EP2063170A2 - Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

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EP2063170A2
EP2063170A2 EP20080013643 EP08013643A EP2063170A2 EP 2063170 A2 EP2063170 A2 EP 2063170A2 EP 20080013643 EP20080013643 EP 20080013643 EP 08013643 A EP08013643 A EP 08013643A EP 2063170 A2 EP2063170 A2 EP 2063170A2
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EP
European Patent Office
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lighting device
light
surface element
light source
reflector
Prior art date
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EP20080013643
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English (en)
French (fr)
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EP2063170A3 (de
EP2063170B1 (de
Inventor
Anil Dr. Taner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
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Publication of EP2063170A3 publication Critical patent/EP2063170A3/de
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/16—Laser light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/65—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on light sources
    • F21S41/663—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on light sources by switching light sources

Definitions

  • the invention relates to a lighting device for a vehicle with at least one light source and at least one arranged in the beam path of the light source optical imaging element.
  • a headlight 1 known which is shown in a simplified representation.
  • the headlight 1 has a lens 2 which is arranged on a roadway 5 for projection of the light emitted by a light-emitting diode array (LED array) 3 in advance of the vehicle. Through the lens 2, a projection image 4 of the activated LED array 3 is generated on the roadway 5.
  • LED array light-emitting diode array
  • the LEDs must have a relatively small edge length to illuminate different sectors on the roadway 5 can. LEDs with such an edge length offer little light output, so that the illumination for a high beam is insufficient.
  • LED modules are known to illuminate separate sectors in front of the vehicle. These LED modules require an optic that focuses the light very strongly. However, a large part of the LED light energy not used, because it can not be bundled. In addition, these modules must be very closely matched, which is extremely difficult and expensive.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • DMD Digital Mirror Device
  • a lighting device for a headlight of a motor vehicle which has an array of punctiform electroluminescent light sources, such as laser diodes.
  • a white light-emitting device includes a laser diode and a phosphor layer positioned to receive light from the laser diode.
  • the phosphor layer is adapted to absorb light from the laser diode and to emit light at longer wavelengths than the light of the laser diode.
  • a high light output is to be achieved with a low-consuming designed lighting device.
  • the surface element for illuminating the focal plane is formed by light emission due to excitations of the material of the surface element by the light emitted by the light source.
  • a high light output can be achieved by generating a peripheral illumination in the focal plane of the imaging optics.
  • the surface element is designed for wavelength conversion of the light emitted by the light source.
  • the illumination device preferably emits a light which appears white to the human eye.
  • the surface element is thus materially composed such that the light emitted by the surface element appears white to the human eye.
  • the material composition of the surface element may be selected so that the light emitted by the light source is converted into a spectral range which, viewed individually or in superposition of the light rays, emits a white light.
  • the surface element is configured in a functionality merely for illuminating the focal plane of the imaging element.
  • the surface element is preferably additionally formed with the functionality of the wavelength conversion.
  • the light source is a laser, in particular a laser diode.
  • a laser in particular a laser diode.
  • a laser light source allows a relatively small Energy consumption, so that in this regard an energy-efficient operation of the lighting device is possible.
  • a compact and reduced-component design of the lighting device can be ensured thereby.
  • a laser as a light source allows a very finely divided light distribution in the focal plane of the lens. LED arrays can not produce such a fine light distribution due to the reasons explained above, without losing light intensity. Lasers also have a smaller exit area than the area of a high-intensity LED, which is not designed as a laser diode.
  • the surface element is substantially planar.
  • the illumination of the focal plane can be ensured particularly effectively and uniformly homogeneously at the respective desired locations.
  • the surface element is arranged in the focal plane of the imaging element. This is the reason why the requirement for optimum illumination of the focal plane is fulfilled particularly advantageously.
  • the surface element is formed of a material comprising a phosphor composition.
  • a suitable phosphor composition may be used, adapted to the wavelength of the light emitted by the light source. This is particularly true in view of the fact that the light emitted by the surface element appears white to the human eye.
  • the excitation of the phosphor layer is preferably carried out with a laser. When converting the laser radiation into white light in the phosphor layer, the wavelength is flexible.
  • the light emitted by the light source is deflected via a reflector to the surface element.
  • the light emitted by the light source is thus not directly and directly emitted to the surface element, but it is a quasi indirectly and indirectly irradiated to the surface element.
  • the reflector is preferably a mirror movable in at least two spatial directions.
  • the micromirror with a two-dimensionally rotatable mounting can in this regard a highly flexible part be provided, with which the deflection of the light beam of the light source can be ensured quickly and at various positions of the surface element.
  • very different figures can be generated and projected very quickly.
  • the surface of the roller is shaped so that the length of the roller corresponds to at least the length or at least the width of the surface element.
  • the roller preferably consists of individual superimposed disks, which in their entirety restore the shape of a roller whose length corresponds at least to the length or at least the width of the surface element.
  • the number of slices, the surface of which preferably can illuminate a column or row of the sheet element during a rotation preferably corresponds to the number of segments in a column or row of the sheet element.
  • the one-dimensionally movable reflector must direct the light beam to the next line of the roll or the next slice of the roll. This simplifies the two-dimensionally mounted reflector to a one-dimensional reflector and a rotating roller.
  • a reflector unit has a reflector movable in a spatial direction and a rotatably mounted roller, which has a reflecting surface.
  • a one-dimensionally rotatably mounted roller can be provided with a reflective surface.
  • the surface of the roller is shaped so that a column or a row of the surface element can be completely covered or illuminated with one rotation of the roller.
  • the reflector is a sliding surface in a symmetry axis with a reflective surface.
  • the movable reflector completely eliminated, since the light source radiates directly onto the roller and the roller illuminates a row or column of the surface element.
  • the roller In order to illuminate further rows or columns of the surface element, the roller must be moved in the direction of its axis of rotation.
  • the surface of the roller is shaped such that a (virtual) disc of the roller directs the light beam of the light source to a different row or column of the surface element than the other (virtual) discs of the roller.
  • a reflection unit is formed from a roller which rotates about the axis of rotation and which is displaceable in the direction of the axis of rotation.
  • the rotation of the roller covers a row or column of the imaging element while the light source is stationary, while the displacement in the direction of the axis of rotation reaches the various columns or rows of the planar element.
  • the light can be deflected at a speed that can not be resolved by the human eye, whereby a projected overall image is perceived.
  • the surface element is formed from a non-self-luminous material.
  • a light emission of the surface element thus takes place only when an excitation of the material of the surface element has been carried out for light emission by the light of the light source. Unwanted light emissions or distortions of the light color can be prevented.
  • the surface element preferably has a plurality of defined surface segments defined from one another.
  • This refinement allows a fine distribution of the light distribution on the projection surface, in particular the roadway, with many sectors or segments. This is particularly advantageous if different light functions are to be displayed or a light function is to be adapted individually to different environmental conditions. In particular, this is particularly advantageous in the glare-free adjustment of a high beam of a headlight of a vehicle. Especially with such a configuration, the dazzling of other road users can thus be avoided when the high beam function is set, since automatically controlled individual surface segments are not illuminated and thus not excited to emit light.
  • the surface segments of the surface element are the same design and arranged in rows and columns.
  • this has Surface element thus a matrix-like configuration with surface segments.
  • the lighting device is designed as a headlight for apron illumination of a vehicle and for generating a high beam.
  • the low-beam function can be additionally generated. It can also be provided that the low-beam function of the lighting device can be realized in the embodiment as a headlight by another separate light source. In this context, a not designed as a laser diode or an LED array could be provided.
  • the lighting device that the well-known in the art LED array (for example, the LED array in Fig. 1 ) is replaced by the trained on excitation for light emission surface element.
  • the additional reflector the light, which is preferably emitted by a laser, can be deflected depending on the situation in such a way that the laser beam scans the currently required light distribution on the surface element. This happens so fast that the scanning of the light distribution is not visible to the human eye.
  • the surface element also serves to generate white light from colored light, which is thus in the visible spectral range, or also in the invisible spectral range of the light source. This is then projected onto the road via the imaging optics, in particular at least one lens.
  • the imaging optics in particular at least one lens.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a lighting device realized as a headlight 1 'for a motor vehicle.
  • a headlight 1 ' for a motor vehicle.
  • the components of the headlight 1 ' which are sufficient for the understanding of the invention are shown. This can furthermore have a plurality of further components.
  • the headlight 1 ' is thus designed for front-field illumination of the vehicle and designed in the exemplary embodiment, in particular with the procedure explained below and the components explained below for realizing the light function of the high beam.
  • a glare-free high beam is to be realized, which automatically controls controlled as a function of other road users different areas of the high beam, which would dazzle the identified participants. This provides a glare-free or adaptive high beam.
  • the headlight 1 has at least one lens 2 as an optical imaging element.
  • This lens 2 is positioned in the beam path of the laser 6 designed as a light source.
  • a planar surface element 8 is arranged, which has a multiplicity of surface segments 11 which are substantially identical in terms of shape design and dimensions.
  • the light from parallel beams, which are not parallel to the optical axis of the lens 2 is collected in a plane behind the lens 2, which is just as far from the lens 2 is removed, like the focal point. This layer is called the focal plane.
  • the surface element 8 is arranged between the lens 2 and the laser 6 and designed to illuminate the focal plane of the lens 2.
  • the surface element 8 is formed for illuminating the focal plane by light emission due to excitation of the material of the surface element 8 by the light emitted by the light source, the laser 6.
  • the surface element 8 is designed for wavelength conversion of the light emitted by the laser 6.
  • a reflector 7 is arranged, which is realized in the embodiment as a micromirror, which is movable in at least two spatial directions.
  • the light 9 emitted by the laser 6 can be deflected and directed onto the surface element 8 as a reflected beam 10.
  • specific sectors or segments 11 of the surface element 8 can thus be irradiated and excited to emit light.
  • the material of the surface element 8 is adapted to the spectral range of the light 9 emitted by the laser 6 such that a conversion of the light takes place such that the light emitted by the surface element 8 appears white to the human eye.
  • the material of the sheet 8 is a phosphor composition.
  • the surface element 8 thus serves firstly as a ground glass with respect to the orientation of the focal plane and secondly to the radiation conversion of the laser light, which may be in the red, green, blue or invisible to the human eye spectral range.
  • the radiating surface can be limited, which after the projection onto the roadway 5, the sectors or segments 12 of the glare-free high beam result.
  • the deflection of the light beam 9 or 10 with the reflector 7 and thus the movement and scanning on the surface element 8 and the segments 11 takes place so fast that it is imperceptible to the human eye in the image area 4 'of the projection.
  • the sectors or segments 12 projected on the roadway 5 as a function of the situation therefore appear as permanently homogeneously illuminated areas.
  • This LED array 3 is replaced by the surface element 8.
  • the surface element 8 is also formed of a material which is itself non-luminous. This means that no light emission takes place without excitation of the material of the surface element 8 by the light of the light source.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit zumindest einer Lichtquelle (6) und zumindest einem im Strahlengang der Lichtquelle (6) angeordneten optischen Abbildungselement (2), wobei zwischen der Lichtquelle (6) und dem Abbildungselement (6) ein Flächenelement (8) angeordnet ist, welches zumindest zur Ausleuchtung der Brennebene des Abbildungselements (2) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit zumindest einer Lichtquelle und zumindest einem im Strahlengang der Lichtquelle angeordneten optischen Abbildungselement.
  • Aus der DE 10 2005 014 953 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Beleuchtungseinrichtung mit veränderbarem Ausleuchtvolumen bekannt. Durch diese Beleuchtungseinrichtung wird ermöglicht, dass andere Verkehrsteilnehmer im Fernlichtbereicht erkannt und die Bereiche des Fernlichts ausgespart werden, die den erkannten Teilnehmer blenden würden. Dadurch kann ein blendfreies oder adaptives Fernlicht generiert werden.
  • Darüber hinaus ist gemäß der Darstellung in Fig. 1 ein Scheinwerfer 1 bekannt, welcher in vereinfachter Darstellung gezeigt ist. Der Scheinwerfer 1 weist eine Linse 2 auf, welche zur Projektion des von einem Leuchtdioden-Array (LED-Array) 3 emittierten Lichts im Vorfeld des Fahrzeugs auf eine Fahrbahn 5 angeordnet ist. Durch die Linse 2 wird ein Projektionsbild 4 des aktivierten LED-Arrays 3 auf die Fahrbahn 5 erzeugt.
  • Derartige LED-Arrays 3, die sich hinter der Linse 2 befinden und deren Anordnung von der Linse 2 auf die Straße projiziert wird, haben einerseits den Vorteil, dass die einzelnen Leuchtdioden nicht aneinander angepasst werden müssen. Die Leuchtdioden müssen jedoch eine relativ kleine Kantenlänge aufweisen, um verschiedene Sektoren auf der Fahrbahn 5 ausleuchten zu können. Leuchtdioden mit einer derartigen Kantenlänge bieten wenig Lichtleistung, so dass die Ausleuchtung für ein Fernlicht nur unzureichend ist.
  • Darüber hinaus sind LED-Module bekannt, die separate Sektoren vor dem Fahrzeug beleuchten sollen. Diese LED-Module benötigen eine Optik, die das Licht sehr stark bündelt. Dabei wird jedoch ein großer Teil der von der Leuchtdiode erzeugten Lichtenergie nicht genutzt, weil sie nicht gebündelt werden kann. Darüber hinaus müssen diese Module sehr genau aneinander angepasst werden, was äußert schwierig und aufwendig ist.
  • Ferner sind Leuchtdioden mit Reflexionsoptiken bekannt, welche das Licht ohne nennenswerte Reduzierung der Lichtleistung reduzieren können, welche dabei jedoch Abstrahlwinkel erzeugen, die zu grob sind, um einzelne Sektoren auf der Fahrbahn darstellen zu können. Auch hier ist eine aufwendige Justage der Optik erforderlich, was einerseits auch kostenintensiv und nur bis zu einem begrenzten Genauigkeitsgrad möglich ist.
  • Des Weiteren ist der Einsatz von LCD (Liquid Crystal Display) - und DMD (Digital Mirror Device)-Arrays bekannt, welche einen geringen Wirkungsgrad aufweisen und dadurch Lichtleistungen erzeugen, die für die Generierung eines Fernlichts eines Scheinwerfers für ein Fahrzeug nur unzureichend sind.
  • Aus der DE 101 33 869 A1 ist eine Leuchtvorrichtung für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs bekannt, welcher eine Anordnung von punktförmigen elektrolumineszenten Lichtquellen, beispielsweise Laserdioden, aufweist.
  • Aus der DE 10 2004 016 232 A1 ist ferner ganz allgemein eine weißes Licht emittierende Vorrichtung bekannt. Die Vorrichtung weist eine Laserdiode und eine Phosphorschicht auf, die so positioniert ist, um Licht von der Laserdiode zu empfangen. Die Phosphorschicht ist dahingehend angepasst, um Licht von der Laserdiode zu absorbieren und um Licht bei längeren Wellenlängen als die des Lichts der Laserdiode zu emittieren.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Fahrzeug zu schaffen, mit welcher die Aufteilung der Lichtverteilung zur Projektion auf die Fahrbahn verfeinert werden kann. Insbesondere soll eine hohe Lichtleistung mit einer aufwandsarm ausgestalteten Beleuchtungsvorrichtung erzielt werden.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, gelöst.
  • Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst zumindest eine Lichtquelle und zumindest ein im Strahlengang der Lichtquelle angeordnetes optisches Abbildungselement. Zwischen der Lichtquelle und Abbildungselement ist ein Flächenelement angeordnet, welches zumindest zur Ausleuchtung der Brennebene des Abbildungselements ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine sehr feine Aufteilung der Lichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung erzeugt werden. Es kann eine hohe Lichtleistung gewährleistet werden. Darüber hinaus ist ein relativ geringer Justageaufwand für die Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung erforderlich.
  • Vorzugsweise ist das Flächenelement zur Ausleuchtung der Brennebene durch Lichtemission aufgrund von Anregungen des Materials des Flächenelements durch das von der Lichtquelle emittierte Licht ausgebildet. Dadurch kann eine hohe Lichtleistung durch Erzeugung einer umfänglichen Ausleuchtung in der Brennebene der Abbildungsoptik erzielt werden.
  • Vorzugsweise ist das Flächenelement zur Wellenlängenkonversion des von der Lichtquelle emittierten Lichts ausgebildet. Vorzugsweise wird durch die Beleuchtungsvorrichtung ein für das menschliche Auge weiß erscheinendes Licht emittiert. Insbesondere ist somit das Flächenelement materiell so zusammengesetzt, dass das vom Flächenelement emittierte Licht für das menschliche Auge weiß erscheint. Diesbezüglich kann die Materialzusammensetzung des Flächenelements so gewählt sein, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht in einen Spektralbereich konvertiert wird, welcher für sich betrachtet oder in Überlagerung der Lichtstrahlen ein weißes Licht emittiert.
  • Ist in diesem Zusammenhang die Lichtquelle bereits zur Emission von weißem Licht ausgebildet, so ist es ausreichend, dass das Flächenelement in einer Funktionalität lediglich zur Ausleuchtung der Brennebene des Abbildungselements ausgebildet ist. Insbesondere dann, wenn die Lichtquelle nicht zur Emission von weißem Licht konzipiert ist und durch das Flächenelement eine entsprechende Spektralverschiebung vorzunehmen ist, ist das Flächenelement vorzugsweise zusätzlich mit der Funktionalität der Wellenlängenkonversion ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist die Lichtquelle ein Laser, insbesondere eine Laserdiode. Grundsätzlich reicht somit für die Beleuchtungsvorrichtung lediglich ein Laser als Lichtquelle aus. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass auch mehrere Laser angeordnet sind. Eine Laserlichtquelle ermöglicht einen relativ geringen Energieverbrauch, so dass auch diesbezüglich ein energieeffizientes Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung möglich ist. Darüber hinaus kann dadurch eine kompakte und bauteilreduzierte Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung gewährleistet werden. Ein Laser als Lichtquelle ermöglicht eine sehr fein aufgegliederte Lichtverteilung in der Brennebene der Linse. LED-Arrays können aufgrund der anfangs erläuterten Gründe eine derartig feine Lichtverteilung nicht erzeugen, ohne dabei an Lichtintensität zu verlieren. Laser haben darüber hinaus eine geringere Austrittsfläche als die Fläche einer lichtstarken LED, welche nicht als Laserdiode ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise ist das Flächenelement im Wesentlichen eben ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung kann die Ausleuchtung der Brennebene besonders effektiv und gleichmäßig homogen an den jeweils gewünschten Stellen gewährleistet werden.
  • Besonders bevorzugt erweist es sich, wenn das Flächenelement in der Brennebene des Abbildungselements angeordnet ist. Gerade dadurch ist die Anforderung an die optimale Ausleuchtung der Brennebene besonders vorteilhaft erfüllt.
  • Vorzugsweise ist das Flächenelement aus einem eine Phosphorzusammensetzung aufweisenden Material ausgebildet. Diesbezüglich kann angepasst an die Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichts eine geeignete Phosphorzusammensetzung verwendet werden. Dies insbesondere im Hinblick darauf, dass das von dem Flächenelement emittierte Licht für das menschliche Auge weiß erscheint. Die Anregung der Phosphorschicht erfolgt vorzugsweise mit einem Laser. Bei der Umwandlung der Laserstrahlung in weißes Licht in der Phosphorschicht ist die Wellenlänge flexibel.
  • Vorzugsweise ist das von der Lichtquelle emittierte Licht über einen Reflektor zum Flächenelement umgelenkt. Das von der Lichtquelle emittierte Licht wird somit nicht direkt und unmittelbar auf das Flächenelement abgestrahlt, sondern es wird ein quasi indirekt und mittelbar auf das Flächenelement eingestrahlt. Der Reflektor ist vorzugsweise ein in zumindest zwei Raumrichtungen bewegbarer Spiegel. Dadurch kann in aufwandsarmer und dennoch funktionszuverlässiger Weise die Ablenkung des von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahls auf die gewünschten Stellen des Flächenelements erreicht werden. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Mikrospiegels mit einer zweidimensional drehbaren Lagerung kann diesbezüglich ein hochflexibles Teil bereitgestellt werden, mit dem die Umlenkung des Lichtstrahls der Lichtquelle schnell und an verschiedenste Positionen des Flächenelements gewährleistet werden kann. Dadurch können bedarfsabhängig sehr schnell auch unterschiedlichste Figuren erzeugt und projiziert werden. Gerade beim Einsatz der Beleuchtungsvorrichtung in bewegten Objekten kann dadurch das Blenden von anderen Objekten, insbesondere Verkehrsteilnehmer, verhindert werden, da schnell spezifische Bereiche des Flächenelements angestrahlt oder nicht angestrahlt werden können. Vorzugsweise ist die Oberfläche der Walze so geformt, dass die Länge der Walze mindestens der Länge oder mindestens der Breite des Flächenelements entspricht. Ist das Abbildungselement in Segmente unterteilt, besteht die Walze vorzugsweise aus einzelnen aufeinanderliegenden Scheiben, die gesamtheitlich wieder die Form einer Walze ergeben, deren Länge mindestens der Länge oder mindestens der Breite des Flächenelements entspricht. Die Anzahl der Scheiben, deren Oberfläche vorzugsweise eine Spalte oder Zeile des Flächenelements während einer Drehung beleuchten können, entspricht vorzugsweise der Anzahl der Segmente in einer Spalte oder Zeile des Flächenelements. In allen Ausprägungen ist es möglich, den Lichtstrahl der Lichtquelle während einer Drehung der Walze auf eine Zeile oder Spalte des Flächenelements zu reflektieren. Um die nächsten Spalten oder Zeilen abzudecken, muss der eindimensional bewegliche Reflektor den Lichtstrahl auf die nächste Zeile der Walze oder die nächste Scheibe der Walze lenken. Dadurch vereinfacht sich der zweidimensional gelagerte Reflektor zu einem eindimensionalen Reflektor und einer rotierenden Walze.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Reflektoreinheit einen in einer Raumrichtung beweglichen Reflektor und eine drehbar gelagerte Walze aufweist, welche eine reflektierende Oberfläche aufweist.
  • Insbesondere kann diesbezüglich eine eindimensional drehbar gelagerte Walze mit spiegelnder Oberfläche vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Oberfläche der Walze so geformt, dass eine Spalte oder eine Zeile des Flächenelements mit einer Drehung der Walze komplett abgedeckt bzw. angestrahlt werden kann.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der Reflektor eine in einer Symmetrieachse verschiebbare Walze mit spiegelnder Oberfläche ist. Hier entfällt der bewegliche Reflektor vollständig, da die Lichtquelle direkt auf die Walze strahlt und die Walze eine Zeile oder Spalte des Flächenelements beleuchtet. Um weitere Zeilen oder Spalten des Flächenelements zu beleuchten, muss die Walze in Richtung ihrer Rotationsachse verschoben werden. Vorzugsweise ist die Oberfläche der Walze so geformt, dass eine (virtuelle) Scheibe der Walze den Lichtstrahl der Lichtquelle auf eine andere Zeile oder Spalte des Flächenelements lenkt als die anderen (virtuellen) Scheiben der Walze. Auf diese Weise entsteht eine Reflexionseinheit aus einer um die Rotationsachse drehende Walze, die in Richtung der Rotationsachse verschiebbar ist. Die Drehung der Walze deckt dabei bei feststehender Lichtquelle eine Zeile oder Spalte des Abbildungselements ab, während die Verschiebung in Richtung der Rotationsachse die verschiedenen Spalten oder Zeilen des Flächenelements erreicht.
  • Insbesondere ist durch das Bewegen des Reflektors das Licht in einer durch das menschliche Auge nicht auflösbaren Geschwindigkeit umlenkbar, wodurch ein projiziertes Gesamtbild wahrgenommen wird.
  • Vorzugsweise ist das Flächenelement aus einem nicht selbstleuchtenden Material ausgebildet. Eine Lichtemission des Flächenelements erfolgt somit nur dann, wenn durch das Licht der Lichtquelle eine Anregung des Materials des Flächenelements zur Lichtemission erfolgt ist. Unerwünschte Lichtemissionen oder Verfälschungen der Lichtfarbe können dadurch verhindert werden.
  • Vorzugsweise weist das Flächenelement mehrere definiert voneinander abgegrenzte Flächensegmente auf. Durch diese Ausgestaltung kann eine feine Aufteilung der Lichtverteilung auf der Projektionsfläche, insbesondere der Fahrbahn, mit vielen Sektoren bzw. Segmenten ermöglicht werden. Dies ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn verschiedene Lichtfunktonen dargestellt werden sollen oder eine Lichtfunktion individuell an unterschiedliche Umgebungsbedingungen angepasst werden soll. Insbesondere ist dies bei der blendfreien Einstellung eines Fernlichts eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs besonders vorteilhaft. Gerade bei einer derartigen Ausgestaltung kann somit das Blenden von anderen Verkehrsteilnehmern bei eingestellter Fernlichtfunktion vermieden werden, da automatisch gesteuert einzelne Flächensegmente nicht angestrahlt und somit nicht zur Lichtemission angeregt werden.
  • Vorzugsweise sind die Flächensegmente des Flächenelements gleich ausgebildet und in Reihen und Spalten angeordnet. Vorzugsweise weist das Flächenelement somit eine matrixartige Ausgestaltung mit Flächensegmenten auf.
  • Insbesondere ist die Beleuchtungsvorrichtung als Scheinwerfer zur Vorfeldausleuchtung eines Fahrzeugs und zur Erzeugung eines Fernlichts ausgebildet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass mit der Beleuchtungsvorrichtung und der einen Lichtquelle, insbesondere einem Laser, auch die Abblendlichtfunktion zusätzlich erzeugbar ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Abblendlichtfunktion der Beleuchtungsvorrichtung bei der Ausführung als Scheinwerfer durch eine anderweitige separate Lichtquelle realisierbar ist. In diesem Zusammenhang könnte auch eine nicht als Laser ausgebildete Diode oder auch ein LED-Array vorgesehen sein.
  • Vorzugsweise ist mit der Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen, dass das im Stand der Technik bekannte LED-Array (beispielsweise das LED-Array in Fig. 1) durch das über Anregung zur Lichtemission ausgebildete Flächenelement ersetzt ist. Durch den zusätzlichen Reflektor kann das vorzugsweise von einem Laser emittierte Licht situationsabhängig derart abgelenkt werden, dass der Laserstrahl die aktuell benötigte Lichtverteilung auf dem Flächenelement abrastert. Dies geschieht so schnell, dass das Abrastern der Lichtverteilung für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.
  • Das Flächenelement dient in seiner vorzugsweisen Ausgestaltung auch dazu, um aus farbigen und somit im sichtbaren Spektralbereich liegenden Licht oder auch im unsichtbaren Spektralbereich liegenden Licht der Lichtquelle weißes Licht zu erzeugen. Dieses wird dann über die Abbildungsoptik, insbesondere zumindest einer Linse, auf die Fahrbahn projiziert. Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung eines Lasers und einem segmentierten Flächenelement ist hierbei, dass die Rasterpunkte deutlich kleiner sind als die Kantenlängen bei herkömmlichen LED-Chips innerhalb eines Arrays, und somit eine feinere Lichtverteilung ermöglicht werden kann. Darüber hinaus können eine Vielzahl von Leuchtdioden in einem Array durch einen einzigen Laser und vorzugsweise einen Reflektor, insbesondere einen Spiegel, ersetzt werden.
  • Prinzipiell kann neben den bereits erläuterten Lichtfunktionen des Fernlichts und des Abblendlichts eines Scheinwerfers für ein Kraftfahrzeug auch die Realisierung anderer Lichtfunktionen, wie beispielsweise Kurvenlicht oder Tagfahrlicht etc., mit der Beleuchtungsvorrichtung erzeugt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig.1
    eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik be- kannten Beleuchtungsvorrichtung; und
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuch- tungsvorrichtung.
  • In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In Fig. 2 ist in einer schematischen Darstellung eine Beleuchtungsvorrichtung als Frontscheinwerfer 1' für ein Kraftfahrzeug realisiert. In Fig. 2 sind lediglich die für das Verständnis der Erfindung ausreichenden Komponenten des Frontscheinwerfers 1' gezeigt. Dieser kann darüber hinausgehend eine Mehrzahl weiterer Komponenten aufweisen.
  • Der Frontscheinwerfer 1' ist somit zur Vorfeldausleuchtung des Fahrzeugs ausgebildet und im Ausführungsbeispiel insbesondere mit der nachfolgend erläuterten Vorgehensweise und den nachfolgend erläuterten Komponenten zur Realisierung der Lichtfunktion des Fernlichts konzipiert. Insbesondere soll diesbezüglich ein blendfreies Fernlicht realisiert werden, welches in Abhängigkeit von anderen Verkehrsteilnehmern automatisch gesteuert unterschiedliche Bereiche des Fernlichts ausspart, die den erkannten Teilnehmer blenden würden. Dadurch wird ein blendfreies oder adaptives Fernlicht bereitgestellt.
  • Der Frontscheinwerfer 1' weist zumindest eine Linse 2 als optisches Abbildungselement auf. Diese Linse 2 ist im Strahlengang der als Laser 6 ausgebildeten Lichtquelle positioniert. Darüber hinaus ist in der gezeigten Ausführung in der Brennebene der Linse 2 ein ebenes Flächenelement 8 angeordnet, welches eine Vielzahl von in Formgestaltung und Ausmaßen im Wesentlichen gleichen Flächensegmenten 11 aufweist. Das Licht von Parallelbündeln, die nicht parallel zur optischen Achse der Linse 2 verlaufen, wird in einer Ebene hinter der Linse 2 gesammelt, die genau soweit von der Linse 2 entfernt ist, wie der Brennpunkt. Diese Ebene wird als Brennebene bezeichnet.
  • Das Flächenelement 8 ist zwischen der Linse 2 und dem Laser 6 angeordnet und zur Ausleuchtung der Brennebene der Linse 2 ausgebildet. Das Flächenelement 8 ist zur Ausleuchtung der Brennebene durch Lichtemission aufgrund von Anregung des Materials des Flächenelements 8 durch das von der Lichtquelle, dem Laser 6, emittierten Lichts, gebildet.
  • Darüber hinaus ist das Flächenelement 8 zur Wellenlängenkonversion des von dem Laser 6 emittierten Lichts ausgebildet.
  • Zwischen dem Laser 6 und dem Flächenelement 8 ist ein Reflektor 7 angeordnet, welcher im Ausführungsbeispiel als Mikrospiegel realisiert ist, welcher in zumindest zwei Raumrichtungen bewegbar ist. Dadurch kann das von dem Laser 6 emittierte Licht 9 umgelenkt und als reflektierter Strahl 10 auf das Flächenelement 8 geleitet werden. Durch die flexible Bewegbarkeit des Reflektors 7 können somit spezifische Sektoren bzw. Segmente 11 des Flächenelements 8 bestrahlt und zur Lichtemission angeregt werden.
  • Das Material des Flächenelements 8 ist an den Spektralbereich des von einer dem Laser 6 emittierten Lichts 9 dahingehend angepasst, dass eine Konversion des Lichts so erfolgt, dass das von dem Flächenelement 8 emittierte Licht für das menschliche Auge weiß erscheint. Vorzugsweise ist das Material des Flächenelements 8 eine Phosphorzusammensetzung.
  • Durch die Linse 2 wird das von dem Flächenelement 8 emittierte und für das menschliche Auge weiß erscheinende Licht auf die Fahrbahn 5 projiziert, wobei diesbezüglich ein Bildbereich 4' mit den Rastern der projizierten Segmente 12 dargestellt ist. Das Flächenelement 8 dienst somit zum einen als Mattscheibe bezüglich der Ausrichtung der Brennebene und zum anderen zur Strahlungskonversion des Laserlichts, welches im roten, grünen, blauen oder für das menschliche Auge unsichtbaren Spektralbereich, liegen kann.
  • Durch die Segmentierung des Flächenelements 8 kann die strahlende Fläche begrenzt werden, welche nach der Projektion auf die Fahrbahn 5 die Sektoren bzw. Segmente 12 des blendfreien Fernlichts ergeben. Die Umlenkung des Lichtstrahls 9 bzw. 10 mit dem Reflektor 7 und somit die Bewegung und Abrasterung auf dem Flächenelement 8 bzw. den Segmenten 11 erfolgt so schnell, dass es für das menschliche Auge im Bildbereich 4' der Projektion nicht wahrnehmbar ist. Die auf die Fahrbahn 5 situationsabhängig projizierten Sektoren bzw. Segmente 12 erscheinen daher als permanent homogen ausgeleuchtete Bereiche.
  • Der Frontscheinwerfer 1' gemäß der Darstellung in Fig. 2 weist somit für die erläuterte Fernlichtfunktionalität kein LED-Array gemäß der Darstellung in Fig. 1 mehr auf. Dieses LED-Array 3 ist durch das Flächenelement 8 ersetzt.
  • Das Flächenelement 8 ist darüber hinaus aus einem Material ausgebildet, welches selbst nichtleuchtend ist. Dies bedeutet, dass ohne Anregung des Materials des Flächenelements 8 durch das Licht der Lichtquelle keine Lichtemission erfolgt.

Claims (15)

  1. Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit zumindest einer Lichtquelle (6) und zumindest einem im Strahlengang der Lichtquelle (6) angeordneten optischen Abbildungselement (2),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der Lichtquelle (6) und dem Abbildungselement (2) ein Flächenelement (8) angeordnet ist, welches zumindest zur Ausleuchtung der Brennebene des Abbildungselements (2) ausgebildet ist, und welches insbesondere in der Brennebene des Abbildungselements (2) angeordnet ist.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Flächenelement (8) zur Ausleuchtung der Brennebene durch Lichtemission aufgrund von Anregung des Materials des Flächenelements (8) durch das von der Lichtquelle (6) emittierte Licht ausgebildet ist.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Flächenelement (8) zur Wellenlängenkonversion des von der Lichtquelle (6) emittierten Lichts ausgebildet ist.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lichtquelle (6) ein Laser, insbesondere eine Laserdiode, ist.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Flächenelement (8) im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Flächenelement (8) aus einem eine Phosphorzusammensetzung aufweisenden Material ausgebildet ist.
  7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das von der Lichtquelle (6) emittierte Licht über einen Reflektor (7) zum Flächenelement (8) umgelenkt ist.
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Reflektor (7) ein in zumindest zwei Raumrichtungen bewegbarer Spiegel ist.
  9. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Reflektor (7) eine drehbar gelagerte Walze umfasst, welche eine reflektierende Oberfläche aufweist.
  10. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Form der Oberfläche der Walze so ausgebildet ist, dass das von der Lichtquelle (6) emittierte und von der Walze reflektierte Licht eine vollständige Spalte oder eine vollständige Zeile des Flächenelements (8) bestrahlt.
  11. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    durch das Bewegen des Reflektors (7) das Licht in einer durch das menschliche Auge nicht auflösbaren Geschwindigkeit umlenkbar ist.
  12. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Flächenelement (8) aus einem nicht selbstleuchtenden Material ausgebildet ist.
  13. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Flächenelement (8) mehrere definiert begrenzte Flächensegmente (11) aufweist.
  14. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Flächensegmente (11) gleich ausgebildet sind und in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
  15. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche als Scheinwerfer (1') zur Vorfeldausleuchtung eines Fahrzeugs und zur Erzeugung des Fernlichts ausgebildet ist.
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