher benutzten Licht- quellen für Kraftfahrzeugscheinwerfer kein Kontinuum, sondern ein- zelne Linien oder ein schmales Spektralband. Es kann deshalb vünschensvert sein, in einem Scheinwerfer nach der Erfindung zwei oder mehr Laserdioden so zu kombinieren, daß sie annähernd weißes Licht ergeben. Sowohl bei den Systemen mit nur einer Laserlichtquelle für Fern- und Abblendlicht als auch bei den Systemen, die für Fern- und Abblendlicht verschiedene Lichtquellen vorsehen, besteht dann jede Laserlichtquelle aus zwei oder mehr Komponenten, die etwa am selben Ort angebracht getrennt sind und verschiedene Wellen- längenbereiche aussenden und jeweils zusammen betrieben werden. In Figur 9 ist ein Scheinwerfer eines solchen Zweischeinwerfer-Systems gezeigt, der ähnlich der Figur 3 aufgebaut ist und eine Hauptachse 31, eine Abdeckscheibe 32 sowie eine schwenkbare Blende 33 besitzt. Es ist nur eine sowohl für Fern- aIs auch für Abblendlicht dienende Lichtquelle vorgesehen,ldir jedoch im Gegensatz zu Figur 3 aus zwei Komponenten (Laserdioden) 34 und 35 besteht, die die Wellenlängen A1 bzv. A2 emittieren, welche komplementär zueinander sind weißes Licht ergeben. Die Laserdiode 34 ist etwa auf der optischen Achse 31 angeordnet und das von ihr emittierte Licht der Wellen- länge A1 tritt durch den etwa in der optischen Achse unter einem .Winkel von 45o angeordneten Spiegel 36 hindurch, dessen Interferenzspiegelschicht 37 für diese Wellenlänge durchlässig ist. Die Laserdiode 35 strahlt ihr Licht der Wellenlänge %i2 in einer Richtung aus, die im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse 31 ist. Auch diese Strahlung trifft auf den Spiegel 36 auf, dessen Spiegelbelag für die Vellenlänge %2 hochreflektierend ist. Auf diese Weise fällt auch die Strahlung der Laserdiode 35 auf die Abdeckseheibe 32 und wird am Spiegel 37 mit der Strahlung der Laserdiode 34 verwischt. Für Kraftfahrzeugbeleuchtungs-Systeme mit polarisiertem Licht kann die Verwendung der Erfindung besondere Vorteile bringen. Zwar reicht der Polarisationsgrad von 92 9i der bekannten Halbleiterlaser noch nicht aus, um den Polarisator am Scheinwerfer einsparen zu können, doch wird der Ausnutzungsgrad im Vergleich zu bekannten und ein unpolarisiertes Licht emittierenden Lichtquellen erheblich verbessert.

Claims

Pateftansprüche i. Krafttahrseugscheinwerter=System für Fern- und Abblend- licht mit mindestens einer Laserlichtquelle und einer von dem oder den Lichtbündeln durchsetzten Abdeckscheibe, .weiche durch optische Kittel die gewünschte Deleuchtungsstürkeverteilung erzeugt, dadurch gekennzeichnet* daß eine Blende zwischen der Abdeckscheibe und der das Abblendlicht, liefernden Laserlichtquelle angeordnet ist und das ohne Zu- hilfenahme eines Reflektors erzeugte Lichtbündel nach ,oben begrenzt. 2. Kraftfahrzeugscheinwerfer-System nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen eine oder mehrere Halb- leiterlaserdioden verwendet sind. 3. Kraftfahrzeupscheinwerfer-Systen nach Anspruch i und 2, da- durch gekennzeichnet, daß eine Laserlichtquelle für Fern- licht und eine Laserlichtquelle für Abblendlicht vorgesehen ist und daß die@das Lichtbündel des Abblendlichtes begrensende.feststehende Blende zwischen der Laserlichtquelle für kbblendlicht und der Abdeckscheibe liegt, während die Laser- lichtquelle für Fernlicht zwischen der Abdeckzcheibe und der Blende, vorzugsweise in Nähe der Blende und an däser befe- stigt, angebracht ist. @. nach Anspruch 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Blende im wesentlichen den oberen Halb- raum abdeckt und mit ihrem unteren waagerechten Rand etwas in den durch die horizontale Ebene, in der die Laserlichtquelle für Abblendlicht liegt, begrenzten unteren Halbraum hineinragt und daß das Abblendlichtbündel durch den unteren Teil der Abdeckscheibe hendurchgeht, während das Fernlichtbündel durch den oberen Teil der Abdeckscheibe hindurchtritt. 5. Kraftfahrzeugscheinwerfer-System nach Anspruch 1 und 2, da- durch gekennzeichnet, daß nur eine Laserlichtquelle vorge- sehen ist und daß die Blende in das von dieser Lichtquelle erzeugte Lichtbündel hinein- und aus diesem herausschwenkbar angeordnet ist. 6. Kraftfahrzeugscheinverfer-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel für Fernlicht nur durch den zentralen Teil der Abdeckscheibe hindurchtritt und die Blende so geformt ist, daß sie nur diesen zentralen Teil und die Übergangszonen zwischen der oberen und der unteren Partie gegen die Strahlung der Abblendlichtquelle abschirmt. 7. Kraftfahrzeugscheinwerfer-System nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, daß der durch die obere Partie der Abdeckscheibe hindurchtretende Anteil des Lichtstromes der Abblendlichtquelle durch optische Mittel der Abdeckscheibe stark nach unten abge- lenkt ist und zur Ausleuchtung des Vorfeldes dient und daß der durch die untere Partie der Abdeckscheibe hindurchtretende Anteil des Lichtstromes der Abblendlichtquelle durch optische Mittel an dieser so gelenkt ist, daß er weitgehend zur Ausleuchtung der Fahrbahn in größerer Entfernung dient. B. Kraftfahrzeugscheinverfer-System nach Anspruch 1 und 2 mit vier Scheinwerfern, dadurch gekennzeichnet, daß der für Abblendlicht dienende Scheinwerfer eine bandförmige Blende nahe hinter der Abdeckscheibe besitzt, die nur die Übergangszone zwischen einer oberen und einer unteren Partie abschirmt und die optischen Mit- tel an der oberen Partie so gewählt sind, daß sie den durch sie hindurchtratenden Anteil des von der Laserlichtquelle emittierten Bündels stark nach unten zur Vorfeldbeleuch- tung ablenkt, während die optischen Mittel an der unteren Partie der Abdeckscheibe den durch sie hindurchtretenden Anteil dieses Lichtbündels zur Ausleuchtung der Fahrbahn in größerer Entfernung auslenkt. 9. Kraftfahrzeugscheinverfer-Systen nach Anspruch i bis $, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Laserlicht- quellen aus zwei oder mehr Komponenten (Laserdioden) be- stehen, die in verschiedenen Wellenlängenbereichen emittieren. 10. Kraftfahrzeugscheinverfer-Systea nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die goaponehten einer Lichtquelle etwa an gleichen Ort angeordnet sind il. Kraftfahrzeugscheinwerfer-System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laserlichtquelle aus zwei Laser- dioden besteht, deren Wellenlängen zueinander komplementär sind, daß ein Spiegel nahe der optischer Achse des Scheinwerfers unter einem Winkel von 45o zu dieser angeordnet ist, dessen Belag für die Wellenlänge des von der ersten Laser- diode emittierten Lichtes durchlässig ist, für die Wellen- länge des von der zweiten Laserdiode emittierten Lichtes je- doch hochreflektierend ist, daß die erste Laserdiode etwa in der optischen Achse des Scheinwerfers angeordnet ist und das von ihr erzeugte Licht durch den Spiegel hindurchtritt, wäh- rend die andere Laserdiode in einer Entfernung surr optischen Achse angeordnet ist und ihr Licht in eine Richtung senkrecht zur optischen Achse so ausstrahlt, daß es ebenfalls auf den Spiegel trifft, in dem auf diese Weise beide Strahlungen ver- mischt werden.