EP2795183B1

EP2795183B1 - Optikelement für einen laser-fahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: EP2795183B1
Application number: EP13712667.8A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Bauer; Andreas Moser; Johann ALTMANN; Erich Kaufmann
Original assignee: ZKW Group GmbH
Current assignee: ZKW Group GmbH
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP5888536B2; US20150049501A1; IN2014MN01956A; WO2013134802A1; EP2795183A1; US9845932B2; JP2015513777A; MX2014010935A; AT512587B1; AT512587A1; MX341655B; CN104334965B; CN104334965A

Description

Die Erfindung betrifft ein Optikelement für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer, wobei der Laser-Fahrzeugscheinwerfer zumindest eine Laserlichtquelle und zumindest ein durch die Laserlichtquelle bestrahlbares und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbares Leuchtelement umfasst, wobei das Optikelement zumindest eine Aufnahme für das Leuchtelement aufweist und dem Optikelement zumindest auf einer im montierten Zustand von der Laserlichtquelle abgewandten Seite des Leuchtelements zumindest eine, sowohl Laserlicht als auch von dem Leuchtelement ausgestrahlte Licht in Richtung der Laserlichtquelle reflektierende Reflexionsschicht zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Lichtquellenmodul mit zumindest einem derartigen Optikelement und einen Fahrzeugscheinwerfer mit zumindest einem derartigen Optikelement bzw. mit zumindest einem Lichtquellenmodul wie eingangs erwähnt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Fahrzeugscheinwerfer bekannt, wobei in den letzten Jahren überwiegend Scheinwerfer mit Entladungslampen und Halogen-Lichtquellen verwendet wurden. Aus Energiespargründen und um den Platzbedarf von Fahrzeugscheinwerfern weiter zu verringern wird zunehmend der Einsatz von Laserlichtquellen wie Halbleiterlasern erprobt, da diese diesbezüglich von Vorteil sind. Um das Laserlicht für einen Fahrzeugscheinwerfer nutzbar zu machen wird dabei mit einer Laserlichtquelle ein Leuchtelement, ein sog. Phosphor-Konverter, bestrahlt, der dadurch zur Abstrahlung von sichtbarem Licht angeregt wird.
Beispielsweise zeigt die US 2011/0194302 A1 eine derartige Lichtquelle, wo eine Laserdiode über ein Lichtleitelement von hinten auf ein aus einer fluoreszierenden Substanz bestehendes Leuchtelement strahlt, das dann seinerseits sichtbares Licht emittiert, das über einen Reflektorschirm in Fahrtrichtung gelenkt wird.
Allerdings strahlt dabei die fluoreszierende Substanz das entstehende sichtbare Licht auch direkt in Fahrtrichtung aus, ohne dass das Licht dabei optisch vorgeformt werden kann, was insbesondere bei gesetzlich vorgeschriebenen Lichtbildern von Nachteil sein kann.
Außerdem emittieren die dabei derzeit zum Einsatz kommenden Laserlichtquellen Leistungen bis zu 3 W (eine Erhöhung der ausgestrahlten Leistungen ist für die Zukunft nicht auszuschließen) in Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers, im Falle einer Fehlfunktion oder Beschädigung des Scheinwerfers kann es also durch hochintensive augenschädigende Laser-Lichtstrahlung zu Verletzungen, jedenfalls aber zur Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer kommen.
Im Stand der Technik wird diesen Problemen auf verschiedene Arten begegnet: In der JP 2003295319 A wird auf der von der Laserlichtquelle abgewandten Seite des Leuchtelements ein reflektierender Spiegel angeordnet, der an dem Leuchtelement vorbeistrahlendes Laserlicht in das Leuchtelement zurückreflektiert. Damit wird eine Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer durch austretende Laserstrahlung verhindert.
In der US 2011/0157865 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung beschrieben, bei der vor dem Leuchtelement mit fluoreszierender Substanz ein konkaver Spiegel angeordnet ist, der das in Vorwärtsrichtung abgestrahlte Licht in Richtung des Leuchtelements bzw. in Richtung eines Hauptreflektors der Beleuchtungsvorrichtung ablenkt.
Nachteilig an diesen Lösungen ist insbesondere, dass separate Bauteile gefertigt und sehr präzise positioniert werden müssen, was einerseits zu höheren Kosten und andererseits zu größerem Montageaufwand führt.
Des Weiteren sind die Dokumente US 2005/0105301 A1 , EP 2 796 771 A1 sowie EP 2 525 140 A2 aus dem Stand der Technik bekannt geworden, die jeweils ein Optikelement für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer zeigen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile des Stands der Technik auszuräumen und ein Optikelement zu schaffen, das eine optimale Verwertung des von dem Leuchtelement ausgestrahlten Lichts ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Optikelement erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung ermöglicht ein kompaktes Optikelement mit einem Leuchtelement, dessen Licht durch die zugeordnete Reflexionsschicht optisch vorgeformt werden kann. Die Reflexionsschicht reflektiert sowohl sichtbares Licht als auch eingestrahltes Laserlicht. Da Leuchtelement und optische Vorformung in einem Bauteil kombiniert sind, ist ein rascher, unkomplizierter Einbau in Lichtquellenmodule und/oder Fahrzeugscheinwerfer möglich. Das Optikelement lässt sich dazu einfach über eine Halterung bekannter Art in einem Fahrzeugscheinwerfer oder in einem Lichtquellenmodul für einen Fahrzeugscheinwerfer verbauen.
Unter dem Begriff "montierter Zustand" ist dementsprechend ein Zustand zu verstehen, in dem das Optikelement aufgabengemäß in einem Lichtquellenmodul und/oder in einem Fahrzeugscheinwerfer eingebaut ist und dementsprechend von einer Laserlichtquelle bestrahlbar ist. "Montierter Zustand" bedeutet weiters, dass sich nachfolgend verwendete Begriffe wie oben, unten, etc. auf die Einbaulage des Fahrzeugscheinwerfers beziehen, soweit nicht anders angegeben.
In Hauptabstrahlrichtung des Fahrzeugscheinwerfers, in dem das Optikelement verbaut wird, wird außerdem Lichtabstrahlung wirksam abgeschirmt. Neben der Realisierung des gewünschten Lichtbilds wird also durch die reflektierende Schicht Licht aus der Laserlichtquelle, das am Leuchtelement vorbeistrahlen könnte bzw. nicht von diesem absorbiert wird, abgeschirmt, wodurch die Gefährdung unbeteiligter Verkehrsteilnehmer verhindert wird. Die Reflexionsschicht ist undurchlässig sowohl für sichtbares als auch für Licht im nicht sichtbaren Bereich des Spektrums. Im vorliegenden Fall reflektiert die Schicht also sowohl das vom Leuchtelement ausgestrahlte Licht als auch Licht aus der Laserlichtquelle, das im Leuchtelement nicht absorbiert bzw. an diesem vorbeigestrahlt wird.
Bei dem Leuchtelement handelt es sich um einen Phosphor-Konverter, der durch Bestrahlung mit Laserlicht zur Aussendung von sichtbarem, vorzugsweise weißem Licht angeregt wird. Dazu sind verschiedene Materialien bekannt bzw. in Verwendung.
Erfindungsgemäß ist das Optikelement als Volumskörper aus einem im Wesentlichen transparenten, lichtleitenden Material ausgeführt und die Reflexionsschicht ist auf der im montierten Zustand von der Laserlichtquelle abgewandten ersten Seite des Optikelements angeordnet. Als Material für den Volumskörper können beispielsweise Glas, Kunststoff oder andere geeignete Materialien verwendet werden. Die Reflexionsschicht, die auf der ersten, im montierten Zustand von der Laserlichtquelle abgewandten ersten Seite des Optikelements (also der Außenfläche des Volumskörpers) angeordnet ist, ist derart ausgeführt, dass sie in Richtung der Laserlichtquelle reflektierend wirkt.
Die Reflexionsschicht ist auf der Außenfläche an der ersten Seite zumindest bereichsweise vorzusehen, so dass das Licht des Leuchtelements vollständig zurückgeworfen wird; bevorzugt bedeckt sie die Außenfläche vollständig. Die Schicht kann auf verschiedene Arten ausgeführt sein, beispielsweise durch Bedampfen oder Lackieren. Die Dicke und/oder der Reflexionsgrad der Schicht sind dabei so zu wählen, dass die Lichtundurchlässigkeit sowohl für das Laserlicht als auch für das vom Leuchtelement ausgestrahlte sichtbare Licht sichergestellt ist.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante ist das Optikelement als Hohlkörper aus einem im Wesentlichen transparenten, lichtleitenden Material ausgeführt ist und die im montierten Zustand von der Laserlichtquelle abgewandte Seite von einer Rückwand gebildet wird, wobei die Reflexionsschicht auf der inneren, dem Leuchtelement zugewandten oder auf der äußeren, vom Leuchtelement abgewandten Seite der Rückwand angeordnet ist. Das Optikelement besteht dabei aus einer Hülle - eben aus besagtem transparenten, lichtleitenden Material -, die mit Luft oder einem beliebigen anderen Gas gefüllt ist, wobei der Einfluss auf die Brechungseigenschaften zu beachten ist. Die Hülle kann auch mehrstückig sein, um die Fertigung zu erleichtern. Die Ausbildung der Schicht auf der Rückwand erfolgt wieder durch Bedampfen, Lackieren oder andere geeignete Verfahren.
Wie oben erwähnt, ist die von der Laserlichtquelle abgewandte erste Seite als Freiformfläche mit zumindest einem Brennpunkt ausgeführt, wobei das Leuchtelement bevorzugt in einem Brennpunkt anordenbar ist. Dies gilt sowohl für die Variante als Volums- als auch als Hohlkörper. Die Aufnahme für das Leuchtelement ist also entsprechend so auszuführen, dass das Leuchtelement im montierten Zustand in einem Brennpunkt der Reflexionsschicht zu liegen kommt. Damit lässt sich das von dem Leuchtelement ausgestrahlte Licht optimal über die Reflexionsschicht lichttechnisch verwerten. Natürlich kann die Reflexionsschicht auch mehrere Brennpunkte umfassen, insbesondere, wenn sie als Freiformfläche ausgeführt ist. Das Ausführen der ersten, von der Laserlichtquelle abgewandten Seite als Freiformfläche erlaubt bei Beschichtung mit der Reflexionsschicht das Erzielen der gewünschten Reflexionseigenschaften. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Gesamtsystems erhöht werden, da das in Hauptabstrahlrichtung des Fahrzeugscheinwerfers abgestrahlte Licht des Leuchtelements nicht verloren geht, sondern nutzbar gemacht wird.
In einer Variante der Erfindung ist der Reflexionsbereich so ausgeführt, dass reflektiertes Licht in einen ringförmigen Nahbereich rund um das Leuchtelement zurückgeworfen wird. Damit lässt sich eine virtuelle Vergrößerung der Lichtquelle erreichen, was je nach geplantem Einsatzgebiet für die Abstrahlungseigenschaften eines Fahrzeugscheinwerfers bzw. Lichtquellenmoduls mit einem erfindungsgemäßen Optikelement von Vorteil sein kann.
In einer dritten Variante ist das Optikelement aus einem im Wesentlichen transparenten, lichtleitenden Material ausgeführt und weist des Weiteren ein an der im montierten Zustand von der Laserlichtquelle abgewandten ersten Seite des Optikelements bevorzugt formschlüssig aufgebrachtes Reflektorelement, bevorzugt aus einem lichtundurchlässigen Material, auf, wobei die Reflexionsschicht auf der dem Leuchtelement zugewandten Seite des Reflektorelements oder auf der von dem Leuchtelement abgewandten Seite des Reflektorelements angeordnet ist. Das Optikelement kann dabei als Volumskörper oder als Hohlkörper gemäß den obigen Beschreibungen ausgeführt sein. Als Material können Kunststoff oder Metall verwendet werden. Unter dem Begriff "formschlüssig" ist hier zu verstehen, dass die Form des Reflektorelements auf der dem Optikelement zugewandten Seite der Form der ersten Seite des Optikelements entspricht, sodass das Reflektorelement ohne Abstände auf der ersten Seite aufliegt. Dieses formschlüssige Aufliegen ist aber für eine ordnungsgemäße Funktion nicht notwendig, es könne auch Luftspalte bzw. Lücken zwischen Reflektorelement und der ersten Seite bestehen.
Günstigerweise ist die von der Laserlichtquelle abgewandte erste Seite des Optikelements und/oder die dem Leuchtelement zugewandte Seite des Reflektorelements und/oder die dem Leuchtelement abgewandte Seite des Reflektorelements als Freiformfläche mit zumindest einem Brennpunkt ausgeführt, wobei das Leuchtelement bevorzugt in einem Brennpunkt anordenbar ist.
Vorteilhafterweise ist auf der im montierten Zustand von der Laserlichtquelle abgewandten ersten Seite des Optikelements, beispielsweise auf einer dort vorhandenen Reflexionsschicht, zumindest eine lichtundurchlässige Absorptionsschicht aufgebracht. Je nachdem, ob an der ersten Seite eine Reflexionsschicht aufgebracht ist (was beispielsweise bei der Variante mit dem Reflektorelement bzw. dem Hohlkörper nicht der Fall sein muss), ist die Absorptionsschicht auf der Reflexionsschicht oder direkt auf dem Optikelement aufgebracht. Das zusätzliche Vorsehen der lichtundurchlässigen Absorptionsschicht hat den Vorteil, das Durchstrahlen der Reflexionsschicht sicher zu verhindern. Die Absorptionsschicht kann beispielsweise als Lackschicht ausgeführt sein.
Die Aufnahme für das Leuchtelement ist als Sackloch oder als allseitig von dem Optikelement umschlossene Höhlung ausgeführt. Bei der Ausführung als Sackloch kann beispielsweise einfach ein neues Leuchtelement eingesetzt bzw. das Leuchtelement ausgetauscht werden, falls notwendig. Bei der Ausführung als vollständig umschlossene Höhlung ist das Leuchtelement gut gegen Umwelteinflüsse geschützt. Im Fall einer Abnutzung oder der Notwendigkeit des Austauschs des Leuchtelements wird das gesamte Optikelement ausgetauscht.
Gemäß einer Variante der Erfindung ist die im montierten Zustand der Laserlichtquelle zugewandte zweite Seite des Optikelements als ebene, bevorzugt im Wesentliche normal zur Strahlrichtung der Laserlichtquelle verlaufende Begrenzungsfläche ausgebildet und die von der Laserlichtquelle abgewandte erste Seite ist als Freiformfläche mit zumindest einem Brennpunkt ausgeführt, wobei das Leuchtelement bevorzugt in einem Brennpunkt angeordnet ist. Die Begrenzungsfläche kann zusätzlich mit einer beliebigen Oberflächenstruktur versehen werden, die Licht sammelnde und/oder Licht streuende Eigenschaften hat. Dadurch lassen sich die Eigenschaften des durch die Begrenzungsfläche abgestrahlten Lichts beeinflussen.
In einer weiteren Variante ist anschließend an die Begrenzungsfläche ein Verbindungsbereich vorgesehen, der die zweite Seite des Optikelements mit der ersten Seite des Optikelements verbindet. Vorteilhafterweise ist der Verbindungsbereich von der zweiten Seite des Optikelements in Richtung der ersten Seite des Optikelements zusammenlaufend ausgeführt. Günstigerweise ist die Begrenzungsfläche im Wesentlichen kreisförmig ausgeführt und die erste Seite des Optikelements weist ebenfalls einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei der erste Durchmesser der ersten Seite größer ist als der zweite Durchmesser der Begrenzungsfläche. Der Verbindungsbereich verläuft also im montierten Zustand in Richtung der Laserlichtquelle zusammenlaufend. Unter Querschnitt ist hier ein Schnitt entlang einer Ebene zu verstehen, die normal zur Strahlrichtung der Laserlichtquelle verläuft. Einzelne Bereiche des Verbindungsbereichs können verschieden zum Rest ausgeführt werden, beispielsweise mit verspiegelter, transparenter oder lichtundurchlässiger Beschichtung, mit Oberflächengestaltung zur Beeinflussung des ausgestrahlten Lichts usw. - die genaue Gestaltung hängt von der Anwendung des Optikelements ab.
Das erfindungsgemäße Optikelement erlaubt die Realisierung verschiedener Lichtfunktionen. In einer Variante, speziell für abgeblendete Lichtfiguren mit Hell-Dunkel-Grenze, ist die im montierten Zustand der Laserlichtquelle zugewandte zweite Seite des Optikelements zumindest teilweise, insbesondere aber in einem Bereich unter einer durch das Leuchtelement verlaufenden Horizontalebene, von einer lichtundurchlässigen Blendenvorrichtung bedeckt. Günstigerweise ist die Blendenvorrichtung als lichtundurchlässige Beschichtung ausgeführt.
Im Falle eines Abblendlichts ist es beispielsweise notwendig, dass das Leuchtelement scharf geometrisch und lichttechnisch abgegrenzt ist. Diesem Zweck dient die oben genannte Blendenvorrichtung, die beispielsweise als Lackierung, Bedampfung oder separates Bauteil ausgeführt ist. Die Blendenvorrichtung bewirkt zusammen mit entsprechend gestalteten Reflexionsbereichen, dass die im Optikelement reflektierte Lichtausstrahlung oberhalb des Leuchtelements austritt und damit für den Fahrzeugscheinwerfer nutzbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein eingangs erwähntes Lichtquellenmodul für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer, der zumindest eine Laserlichtquelle und zumindest ein durch die Laserlichtquelle bestrahlbares und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbares Leuchtelement umfasst, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Leuchtelement in einem Optikelement gemäß einer der oben beschriebenen Varianten angeordnet ist.
Die Erfindung wird außerdem durch einen eingangs erwähnten Fahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Laserlichtquelle und zumindest einem, durch die Laserlichtquelle bestrahlbaren und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbaren Leuchtelement erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Leuchtelement in einem Optikelement wie oben beschrieben angeordnet ist. In einer Variante der Erfindung weist der Fahrzeugscheinwerfer zumindest ein Lichtquellenmodul wie vorher beschrieben auf.
In einer weiteren Variante der Erfindung weist der Fahrzeugscheinwerfer zumindest einen Reflektor auf, wobei bevorzugt das Optikelement derart in dem Fahrzeugscheinwerfer angeordnet ist, dass das Leuchtelement in einem Brennpunkt oder in der Nähe des Brennpunkts des Reflektors positioniert ist.
Dank der Erfindung lassen sich je nach Anwendung verschiedene Lichtverteilungsmuster realisieren. Die Erfindung gemäß den obigen Ausführungen erlaubt die Realisierung eines Fahrzeugscheinwerfers, der die gesetzlichen Bestimmungen wie beispielsweise ECE, SAE, CCC, usw. erfüllen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. In dieser zeigt schematisch:

Fig. 1 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Optikelements;
Fig. 2 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Optikelements;
Fig. 3 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Optikelements;
Fig. 4 eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Optikelements;
Fig. 5 ein Lichtquellenmodul mit einem erfindungsgemäßen Optikelement; und
Fig. 6 einen Fahrzeugscheinwerfer mit einem Lichtquellenmodul gemäß Fig. 5.

In den Figuren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit gleiche Elemente mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Optikelements 1 zur Verwendung in einem Lichtquellenmodul 16 (siehe Fig. 5) oder einem Laser-Fahrzeugscheinwerfer 2 (siehe Fig. 6) in einer Querschnittsansicht. Das Optikelement 1 ist gemäß dieser ersten Variante als Volumskörper aus einem transparenten, lichtleitenden Material ausgeführt, beispielsweise Glas oder Kunststoff.
Das Optikelement 1 weist eine als Sackloch 7 ausgeführte Aufnahme für ein Leuchtelement 4 auf. Das Leuchtelement 4 ist dabei ein Phosphor-Konverter bekannter Art, der durch die Einstrahlung von monochromatischem Laserlicht zur Ausstrahlung von polychromatischem, bevorzugt weißem Licht, angeregt wird. Das Leuchtelement 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgeführt, kann aber je nach Anwendungsgebiet des Optikelements 1 auch eine andere Form (z.B. Ellipsoid-Form) annehmen. In Fig. 1 ist außerdem eine Laserlichtquelle 3 dargestellt, die das Leuchtelement 4 mit Laserlicht bestrahlt. Die Strahlrichtung 200 ist ebenfalls eingezeichnet.
Auf einer ersten Seite 5 des Optikelements, die von der Laserlichtquelle 3 abgewandt ist, ist eine Reflexionsschicht 9 angeordnet. Die Reflexionsschicht 9 ist dabei sowohl für Laserlicht als auch für das von dem Leuchtelement 4 ausgestrahlte Licht undurchlässig ausgeführt und reflektiert eingestrahltes Licht in Richtung der Laserlichtquelle 3. Die Reflexionsschicht 9 kann beispielsweise durch Aufdampfen, Lackieren oder Aufbringen eines separaten Reflexionselements ausgeführt sein. Die Dicke und/ oder der Reflexionsgrad der Reflexionsschicht 9 ist je nach verwendetem Material so zu wählen, dass sowohl Laserlicht als auch vom Leuchtelement 4 ausgestrahltes Licht ordnungsgemäß reflektiert und am Durchdringen der Reflexionsschicht 9 gehindert wird. Die Reflexionsschicht 9 ist notwendig, da es aufgrund des Winkels, unter dem vom Leuchtelement 4 abgestrahltes Licht auftrifft, zu keiner Totalreflexion kommen kann.
Durch die Reflexionsschicht 9 wird das vom Leuchtelement 4 in entlang der Strahlrichtung 200 der Laserlichtquelle 3 ausgestrahlte sichtbare Licht lichttechnisch nutzbar gemacht, indem es beispielsweise in Richtung des Reflektors 20 eines Fahrzeugscheinwerfers 2 (siehe Fig. 6) gelenkt wird. Dementsprechend sind in Fig. 1 Strahlverläufe dargestellt, die vom Leuchtelement 4 ausgehen und durch die Reflexionsschicht 9 in den Umkreis des Leuchtelements 4 reflektiert werden, wodurch sich eine "virtuelle" Vergrößerung der Lichtquelle Leuchtelement 4 ergibt.
Zusätzlich ist auf der Reflexionsschicht 9 aus Sicherheitsgründen eine weitere, lichtundurchlässige Absorptionsschicht 6 aufgebracht, die sowohl sichtbares Licht als auch nicht sichtbares Laserlicht absorbiert. Eine derartige Schicht verhindert ein Austreten von Licht durch die Reflexionsschicht 9 - das kann von Vorteil sein, wenn beispielsweise die Reflexionsschicht 9 durch Bedampfen erzeugt wird: In diesem Fall ist die Schicht nur wenige Mikrometer dick und kann bereichsweise (oder womöglich vollständig) zu dünn bzw. unvollständig sein. Daher wird die zusätzliche Absorptionsschicht 6 beispielsweise als Lackschicht oder als Blende aufgebracht.
Je nach Ausführung der ersten Seite 5 des Optikelements 1 in Kombination mit der Reflexionsschicht 9 können verschiedene Lichtfunktionen realisiert werden. Beispielsweise kann die erste Seite 5 des Optikelements 1 (also die Außenfläche) derart ausgeführt sein, dass sie zumindest einen Brennpunkt aufweist und die als Sackloch 7 ausgeführte Aufnahme so angeordnet ist, dass das Leuchtelement 4 bei Einbringung in die Aufnahme in einem dieser Brennpunkte zu liegen kommt. Dazu ist die erste Seite 5 (und damit auch die Reflexionsschicht 9) bevorzugt als Freiformfläche ausgeführt. Das Ausführen einer Freiformfläche ist dem Fachmann bekannt.
In einer Variante ist die erste Seite 5 und damit die darauf aufgebrachte Reflexionsschicht 9 so ausgeführt, dass Licht oberhalb, unterhalb und seitlich im Umkreis des-Leuchtelements 4 reflektiert wird und derart quasi zu einer Vergrößerung der Lichtquelle bzw. des Leuchtelements 4 beiträgt - das Leuchtelement 4 ist in dieser Variante quasi von einem Lichtring an reflektiertem Licht umgeben. Die Reflexionsschicht leitet also das von ihr reflektierte Licht überwiegend am Leuchtelement vorbei. Diese Variante ist in Fig. 1 dargestellt.
Das Optikelement 1 gemäß Fig. 1 entspricht in seiner Form entfernt einem Kugelsegment. Die im montierten Zustand der Laserlichtquelle 3 zugewandte zweite Seite 11 des Optikelements 1 ist als ebene, bevorzugt im Wesentlichen normal zur Strahlrichtung 200 der Laserlichtquelle 3 verlaufende Begrenzungsfläche 21 ausgebildet. Die von der Laserlichtquelle 3 abgewandte erste Seite 5 des Optikelements ist, wie schon erwähnt, als Freiformfläche mit zumindest einem Brennpunkt ausgeführt, wobei das Leuchtelement 4 bevorzugt in einem Brennpunkt anordenbar ist. Die besagte Freiformfläche entspricht entfernt einer Kugelkalotte bzw. einer Kugelhaube, wobei aufgrund der Reflexionscharakteristik erkennbar ist, dass es sich eben nicht um eine derartige Form handelt. Grundsätzlich ist natürlich auch eine umgekehrte Ausführung bzw. Anordnung möglich, dass also die Begrenzungsfläche 21 von der Laserlichtquelle 3 abgewandt angeordnet ist. Die Begrenzungsfläche 21 muss nicht als eben Fläche ausgeführt sein sondern kann auch eine andere Form annehmen, beispielsweise konkav, konvex oder auch mit wellenförmiger Oberfläche zur zusätzlichen Beeinflussung des Strahlenverlaufs.
Fig. 2 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Optikelements 1, bei der zwischen der Begrenzungsfläche 21 und der ersten Seite 5 des Optikelements ein Verbindungsbereich 13 vorgesehen ist. Der Verbindungsbereich 13 verbindet dabei die erste Seite 5, die im montierten Zustand von der Laserlichtquelle 3 abgewandt ist, mit der Begrenzungsfläche 21 auf der der Laserlichtquelle 3 zugewandten zweiten Seite 11. Der Verbindungsbereich 13 kann auch mit einer Beschichtung versehen werden, beispielsweise mit einer lichtundurchlässigen, absorbierenden Schicht oder ebenfalls mit einer reflektierenden Schicht, wobei die Schicht entweder in Richtung des Optikelement-Inneren oder auch nach außen reflektierend wirken kann. Verbindungsbereich 13 und auch die Begrenzungsfläche 21 können zusätzlich mit einer beliebigen Oberflächenstruktur versehen werden, die Licht sammelnde und/ oder Licht streuende Eigenschaften hat. Grundsätzlich können also die einzelnen Oberflächenbereiche des Optikelements 1 verschieden ausgeführt sein, z.B. mit lichtundurchlässigen und/oder reflektierenden Beschichtungen, Oberflächenstrukturen, die das austretende Licht brechen bzw. beeinflussen. Diese Varianten sind allerdings in den Figuren nicht dargestellt.
Der Verbindungsbereich 13 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in Richtung der Laserlichtquelle 3 zusammenlaufend ausgeführt. Dazu ist beispielsweise die Begrenzungsfläche 21 im Wesentlichen kreisförmig ausgeführt und die erste Seite 5 des Optikelements 1 hat ebenfalls einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Der Querschnitt verläuft hier in einer Ebene, die normal zur Strahlrichtung 200 der Laserlichtquelle 3 liegt - bei den vorliegenden Figuren also normal zur Blattebene und zur Strahlrichtung 200. Der erste Durchmesser 14 der ersten Seite 5 ist dabei größer als der zweite Durchmesser 15 der Begrenzungsfläche 21, sodass sich die zusammenlaufende Form ergibt. Natürlich ist auch hier die umgekehrte Ausführung möglich.
In einer zweiten Variante der Erfindung, die in Fig. 2 mit strichlierten Linien eingezeichnet ist, ist die Reflexionsschicht 9 auf einem Reflektorelement 10 aufgebracht, das an der ersten Seite 5 des Optikelements 1 aufgebracht ist. Die Reflexionsschicht 9 kann dabei auf der dem Optikelement 1 zugewandten Seite des Reflektorelements 10 aufgebracht sein. Bevorzugt besteht das Reflektorelement 10 aus einem lichtundurchlässigen bzw. lichtabsorbierenden Material, beispielsweise Kunststoff oder Metall (z.B. Blech). Natürlich kann das Reflektorelement 10 auch aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt und die Reflexionsschicht 9 auf der vom Optikelement 1 abgewandten Seite aufgebracht sein. Diesfalls wäre aber günstigerweise noch eine lichtundurchlässige Schicht auf der Reflexionsschicht 9 aufzubringen, um ein Durchstrahlen der Reflexionsschicht und Störung des Lichtbilds oder Gefährdung unbeteiligter Verkehrsteilnehmer zu verhindern.
Bevorzugt ist das Reflektorelement 10 so ausgeführt, dass es formschlüssig an die erste Seite 5 des Optikelements 10 anschließt. Ebenso wie in der ersten beschriebenen Variante hat die Reflexionsschicht 9 aufgrund der Form des Reflektorelements 10 zumindest einen Brennpunkt, wobei das Leuchtelement 4 im montierten Zustand bevorzugt in einem Brennpunkt der Reflexionsschicht 9 angeordnet ist. Optikelement 1 und/oder Reflektorelement 10 sind entsprechend als Freiformflächen bekannter Art auszuführen.
Fig. 3 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der das Optikelement 1 auf seiner zweiten Seite 11 (also der im montierten Zustand der Laserlichtquelle 3 zugewandten Seite) eine lichtundurchlässige Blendenvorrichtung 12 aufweist. Diese Blendenvorrichtung 12 bedeckt die zweite Seite 11 zumindest teilweise, wobei sie im dargestellten Ausführungsbeispiel unterhalb einer durch das Leuchtelement 4 verlaufenden Horizontalebene 100 angeordnet ist. Die Horizontalebene 100 verläuft in den Figuren normal zur Zeichenebene und ist daher nur als strichpunktierte Linie erkennbar. Selbstverständlich sind je nach gewünschter Lichtfunktion auch andere Ausführungen möglich.
Die Blendenvorrichtung 12 kann beliebig ausgeführt sein, beispielsweise als lichtundurchlässige Beschichtung oder als separate Blende, die aufgeklebt oder auf eine andere Weise auf das Optikelement 1 aufgebracht bzw. an diesem mechanisch gehalten wird. Die Blendenvorrichtung 12 erlaubt die Erzeugung eines Hell-Dunkel-Übergangs, wodurch sich verschiedene Lichtfunktionen wie Abblendlicht, Nebellicht etc. realisieren lassen.
In der Variante gemäß Fig. 3 ist außerdem die Form der von der Laserlichtquelle 3 abgewandten ersten Seite 5 unterschiedlich zur Ausführung in den Fig. 1 und 2. Hier ist die Form nicht mehr ähnlich einer Kugelkalotte, sondern anders ausgeführt, was anhand der skizzierten Strahlverläufe erkennbar ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Optikelement 1 neben der hier dargestellten einstückigen Ausführung (abgesehen von Beschichtungen bzw. Blendenelementen o.ä.) in Varianten auch so ausgeführt sein kann, dass es aus mehreren Teilen besteht, die beispielsweise miteinander verklebt oder verschweißt sind und unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen (Brechungsindex o.ä.). Bei einem solchen mehrteiligen Optikelement 1 wäre also z.B. der Volumskörper mehrteilig ausgeführt, wobei die separaten Bauteile mit verschiedenen optischen Eigenschaften fertigbar sind. Entsprechend kann dann auch die Reflexionsschicht 9 (bzw. die Absorptionsschicht 6) als separate Bauteile eingebracht werden.
Eine Variante, die günstigerweise mit so einem mehrstückigen Element ausgeführt wird, ist in Fig. 4 dargestellt. Darin ist das Optikelement 1 als Hohlkörper ausgeführt. Es weist also eine Hülle auf, die bevorzugt überwiegend aus einem transparenten, lichtleitenden Material besteht. Die Reflexionsschicht 9 ist auf der Rückwand 22 ausgebildet, die auf der ersten Seite 5 angeordnet ist. Die Reflexionsschicht 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel auf der inneren, dem Leuchtelement 4 zugewandten Seite der Rückwand 22 ausgebildet. Auf der äußeren, vom Leuchtelement 4 abgewandten Seite der Rückwand 22 ist eine Absorptionsschicht 6 aufgebracht, um ein Durchstrahlen der Rückwand 22 durch Laser- oder vom Leuchtelement 4 ausgestrahltes Licht zu verhindern. Natürlich ist das nur eine von mehreren Ausführungsformen - beispielsweise kann die Reflexionsschicht 9 auf der äußeren Seite der Rückwand 22 aufgebracht und ebenfalls von einer Absorptionsschicht 6 bedeckt sein.
Die weiter oben beschriebene Blendenvorrichtung 12 lässt sich in der in Variante mit Hohlkörper neben den beschriebenen Ausführungsformen auch dadurch realisieren, dass der Hohlkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt wird. Diesfalls wird der die Blendenvorrichtung 12 darstellende Bereich der Begrenzungsfläche 21 (bevorzugt unterhalb einer durch das Leuchtelement 4 verlaufenden Horizontalebene 100) in einem Mehrkomponentenspritzverfahren mit einem lichtundurchlässigen Material gespritzt. Es muss dann also keine weitere Maßnahme ergriffen werden, um eine Blendenvorrichtung 12 bereit zu stellen.
Gemäß der Variante von Fig. 4 kann das Optikelement mehrstückig ausgeführt sein, indem beispielsweise Rückwand 22 und Rest des Optikelements 1 separat ausgeführt sind. In einem solchen Fall kann die Rückwand beispielsweise aus einem lichtundurchlässigen Material gefertigt sein, wodurch die absorbierende Schicht 6 eingespart werden kann, wenn die Reflexionsschicht 9 auf der inneren Seite der Rückwand 22 angeordnet ist. Während also die Rückwand 22 einen Reflektor darstellt, bildet der Rest des Optikelements 1 im Wesentlichen eine Abdeckung für diesen Reflektor mit einer Halterung für das Leuchtelement 4. Natürlich können aber die Rückwand 22 und der Rest des Optikelements 1 auch eine gemeinsame Baueinheit bilden.
Innerhalb des Hohlkörpers, der nicht gasdicht ausgeführt sein muss, befindet sich gewöhnliche Umgebungsluft. Natürlich kann der Hohlkörper auch gasdicht ausgeführt werden, sodass das Inneren mit anderen Gasen befüllt werden kann, die beispielsweise das Reflexionsverhalten beeinflussen.
Auch die in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Varianten können sowohl mit einem Volumskörper als auch mit einem Hohlkörper realisiert werden.
Fig. 5 zeigt eine Variante der Erfindung, in der das Optikelement 1 in ein Lichtquellenmodul 16 für einen Fahrzeugscheinwerfer 2 eingebaut ist. Das Optikelement 1 gemäß dieser Ausführungsform weist eine Aufnahme für das Leuchtelement 4 in Form einer Höhlung 8 auf. Das bedeutet, dass das Leuchtelement 4 vollständig vom Optikelement 1 umgeben ist. Die Begrenzungsfläche 21 (bzw. erste Seite 11) ist in der Variante gemäß Fig. 5 leicht konkav ausgeführt.
Das Lichtquellenmodul 16 weist eine Laserlichtquelle 3 inklusive zugeordneten Kühlvorrichtungen 17 (z.B. Kühlrippen, Wasserkühlung, o.Ä.) auf, wobei Laserlichtquelle 3 und Optikelement 1 gemeinsam auf einem Trägerelement 18 angeordnet sind. Das Trägerelement 18 kann aus einem wärmeleitenden Material bestehen und/oder zusätzliche Kühlelemente wie Kühlrippen 19 aufweisen.
Das Lichtquellenmodul 16 als Ganzes kann in einen Fahrzeugscheinwerfer 2 verbaut werden. Eine derartige Variante ist in Fig. 6 dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass dank der Reflexionsschicht 9 des Optikelements 1 ein Ausnutzen des vom Leuchtelement 4 in Hauptabstrahlrichtung 300 des Laser-Fahrzeugscheinwerfers 2 abgestrahlten Lichts ermöglicht wird, da dieses Licht von der Reflexionsschicht 9 in Richtung des Reflektors 20 des Fahrzeugscheinwerfers 2 gelenkt wird. Des Weiteren ist erkennbar, dass direkt vom Leuchtelement 4 ausgestrahltes Licht anders abgebildet wird (Abbildung A in Fig. 6) als Licht, das über das Reflexionselement 10 zum Reflektor 20 des Fahrzeugscheinwerfers 2 gelangt (Abbildung B in Fig. 6).
Günstigerweise ist das Optikelement 1 derart in dem Fahrzeugscheinwerfer 2 angeordnet, dass das Leuchtelement 4 in einem Brennpunkt des Reflektors 20 positioniert ist. Durch die Kombination der Formgebung des Reflektors 20 und des Optikelements 1 können verschiedene Lichtverteilungsmuster realisiert werden. Theoretisch lassen sich auch die Lichtmuster des direkt vom Leuchtelement 4 ausgestrahlten Lichts mit dem Lichtmuster des über das Reflexionselement 10 abgestrahlten Lichts zur Deckung bringen.

Claims

Optikelement (1) für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer (2), wobei der Laser-Fahrzeugscheinwerfer (2) zumindest eine Laserlichtquelle (3) und zumindest ein durch die Laserlichtquelle (3) bestrahlbares und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbares Leuchtelement (4) umfasst, wobei das Optikelement (1) zumindest eine Aufnahme für das Leuchtelement (4) aufweist und dem Optikelement (1) zumindest auf einer im montierten Zustand von der Laserlichtquelle (3) abgewandten Seite des Leuchtelements (4) zumindest eine, sowohl Laserlicht als auch von dem Leuchtelement ausgestrahlte Licht in Richtung der Laserlichtquelle (3) reflektierende Reflexionsschicht (9) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (1) als Volumskörper aus einem im Wesentlichen transparenten, lichtleitenden Material ausgeführt ist und die Reflexionsschicht (9) auf der im montierten Zustand von der Laserlichtquelle (3) abgewandten ersten Seite (5) des Optikelements (1) angeordnet ist, oder, dass das Optikelement (1) als Hohlkörper aus einem im Wesentlichen transparenten, lichtleitenden Material ausgeführt ist und die im montierten Zustand von der Laserlichtquelle (3) abgewandte Seite (5) von einer Rückwand (22) gebildet wird, wobei die Reflexionsschicht (9) auf der inneren, dem Leuchtelement (4) zugewandten oder auf der äußeren, vom Leuchtelement (4) abgewandten Seite der Rückwand (22) angeordnet ist, wobei die von der Laserlichtquelle (3) abgewandte erste Seite (5) und damit auch die Reflexionsschicht (9) als Freiformfläche mit zumindest einem Brennpunkt ausgeführt ist, wobei das Leuchtelement (4) bevorzugt in einem Brennpunkt anordenbar ist.
Optikelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement aus einem im Wesentlichen transparenten, lichtleitenden Material ausgeführt ist und des Weiteren ein an der im montierten Zustand von der Laserlichtquelle (3) abgewandten ersten Seite (5) des Optikelements (1) bevorzugt formschlüssig aufgebrachtes Reflektorelement (10), bevorzugt aus einem lichtundurchlässigen Material, aufweist, wobei die Reflexionsschicht (9) auf der dem Leuchtelement (4) zugewandten Seite des Reflektorelements (10) oder auf der von dem Leuchtelement (4) abgewandten Seite des Reflektorelements (10) angeordnet ist.
Optikelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Laserlichtquelle (3) abgewandte erste Seite (5) des Optikelements und/oder die dem Leuchtelement (4) zugewandte Seite des Reflektorelements (10) und/oder die dem Leuchtelement (4) abgewandte Seite des Reflektorelements (10) als Freiformfläche mit zumindest einem Brennpunkt ausgeführt ist, wobei das Leuchtelement (4) bevorzugt in einem Brennpunkt anordenbar ist.
Optikelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der im montierten Zustand von der Laserlichtquelle (3) abgewandten Seite (5) des Optikelements (1), beispielsweise auf einer dort vorhandenen Reflexionsschicht (9), zumindest eine lichtundurchlässige Absorptionsschicht (6) aufgebracht ist.
Optikelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme für das Leuchtelement (4) als Sackloch (7) oder als allseitig von dem Optikelement (1) umschlossene Höhlung (8) ausgeführt ist.
Optikelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im montierten Zustand der Laserlichtquelle (3) zugewandte zweite Seite (11) des Optikelements (1) als ebene, bevorzugt im Wesentliche normal zur Strahlrichtung (200) der Laserlichtquelle (3) verlaufende Begrenzungsfläche (21) ausgebildet ist, wobei bevorzugt anschließend an die Begrenzungsfläche (21) ein Verbindungsbereich (13) vorgesehen ist, der die zweite Seite (11) des Optikelements (1) mit der ersten Seite (5) des Optikelements (1) verbindet und wobei besonders bevorzugt der Verbindungsbereich (13) von der zweiten Seite (11) des Optikelements (1) in Richtung der ersten Seite (5) des Optikelements (1) zusammenlaufend ausgeführt ist.
Optikelement (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsfläche (21) im Wesentliche kreisförmig ausgeführt ist und die erste Seite (5) des Optikelements (1) ebenfalls einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei der erste Durchmesser (14) der ersten Seite (5) größer ist als der zweite Durchmesser (15) der Begrenzungsfläche (21).
Optikelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im montierten Zustand der Laserlichtquelle (3) zugewandte zweite Seite (11) des Optikelements (1) zumindest teilweise, insbesondere aber in einem Bereich unter einer durch das Leuchtelement (4) verlaufenden Horizontalebene (100), von einer lichtundurchlässigen Blendenvorrichtung (12) bedeckt ist, wobei vorzugsweise die Blendenvorrichtung (12) als lichtundurchlässige Beschichtung ausgeführt ist.
Lichtquellenmodul (16) für einen Laser-Fahrzeugscheinwerfer (2), wobei der Laser-Fahrzeugscheinwerfer (2) zumindest eine Laserlichtquelle (3) und zumindest ein, durch die Laserlichtquelle (3) bestrahlbares und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbares Leuchtelement (4) umfasst, wobei das Leuchtelement (4) in einem Optikelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angeordnet ist.
Fahrzeugscheinwerfer (2) mit zumindest einer Laserlichtquelle (3) und zumindest einem, durch die Laserlichtquelle (3) bestrahlbaren und damit zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht anregbaren Leuchtelement (4), wobei das Leuchtelement (4) in einem Optikelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angeordnet ist.
Fahrzeugscheinwerfer (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugscheinwerfer (2) zumindest ein Lichtquellenmodul (16) nach Anspruch 10 aufweist.
Fahrzeugscheinwerfer (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugscheinwerfer (2) zumindest einen Reflektor (20) aufweist, wobei bevorzugt das Optikelement (1) derart in dem Fahrzeugscheinwerfer (2) angeordnet ist, dass das Leuchtelement (4) in einem Brennpunkt oder in der Nähe des Brennpunkts des Reflektors (20) positioniert ist.