EP3056800A2 - Beleuchtungseinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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EP3056800A2
EP3056800A2 EP16000183.0A EP16000183A EP3056800A2 EP 3056800 A2 EP3056800 A2 EP 3056800A2 EP 16000183 A EP16000183 A EP 16000183A EP 3056800 A2 EP3056800 A2 EP 3056800A2
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EP
European Patent Office
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laser light
diffractive optical
optical element
different
lighting device
Prior art date
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EP16000183.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3056800A3 (de
EP3056800B1 (de
Inventor
Friedrich-Uwe Tontsch
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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Publication of EP3056800A3 publication Critical patent/EP3056800A3/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
    • F21S41/63—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on refractors, filters or transparent cover plates
    • F21S41/635—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on refractors, filters or transparent cover plates by moving refractors, filters or transparent cover plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
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    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
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    • F21S41/16—Laser light sources
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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
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/285—Refractors, transparent cover plates, light guides or filters not provided in groups F21S41/24-F21S41/28
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the invention relates to a lighting device for a motor vehicle with a laser light source for emitting a laser light beam and with a diffractive optical element, of which at least a partial region is arranged in a beam path of the laser light beam.
  • one or more laser light beams can be directed via a deflection system into an environment of a motor vehicle in order to illuminate it.
  • the laser light beam or beams can also be directed to a converter element, a "phosphor", which is thus excited to emit a light illuminating the surroundings of the motor vehicle in a color different from the color of the laser light beam.
  • a converter element a "phosphor”
  • micromirror systems or electroacoustic or acoustooptical crystals or modulators are generally used here.
  • diffractive optical elements which diffraction wave generate an optical effect with a laser light source can be used.
  • the DE 103 33 370 A1 an illumination device for an automobile, with a light source and a lens.
  • the lens has a diffractive structure on one of its surfaces.
  • the light source a laser light source is proposed here.
  • the FR 3 009 061 A1 describes a lighting and / or signaling system with improved shaping of stray radiation.
  • a light beam emitted by a primary light source is directed onto a disk-shaped optical element which has at least one holographic area having.
  • This optical element may further comprise prisms for influencing scattered radiation and is also movable.
  • an illumination device in which light emitted by a light source is directed by an optical element onto a screen-like element, the latter influencing at least one physical property, such as the color or polarization of the transmitted light.
  • An illumination device for a motor vehicle has a plurality of laser light sources for emitting laser light beams and a diffractive optical element of which a plurality of subregions are arranged in respective beam paths of the laser light beams at the same time.
  • the illumination device may in particular be a spotlight device.
  • the diffractive optical element is arranged rotatable relative to the laser light source about a rotation axis.
  • the laser light beams can be influenced differently in each case by the different partial areas, that is to say in particular deflected and / or adapted in their intensity profiles.
  • This has the advantage that a flexible illumination is achieved whose properties are adjustable by rotating or rotating the diffractive optical element.
  • Different partial areas of the diffractive optical element can thus be illuminated simultaneously by one of the different laser light sources.
  • This has the advantage that when using multiple laser diodes, which to achieve a predetermined light output or intensity of a lighting or spotlight in the prior art, no beam combining is required to achieve this predetermined light output. Accordingly, the otherwise required related components can be saved here. Moreover, so less power focuses on one point, which is advantageous in terms of heat and safety.
  • the frequency in which a certain subarea of the diffractive optical element is irradiated is thus also increased while the rotational speed remains constant. This can be used for improved quality of light, such as diminished flicker.
  • the use of a plurality of laser light beams can also influence the spatial distribution of the light focal point and thus a deformation of a resulting light distribution.
  • the intensity distribution in the laser light beam the "beam profile” itself no longer follows a conventional Gaussian distribution, but a predetermined distribution, for example, a so-called “TopHat” intensity distribution, wherein within a predetermined, areal region of the laser light beam uniformly reaches a maximum intensity, which is limited by a sharp, almost abrupt transition to a zero intensity.
  • a predetermined distribution for example, a so-called “TopHat” intensity distribution
  • Such intensity distributions or beam profiles can also be embodied as a "circular flat-top beam” with a circular planar area, "linear flat-top beam” with a linear or rectangular area or “square flat-top beam” with a square area.
  • This has the advantage that it allows an environment of the illumination device to illuminate particularly precisely and accurately, for example via a highly accurate irradiation of the known converter elements ("phosphors") for wavelength conversion of light beams or directly via the laser light beam itself.
  • a surface illuminated by the laser light beam (“spot") or a lighted area or space so easily be very homogeneously illuminated or irradiated.
  • beam expansion or beam splitting can be realized independently of other optical properties. This has the advantage that surfaces of different sizes, so-called “spots”, can be illuminated homogeneously by the laser light beam.
  • a low-intensity secondary beam for example for beam measurement, in particular for a security concept. It is also possible to achieve a smoothing of a beam cross-sectional profile as well as a multiplicity of symmetrical or asymmetrical beam profiles of the intensity of the laser beam.
  • the laser light beam can be deflected by the different optical properties of the different subregions in different spatial areas.
  • surface areas which can be predetermined by the laser light beam and which exceed the diameter of the laser light beam in their size can be illuminated and traced or scanned. These may be, for example, surface areas on a converter element or also surface areas in an environment of the illumination device, in particular a road.
  • the diffractive optical element can be embodied both as a transmissive system, for example as a glass or plastic component, and as a reflective system, for example in the form of a structured metal plate.
  • the diffractive optical element can be realized as a band on a support, for example as around the axis of rotation rotatable disc is executed.
  • the approach is suitable for a variety of installation space geometries.
  • the diffractive optical element is annular and the axis of rotation extends through the center of the ring formed by the annular diffractive optical element.
  • the diffractive optical element can thus form a ring or have the shape of a ring. This has the advantage that a multiplicity of different partial regions of the diffractive optical element can be introduced successively into the beam path and thus in a simple manner, namely by simply turning the diffractive optical element about the axis of rotation, the laser light beam according to the optical properties of the different partial regions is modified.
  • the diffractive optical element is rotated continuously and in particular uniformly by a drive during operation of the illumination device. In particular, this can take place at a speed of more than 50 revolutions / second, preferably at a speed of between 100 and 200 revolutions / second.
  • the numbers mentioned apply in particular to an embodiment with a laser light source and / or a laser light beam, in whose beam path a partial region of the diffractive optical element is arranged. If a plurality of laser light sources and / or such laser light beams are present, in particular the numbers can be reduced by a corresponding factor. This applies if the corresponding laser light beams scan or scan identical room or surface areas.
  • the speed can be reduced by a factor of four, ie it only has to have more than 12.5 revolutions / second and is preferably between 25 and 50 undulations / second.
  • This has the advantage that so takes place mechanically and electronically in a particularly simple manner, a periodic bending of the laser light beam.
  • the laser light beam is periodically modified according to the optical characteristics of the portions.
  • At a minimum speed of 50 revolutions per second it is particularly easy to generate a periodic repetition that is imperceptible to the human viewer.
  • a speed of between 100 and 200 revolutions per second is suitable here since the mechanical load on the associated component is thus limited.
  • the incident laser light beam is deflected in each case at a different angle, which is specific for the respective partial region.
  • the angle can be defined here relative to the beam path of the laser light beam between the laser light source and the diffractive optical element.
  • a spatial region which is determined by the different angles, can be traversed by the laser light beam. It is thus possible for the incident laser light beam to be deflected at a first angle through a first subarea of the diffractive optical element and deflected in a second, different from the first subarea laser light beam in a second, different from the first angle.
  • a spatial region can be scanned or illuminated by the laser beam.
  • This has the advantage that the spatial area can be lowered in a compact and low-component manner by the laser beam.
  • no longer residence times of the laser beam are given here in the peripheral areas of the worn space area.
  • this leads to a desired illuminated image, since this avoids disproportionate or disproportionate brightness in the peripheral areas of the light distribution.
  • the need for each axis in the room to provide a mirror or deflector as in the prior art is eliminated.
  • the problem of beam deflection is given here by a one-piece system with a single operating parameter, namely the rotational speed of the diffractive optical element. The mechanical and electronic effort is therefore minimized.
  • the illumination device has a plurality of concentric annular diffractive optical elements, which can be referred to as bands, and in this case comprises a plurality of laser light sources emitting a respective laser light beam.
  • a partial region is arranged in the beam path of each of the laser light beams of each annular diffractive optical element.
  • the concentric annular diffractive optical elements are arranged on a common carrier.
  • the carrier may be designed as a rotatable disc. Since the diffraction of the laser light beams in the different optical subregions of the diffractive optical elements is independent of each other, the different diffractive optical elements or their sub-areas are freely assigned to the desired optical effects.
  • different spatial regions can be traveled by means of the different diffractive optical elements through the associated different laser light beams.
  • different light functions can be realized by the different diffractive optical elements or their associated laser light sources.
  • a first laser light beam which is deflected by a first diffractive optical element, leave a space region that corresponds to a low beam.
  • a second laser light beam can then depart, for example via a second diffractive optical element exactly the space area, which is in addition to the low beam for a high beam illuminate.
  • the spatial regions can here be assigned to a converter element or an environment of the illumination device.
  • the lighting device can switch back and forth between different light functions in an extremely simple manner, namely simply by the corresponding laser light source off or on. A mechanical control of different components or the like, however, is not required.
  • the illumination device has a converter element or a plurality of converter elements, one or more of the so-called “phosphors", for converting a wavelength distribution.
  • this converter element or converter elements are arranged in the beam path of the laser light beams after the diffractive optical element.
  • the heat distribution to the phosphor which is fundamentally problematic in the prior art, can thus be improved in a simple manner, since the system described is suitable for use without an additional device for beam combining. Namely, instead of a single high-intensity laser light beam at one point, a plurality of lower-intensity laser light beams impinge on the phosphor at several points and cause it to glow there. Accordingly, the risk of local overheating and possibly damage to the phosphor is then reduced.
  • a local brightness can be increased, for example, by having adjacent portions of a diffractive optical element similar properties and, for example, a laser beam to almost the same area on the phosphor divert.
  • the effect is that the laser light beam converts more slowly across the phosphor and at this point the intensity of the light emitted by the converter unit is higher.
  • the subregions of different diffractive optical elements can also direct laser light beams to the same or almost the same regions of the phosphor.
  • the local brightness can then be increased and decreased by switching the associated laser light sources on and off.
  • the resolution of the area illuminating the phosphor can be increased, for example by adjacent portions of the diffractive optical element deflecting a laser light beam to smaller segments of the phosphor in each case.
  • the phosphor can thus be used particularly efficiently by optimized beam focusing / widening.
  • the one converter element or the plurality of converter elements in each case at least partially in the different spatial regions, which by means of of the diffractive optical element or the diffractive optical elements are traversed by the laser light beam or the laser light beams. It is thus one converter element or the plurality of converter elements in each case at least partially illuminated by means of different diffractive optical elements by different laser light beams. Accordingly, different light functions can be assigned to the different spatial regions similar to the relationship described above. When using multiple converter elements results here the advantage that smaller secondary lenses can be used, so that space can be saved and this can be used flexibly. This also gives more possibilities for the design.
  • a reference marking is arranged on the diffractive optical element or on a carrier of a diffractive optical element.
  • the reference marking may, for example, be a non-rotationally symmetric marking, in particular in the form of an elliptical ring around the axis of rotation.
  • the non-rotationally symmetric marking can also have a rotationally symmetrical shape, but non-rotationally symmetric properties, for example angle-dependent transparency or reflection properties. It may also be a rotationally symmetric marking such as a slip ring. It can also be a single subregion of the diffractive optical element, which directs the laser light beam onto a sensor or a measuring device which is not otherwise illuminated by the laser light beam.
  • This measuring device can be used in particular for a security concept. This makes it possible to determine the angle of rotation of the diffractive optical element. As a result, the illumination device can be adjusted accordingly or a synchronization of the rotation of the diffractive optical element with the laser light sources can take place.
  • a cooling wing is arranged on the diffractive optical element or on a carrier of the diffractive optical element.
  • the cooling wing may in particular be one or more cooling wings or fan blades, which provide air circulation in the manner of a fan. This has the advantage that the air circulation and thus the cooling in the lighting device is improved. In particular, the risk of overheating the Phosphors is thus reduced and / or promoted a cooling of the laser light sources.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a lighting device.
  • the illumination device 1 comprises a laser light source 2 which emits a laser light beam 3, wherein only one laser light source 2 or one laser light beam 3 is shown here for the sake of clarity.
  • a diffractive optical element 5 with at least one subregion 6 is arranged here.
  • the diffractive optical element 5 is designed as an annular band which is arranged on a carrier 7 designed as a disk.
  • the carrier 7 is in the present case rotatable about a rotation axis A.
  • the diffractive optical element 5 embodied here as a band, which forms a ring about the axis of rotation A is also rotatable about it.
  • the axis of rotation A in this case runs through the center M of the ring formed by the diffractive optical element 5 embodied here as a band.
  • the lighting device 1 also has a converter element 8, a so-called phosphor.
  • the converter element 8 serves for the wavelength conversion of a laser light radiated onto the converter element 8, for example due to fluorescent or phosphorescent properties of the converter element 8.
  • the converter element 8 in this illustration is shown in columns 8a, 8b, 8c, 8d, 8e and rows 8v, 8w, 8x, 8y, 8z divided.
  • the converter element 8 is divided into converter segments 8 ij by the rows and columns, wherein, for example, the converter segment 8 av describes the segment of the converter element 8 which lies in the column 8 a and line 8 v.
  • the number of columns and rows here has purely exemplary character.
  • the converter element 8 need not actually be divided into columns and rows with resulting converter segments 8 ij . Rather, the converter element 8 can also be a homogeneously designed converter element 8, which, for example, is virtually divided into converter segments 8 ij , which are then traversed by the laser light beam 3.
  • the converter element is arranged behind the diffractive optical element 5 or the carrier 7, since in the present example the diffractive optical element 5 has transmissive properties.
  • the laser light beam 3 thus penetrates through the diffractive optical element 5 and is guided by the latter in a predetermined manner onto the converter element 8 or the respective converter segments 8 ij .
  • the diffractive optical element 5 is designed, for example, not with transmissive but with reflective properties, the converter element 8 will continue to be arranged in the beam path 4 after the diffractive optical element 5, but then geometrically on the other side of the diffractive optical compared to the illustrated embodiment Elements 5.
  • the laser light source 2 now radiates the laser beam 3 onto the partial region 6 of the diffractive optical element 5 at the time shown.
  • the partial region 6 of the diffractive optical element 5 is designed in the example shown to deflect the laser light beam 3 in the illustration exactly on the converter segment 8 av of the converter element 8. This is thus stimulated here to emit white light radiation.
  • the support 7 is continuously and preferably rotated in the direction of the arrow at a uniform speed.
  • another partial region 6 ' is rotated into the jet passage 4 with optical properties differing from the first partial region 6.
  • the further subarea 6 ' is configured in such a way that deflects a deflection of the laser light beam 3 onto the converter segment 8 bv , which is arranged here adjacent to the first converter segment 8 av .
  • the deflection of the laser light beam 3 is also carried out by further, not shown here for clarity sections.
  • the laser light beam 3 therefore also moves in the direction of the arrow due to the rotation of the diffractive optical element 5 in the direction of the arrow on the converter element 8 and thus drives the converter element 8 line by line.
  • the entire converter element 8 can thus be traversed with the laser light beam 3 and excited to emit light.
  • Fig. 2 shows a further exemplary embodiment of a lighting device.
  • the illumination device 1 here comprises a plurality of, in the present case twelve, laser light sources 2 a to 2 l, which emit respective laser light beams 3 a to 3 l.
  • the illumination device 1 also comprises a plurality of, in the present case six, diffractive optical elements 5a to 5f. These diffractive optical elements 5a to 5f are presently arranged as ring-like bands on the support 7 designed as a disk. In this case, the diffractive optical elements 5a to 5f are arranged as concentric rings around the center M of the carrier 7. Through the center M also the axis of rotation A ( Fig. 1 ).
  • the diffractive optical elements 5a to 5f are each subdivided into a plurality of subregions 5 ij , which each have different optical properties in this example.
  • the laser light sources 2a to 2l or their associated ge beam paths 4a to 4l and the disc 7 and arranged on the disc 7 diffractive optical elements 5a to 5f are now arranged such that at the same time each different subregions 5 ij of the diffractive optical elements 5a to 5f by the laser light sources 2a to 2f are irradiated.
  • each of the diffractive optical elements 5a to 5f is assigned two laser light sources 2a to 2f, That is to say, at the same time, two different partial regions 5 ij or segments of a respective diffractive optical element 5a to 5f are irradiated by the two laser light sources 2a to 21 assigned to the respective diffractive optical element 5a to 5f.
  • the laser light beams 3a to 31 deflected or transmitted by the respective subregions 5j of the diffractive optical elements 5a to 5f are deflected independently of each other and deflected in the present case independently of each other and can thus be used, for example, as a converter element 8 as shown in FIG Fig. 1 is shown, or even to run off or illuminate an environment of the lighting device 1.
  • the carrier 7 with the diffractive optical elements 5a to 5f is rotated about the center M of the disc relative to the stationary laser light sources 2a to 21, different subregions 5j of the diffractive optical elements 5a to 5f are irradiated at successive times. Since the different partial regions 5 ij have different optical properties, in the present case a different deflection behavior of an incident light, the resulting deflected, ie reflected or transmitted laser light rays 3a to 31 will move in space and travel down a respective spatial region. This makes it possible, for example, to realize that the respective laser light beams 3a to 31 have different segments 8a to 8j (FIG. Fig. 1 ) of a converter element 8 ( Fig.
  • the different diffractive optical elements 5a to 5f predetermined spatial regions, for example said segments 8 ij of the converter element 8 (FIG. Fig. 1 ), be driven off and illuminated.
  • different light functions can also be assigned to the different diffractive optical elements 5a to 5f, for example by traveling through spatial regions through the laser light beams 2a to 2l which correspond to a high beam or low beam function.
  • For activating or deactivating the corresponding light function only the corresponding laser light source 2a to 21 has to be switched off or switched on.
  • a modified mechanical control of mechanical components, however, is not required. Corresponding control components can be designed so cheap and durable.
  • a reference mark 9 is also mounted on the disc-shaped carrier 7.
  • This is in the present case embodied as an elliptical optical marking which can be detected via an optical sensor.
  • a rotational angle or the position of the carrier 7 and thus of the diffractive optical elements 5a to 5f can be determined.
  • An alternative possibility for such a reference marking is also, for example, to design one or more of the subregions 5 ij according to the known laws of optics such that an incident laser light beam, for example, does not form a converter element 8 (FIG. Fig. 1 ) or any other space to be illuminated by the lighting device 1, but to a corresponding detector, which then detects this laser light beam.
  • This signal can then also be evaluated and a position of the diffractive optical elements 5a to 5f or of the carrier 7 can be determined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Laserlichtquelle (2, 2a-21) zum Ausstrahlen eines Laserlichtstrahls (3, 3a-31) und einem diffraktiven optischen Element (5, 5a-5f), von welchem zumindest ein Teilbereich (5ij, 6, 6') in einem Strahlgang (4, 4a-4l) des Laserlichtstrahls (3, 3a-3l) angeordnet ist, wobei das diffraktive optische Element (5, 5a-5f) gegenüber der Laserlichtquelle (2, 2a-2l) um eine Rotationsachse (A) drehbar angeordnet ist, sodass unterschiedliche Teilbereiche (5ij, 6, 6') des diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) mit jeweils verschiedenen optischen Eigenschaften durch eine Rotation um die Rotationsachse (A) in den Strahlgang (4, 4a-4l) drehbar sind, um mit geringem mechanischen und elektronischen Aufwand eine flexible Beleuchtung zu erreichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Laserlichtquelle zum Ausstrahlen eines Laserlichtstrahls und mit einem diffraktiven optischen Element, von welchem zumindest ein Teilbereich in einem Strahlgang des Laserlichtstrahls angeordnet ist.
  • Im Automobilbereich finden Laserlichtquellen für Scheinwerfer mehr und mehr Verwendung. Hierbei können ein oder mehrere Laserlichtstrahlen über ein Ablenksystem in eine Umgebung eines Kraftfahrzeugs gelenkt werden, um diese Auszuleuchten. Alternativ können der oder die Laserlichtstrahlen auch auf ein Konverterelement, einen "Phosphor", gelenkt werden, welches so zur Abstrahlung eines die Umgebung des Kraftfahrzeugs ausleuchtenden Lichtes in einer von der Farbe des Laserlichtstrahls verschiedenen Farbe angeregt wird. Für das Ablenken der Laserstrahlen kommen hier im Allgemeinen Mikrospiegelsysteme oder elektro- beziehungsweise akustooptische Kristalle oder Modulatoren zum Einsatz. Es gibt jedoch auch andere Ansätze zum Handhaben von Laserlichtstrahlen in Beleuchtungseinrichtungen eines Kraftfahrzeugs. So können auch diffraktive optische Elemente, welche über Wellen beugung einen optischen Effekt erzeugen mit einer Laserlichtquelle zum Einsatz kommen.
  • So offenbart beispielsweise die DE 103 33 370 A1 eine Beleuchtungseinrichtung für ein Automobil, mit einer Lichtquelle und einer Linse. Dabei weist die Linse auf einer ihrer Flächen eine diffraktive Struktur auf. Als Lichtquelle wird hier eine Laserlichtquelle vorgeschlagen.
  • Die FR 3 009 061 A1 beschreibt ein Beleuchtungs- und/oder Signalsystem mit einer verbesserten Formung von Streustrahlung. Dort wird ein von einer primären Lichtquelle ausgesendeter Lichtstrahl auf ein scheibenförmiges optisches Element gelenkt, welches zumindest einen holografischen Bereich aufweist. Dieses optische Element kann weiterhin Prismen zur Beeinflussung von Streustrahlung aufweisen und ist zudem bewegbar.
  • Aus der WO 2010/058323 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung bekannt, bei der von einer Lichtquelle ausgesendetes Licht von einem optischen Element auf ein schirmartiges Element gelenkt wird, wobei letzteres zumindest eine physikalische Eigenschaft wie etwa die Farbe oder Polarisation des durchtretenden Lichtes beeinflusst.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, mittels welcher mit geringem mechanischen und elektronischen Aufwand eine flexible Beleuchtung erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug weist mehrere Laserlichtquellen zum Ausstrahlen von Laserlichtstrahlen und ein diffraktives optisches Element, von welchem zeitgleich mehrere Teilbereiche in jeweiligen Strahlgängen der Laserlichtstrahlen angeordnet sind, auf. Bei der Beleuchtungseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Scheinwerfereinrichtung handeln. Zum Erzielen einer flexiblen Beleuchtungseinrichtung mit einem geringen mechanischen und elektronischen Aufwand ist dabei unter anderem vorgesehen, dass das diffraktive optische Element gegenüber der Laserlichtquelle um eine Rotationsachse drehbar angeordnet ist. Somit sind unterschiedliche Teilbereiche des diffraktiven optischen Elements, welche jeweils verschiedene optische Eigenschaften aufweisen, durch eine Rotation um die Rotationsachse in die Strahlgänge drehbar. Es können somit jeweils durch die unterschiedlichen Teilbereiche die Laserlichtstrahlen unterschiedlich beeinflußt werden, also insbesondere abgelenkt und/oder in ihren Intensitätsprofilen angepasst werden. Das hat den Vorteil, dass eine flexible Beleuchtung erreicht ist, deren Eigenschaften über ein Rotieren oder Drehen des diffraktiven optischen Elements einstellbar sind.
  • Es können somit unterschiedliche Teilbereiche des diffraktiven optischen Elements gleichzeitig durch je eine der unterschiedlichen Laserlichtquellen beleuchtet werden. Das hat den Vorteil, dass bei der Verwendung von mehreren Laserdioden, welche zum Erreichen einer vorbestimmten Lichtleistung oder Intensität eines Beleuchtungs- oder Scheinwerferlichtes im Stand der Technik erforderlich sind, zum Erreichen dieser vorbestimmten Lichtleistung kein Kombinieren der einzelnen Laserstrahlen ("beam combining") erforderlich ist. Entsprechend können die sonst erforderlichen diesbezüglichen Bauteile hier eingespart werden. Überdies konzentriert sich so weniger Leistung auf einen Punkt, was hitze- und sicherheitstechnisch vorteilhaft ist. in einem Betrieb mit einer kontinuierlichen Rotation des optischen Elementes wird so auch bei gleichbleibender Drehzahl die Frequenz, in welcher ein bestimmter Teilbereich des diffraktiven optischen Elements bestrahlt wird, erhöht. Dies kann für eine verbesserte Lichtqualität, beispielsweise ein vermindertes Flimmern, genutzt werden. Sind den unterschiedlichen Teilbereichen wie im vorherigen Absatz definiert unterschiedliche Ablenkwinkel zugeordnet, so kann über die Verwendung mehrer Laserlichtstrahlen auch Einfluss auf die räumliche Verteilung des Lichtschwerpunktes und somit eine Verformung einer resultierenden Lichtverteilung genommen werden.
  • Die folgenden Ausführungen für einen einzigen Laserlichtstrahl können entsprechend für alle von den mehreren Laserlichtquellen ausgesendeten Laserlichtstrahlen gelten.
  • Über die spezifische Ausgestaltung des diffraktiven optischen Elements kann der Laserlichtstrahl nahezu beliebig in seiner Intensitätsverteilung angepasst und/oder abgelenkt werden. Insbesondere ist es so möglich, dass die Intensitätsverteilung im Laserlichtstrahl, das "Strahlprofil", selber nicht mehr einer üblichen Gauß-Verteilung folgt, sondern einer vorbestimmten Verteilung, beispielsweise einer sogenannten "TopHat" Intensitätsverteilung, bei welcher innerhalb eines vorbestimmten, flächigen Bereichs der Laserlichtstrahl gleichmäßig eine Maximalintensität erreicht, welche durch einen scharfen, nahezu abrupten Übergang zu einer Nullintensität begrenzt wird. Derartige Intensitätsverteilungen oder Strahlprofile können auch als "circular flat-top beam" mit kreisförmigen flächigem Bereich, "linear flat-top beam" mit linien- oder rechteckförmigen flächigem Bereich oder "square flat-top beam" mit quadratischem flächigem Bereich ausgeführt sein. Das hat den Vorteil, dass sich damit eine Umgebung der Beleuchtungseinrichtung besonders präzise und genau beleuchten lässt, beispielsweise über ein hochgenaues Bestrahlen der bekannten Konverterelemente ("Phosphore") zur Wellenlängenkonversion von Lichtstrahlen oder auch direkt über den Laserlichtstrahl selber. Überdies kann eine von dem Laserlichtstrahl beleuchtete Fläche ("Spot") oder ein beleuchteter Flächen- oder Raumbereich so auf einfache Weise sehr homogen ausgeleuchtet oder bestrahlt werden.
  • Über die spezifische Ausgestaltung des diffraktiven optischen Elements beziehungsweise der unterschiedlichen Teilbereiche, lässt sich unabhängig von anderen optischen Eigenschaften auch eine Strahlaufweitung oder eine Strahlteilung realisieren. Das hat den Vorteil, das so unterschiedlich große Flächen, sogenannte "Spots", homogen durch den Laserlichtstrahl beleuchtet werden können.
  • Es lässt sich so beispielsweise auch ein intensitätsschwacher Nebenstrahl, beispielsweise zur Strahlmessung, insbesondere für ein Sicherheitskonzept, erzeugen. Auch ein Glätten eines Strahlquerschnittprofils ist damit zu erzielen sowie eine Vielzahl von symmetrischen beziehungsweise asymmetrischen Strahlprofilen der Intensität des Laserstrahls.
  • Von besonderer Bedeutung ist, dass der Laserlichtstrahl durch die unterschiedlichen optischen Eigenschaften der unterschiedlichen Teilbereiche in unterschiedliche Raumbereiche abgelenkt werden kann. Dadurch können durch den Laserlichtstrahl vorgebbare Flächenbereiche, welche in Ihrer Größe den Durchmesser des Laserlichtstrahls übertreffen, beleuchtet und abgefahren oder abgerastert werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Flächenbereiche auf einem Konverterelement oder auch um Flächenbereiche in einer Umgebung der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eine Straße, handeln.
  • Diese ,zu erzielenden Eigenschaften sind dabei kombinierbar und vorab durch die spezifische Ausgestaltung des optischen Elementes bestimmbar. Damit erfordern sie keine elektronisch oder mechanisch komplexen Aufbauten. Dies ermöglicht auch einen hohen Grad an Kompaktheit bei einer gleichzeitig sehr großen Genauigkeit. Insgesamt wird so eine große Flexibilität der Beleuchtung erreicht.
  • Das diffraktive optische Element kann dabei sowohl als transmissives System, beispielsweise als Glas- oder Kunststoffbauteil ausgeführt sein, als auch als ein reflektives System, beispielsweise in Form einer strukturieren Metallplatte. Insbesondere kann das diffraktive optische Element als ein Band auf einem Träger realisiert sein, der beispielsweise als um die Rotationsachse drehbare Scheibe ausgeführt ist. Damit eignet sich der Ansatz für eine Vielzahl von Bauraumgeometrien.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das diffraktive optische Element ringförmig ist und die Rotationsachse durch den Mittelpunkt des von dem ringförmigen diffraktiven optischen Elements gebildeten Ringes verläuft. Das diffraktive optische Element kann somit einen Ring bilden oder die Form eines Ringes aufweisen. Das hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Teilbereichen des diffraktiven optischen Elements nacheinander in den Strahlgang eingebracht werden kann und so auf einfache Weise, nämlich durch ein einfaches Drehen des diffraktiven optischen Elements um die Rotationsachse, der Laserlichtstrahl gemäß den optischen Eigenschaften der unterschiedlichen Teilbereiche modifiziert wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das diffraktive optische Element im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung durch einen Antrieb kontinuierlich und insbesondere gleichmäßig gedreht wird. Insbesondere kann dies einer Geschwindigkeit von mehr als 50 Umdrehungen/Sekunde erfolgen, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von zwischen 100 und 200 Umdrehungen/Sekunde. Die genannten Zahlen gelten insbesondere für eine Ausführung mit einer Laserlichtquelle und/oder einem Laserlichtstrahl, in dessen Strahlgang ein Teilbereich des diffraktiven optischen Elements angeordnet ist. Sind mehrere Laserlichtquellen und/oder solche Laserlichtstrahlen vorhanden, so können insbesondere die Zahlen um einen entsprechenden Faktor reduziert werden. Dies gilt, wenn die entsprechenden Laserlichtstrahlen identische Raum- oder Flächenbereiche abfahren oder abtasten. Wird beispielsweise der identische Flächenbereich von vier Laserlichtstrahlen abgefahren, so kann die Geschwindigkeit um den Faktor vier reduziert werden, muss also nur noch mehr als 12,5 Umdrehungen/Sekunde haben und liegt bevorzugt zwischen 25 und 50 Undrehungen/Sekunde. Das hat den Vorteil, dass so auf mechanisch und elektronisch auf besonders einfache Weise ein periodisches Beugen des Laserlichtstrahles erfolgt. Somit wird der Laserlichtstrahl periodisch gemäß den optischen Eigenschaften der Teilbereiche modifiziert. Bei einer Mindestgeschwindigkeit von 50 Umdrehungen/Sekunde lässt sich hier besonders leicht ein für den menschlichen Betrachter nicht wahrnehmbares periodisches Wiederholen erzeugen. Besonders ist hier eine Geschwindigkeit zwischen 100 und 200 Umdrehungen/Sekunde geeignet, da somit auch die mechanische Belastung der zugehörigen Bauteil begrenzt ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in den unterschiedlichen Teilbereichen des diffraktiven optischen Elements der auftreffende Laserlichtstrahl jeweils in einem unterschiedlichen Winkel abgelenkt wird, der für den jeweiligen Teilbereich spezifisch ist. Der Winkel kann hier relativ zu dem Strahlgang des Laserlichtstrahls zwischen Laserlichtquelle und diffraktivem optischen Element definiert sein. Somit ist mittels des diffraktiven optischen Elements ein Raumbereich, der durch die unterschiedlichen Winkel bestimmt ist, durch den Laserlichtstrahl abfahrbar. Es kann also durch einen ersten Teilbereich des diffraktiven optischen Elements der auftreffende Laserlichtstrahl in einem ersten Winkel abgelenkt werden und in einem zweiten, von dem ersten unterschiedlichen Teilbereich der Laserlichtstrahl in einem zweiten, von dem ersten unterschiedlichen Winkel abgelenkt werden. So lässt sich nach Art einer Braunschen Röhre oder nach Art bekannte laserbasierten Scheinwerfer ein Raumbereich durch den Laserstrahl abtasten oder beleuchten. Das hat den Vorteil, dass der Raumbereich auf kompakte und bauteilarme Weise durch den Laserstrahl abfahrbar ist. Im Gegensatz zu den bekannten Mikrospiegelsystemen sind hier auch in den Randbereichen des abgefahrenen Raumbereichs keine längeren Aufenthaltszeiten des Laserstrahles gegeben. Dies führt in einem Kraftfahrzeug zu einem erwünschten Leuchtbild, da so eine unverhältnismäßige oder überproportionale Helligkeit in den Randbereichen der Lichtverteilung vermieden wird. Überdies ist so die Notwendigkeit für jede Achse im Raum einen Spiegel oder eine Ablenkeinheit bereitzustellen, wie es im Stand der Technik der Fall ist, entfallen. Die Problematik der Strahlablenkung wird hier durch ein einteiliges System mit einem einzigen Betriebsparameter, nämlich der Rotationsgeschwindigkeit des diffraktiven optischen Elements gegeben. Der mechanische und elektronische Aufwand ist also minimiert.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung mehrere konzentrische ringförmige diffraktive optische,Elemente, welche als Bänder bezeichnet werden können, aufweist und dabei mehrere jeweils einen Laserlichtstrahl ausstrahlende Laserlichtquellen umfasst. Dabei ist von jedem ringförmigen diffraktiven optischen Element ein Teilbereich in dem Strahlengang eines der Laserlichtstrahlen angeordnet. Insbesondere sind die konzentrischen ringförmigen diffraktiven optischen Elemente dabei auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Der Träger kann als drehbare Scheibe ausgeführt sein. Da die Beugung der Laserlichtstrahlen in den unterschiedlichen optischen Teilbereichen der diffraktiven optischen Elemente unabhängig voneinander ist, können die unterschiedlichen diffraktiven optischen Elemente beziehungsweise deren Teilbereiche frei den gewünschten optischen Effekten zugeordnet werden. Diese unterschiedlichen Effekte können über ein An- und Abschalten der zugeordneten Laserlichtquellen dann an- oder abgeschaltet werden. Das hat den Vorteil, dass im Vergleich zu einer Ausführungsform mit einem einzigen diffraktiven optischen Element eine kompaktere Bauform beziehungsweise ein geringerer Maximaldurchmesser des oder der drehbaren diffraktiven optischen Elemente beziehungsweise des gemeinsamen Trägers erreicht wird. Überdies kann so auch ein ansonsten gegebenenfalls erforderlicher Strahlkombinierer eingespart werden. Über das An- und Abschalten der den Laserlichtquellen zugeordneten optischen Effekte ist auch eine erhöhte Flexibilität der Beleuchtung erzielt.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist hier vorgesehen, dass mittels der unterschiedlichen diffraktiven optischen Elemente durch die zugeordneten unterschiedlichen Laserlichtstrahlen unterschiedliche Raumbereiche abfahrbar sind. Es können somit unterschiedliche Lichtfunktionen durch die unterschiedlichen diffraktiven optischen Elemente beziehungsweise deren zugeordnete Laserlichtquellen realisiert werden. So kann beispielsweise ein erster Laserlichtstrahl, welcher durch ein erstes diffraktives optisches Element abgelenkt wird, einen Raumbereich abfahren, der einem Abblendlicht entspricht. Ein zweiter Laserlichtstrahl kann dann beispielsweise über ein zweites diffraktives optisches Element genau den Raumbereich abfahren, welcher zusätzlich zum Abblendlicht für ein Fernlicht auszuleuchten ist. Die Raumbereiche können hier einem Konverterelement oder einer Umgebung der Beleuchtungseinrichtung zugeordnet sein. Damit kann die Beleuchtungseinrichtung auf äußerst einfache Weise zwischen unterschiedlichen Lichtfunktionen hin- und herschalten, nämlich einfach indem die entsprechende Laserlichtquelle ab- oder angeschaltet wird. Eine mechanische Ansteuerung unterschiedlicher Komponenten oder dergleichen ist hingegen nicht erforderlich.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung ein Konverterelement oder mehrere Konverterelemente, einen oder mehrer der sogenannten "Phosphore", aufweist, zum Konvertieren einer Wellenlängenverteilung. Dabei ist diese Konverterelement oder sind Konverterelemente im Strahlengang der Laserlichtstrahlen nach dem diffraktiven optischen Element angeordnet. Das hat den Vorteil, dass der Laserlichtstrahl nach Art bekannter Laserscheinwerfer in ein sogenanntes "Weißlicht" mit hohem Gelbanteil zur Beleuchtung einer Umgebung der Beleuchtungseinrichtung konvertiert wird und somit ein für den menschlichen Betrachter angenehmes Licht zum Beleuchten einer Umgebung der Beleuchtungseinrichtung entsteht. Gerade hier ist die Verwendung des drehbaren diffraktiven optischen Elements besonders vorteilhaft, da eine komplexe mechanische und elektronische Ansteuerung in einem Ablenksystem für dynamische Laserlichtanwendungen ersetzt werden kann.
  • Überdies kann so auf einfache Art und Weise die Wärmeverteilung auf den Phosphor, welche im Stand der Technik grundsätzlich problematisch ist, verbessert werden, da sich das beschriebene System für eine Anwendung ohne eine zusätzliche Einrichtung zum Strahlkombinieren ("beam combining") eignet. Hier treffen nämlich bevorzugt statt eines einzigen Laserlichtstrahls mit hoher Intensität an einer Stelle mehrere Laserlichtstrahlen geringerer Intensität an mehreren Stellen auf den Phosphor und regen diesen dort zum Leuchten an. Entsprechend ist dann auch die Gefahr einer lokalen Überhitzung und gegebenenfalls Beschädigung des Phosphors verringert.
  • Auf äußerst einfache Art und Weise kann so auch die Helligkeit und Auflösung der Lichtverteilung auf dem Konverterelement eingestellt werden. So kann eine lokale Helligkeit erhöht werden, indem beispielsweise benachbarte Teilbereiche eines diffraktiven optischen Elements ähnliche Eigenschaften aufweisen und beispielsweise einen Laserlichtstrahl auf fast den gleichen Bereich auf den Phosphor ablenken. Der Effekt ist, dass der Laserlichtstrahl langsamer über den Phosphor wandelt und an dieser Stelle die Intensität des von der Konvertereinheit abgestrahlten Lichtes höher ist. Es können auch die Teilbereich unterschiedlicher diffraktiver optischer Elemente Laserlichtstrahlen auf gleiche oder fast gleiche Bereiche des Phosphors lenken. Die lokale Helligkeit kann dann über ein An- und Abschalten der zugeordneten Laserlichtquellen erhöht und verringert werden. Gleichzeitig oder alternativ kann die Auflösung des auf dem Phosphor leuchtenden Bereiches erhöht werden, beispielsweise indem benachbarte Teilbereiche des diffraktiven optischen Elements einen Laserlichtstrahl auf jeweils kleinere Segmente des Phosphors ablenken. Der Phosphor kann somit durch ein optimierte Strahlfokussierung/-aufweitung besonders effizient genutzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist hier vorgesehen, dass das eine Konverterelement oder die mehreren Konverterelemente jeweils zumindest teilweise in den unterschiedlichen Raumbereichen, welche mittels des diffraktiven optischen Elements oder der diffraktiven optischen Elemente durch der Laserlichtstrahl oder die Laserlichtstrahlen abgefahren werden, angeordnet sind. Es ist somit ein Konverterelement oder die mehreren Konverterelemente jeweils zumindest teilweise mittels unterschiedlicher diffraktiver optischer Elemente durch unterschiedliche Laserlichtstrahlen beleuchtbar. Entsprechend können den unterschiedlichen Raumbereichen ähnlich dem oben beschriebenen Zusammenhang unterschiedliche Lichtfunktionen zugeordnet werden. Bei der Verwendung von mehreren Konverterelementen ergibt sich hier der Vorteil, dass kleinere Sekundärlinsen verwendet werden können, so dass Bauraum eingespart werden kann und dieser flexibler genutzt werden kann. Dies gibt auch mehr Möglichkeiten für das Design.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass an dem diffraktiven optischen Element oder an einem Träger eines diffraktiven optischen Elements eine Referenzmarkierung angeordnet ist. Bei der Referenzmarkierung kann es sich beispielsweise um einen nicht-rotationssymmetrische Markierung, insbesondere in Form eines elliptischen Rings um die Rotationsachse handeln. Die nicht-rotationssymmetrische Markierung kann auch eine rotationssymmetrische Form, jedoch nicht-rotationssymmetrische Eigenschaften aufweisen, beispielsweise winkelabhängige Transparenz- oder Reflexionseigenschaften. Es kann sich auch um eine rotationssymmetrische Markierung wie beispielsweise einen Schleifring handeln. Es kann sich auch um einen einzelnen Teilbereich des diffraktiven optischen Elements handeln, welcher den Laserlichtstrahl auf einen Sensor oder eine Messvorrichtung lenkt, welcher sonst nicht von dem Laserlichtstrahl beleuchtet wird. Diese Messvorrichtung kann insbesondere für ein Sicherheitskonzept nutzbar sein. Damit lässt sich der Rotationswinkel des diffraktiven optischen Elements bestimmen. In Folge kann die Beleuchtungseinrichtung entsprechend justiert werden beziehungsweise eine Synchronisation der Rotation des diffraktiven optischen Elements mit den Laserlichtquellen erfolgen.
  • In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass an dem diffraktiven optischen Element oder an einem Träger des diffraktiven optischen Elements ein Kühlflügel angeordnet ist. Bei dem Kühlflügel kann es sich hier insbesondere um einen oder mehrere Kühlflügel oder Ventilatorflügel handeln, welche für eine Luftumwälzung nach Art eines Ventilators sorgen. Das hat den Vorteil, dass die Luftumwälzung und damit die Kühlung in der Beleuchtungseinrichtung verbessert wird. Insbesondere die Gefahr eines Überhitzens des Phosphors wird damit verringert und/oder eine Kühlung der Laserlichtquellen gefördert.
  • Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung und
    • Fig. 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer weiteren erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.
  • In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungseinrichtung. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst dabei eine Laserlichtquelle 2, welche einen Laserlichtstrahl 3 ausstrahlt, wobei hier der Übersichtlichkeit halber nur eine Laserlichtquelle 2 beziehungsweise ein Laserlichtstrahl 3 dargestellt ist. In einem Strahlgang 4 des Laserlichstrahls 3 ist hier ein diffraktives optisches Element 5 mit zumindest einem Teilbereich 6 angeordnet. Vorliegend ist das diffraktive optische Element 5 als ringförmiges Band ausgeführt, welches auf einem als Scheibe ausgeführten Träger 7 angeordnet ist. Der Träger 7 ist vorliegend um eine Rotationsachse A drehbar. Damit ist auch das hier als Band ausgeführte diffraktive optische Element 5, welches eine Ring um die Rotationsachse A bildet, um diese drehbar. Die Rotationsachse A verläuft dabei durch den Mittelpunkt M des von dem hier als Band ausgeführten diffraktiven optischen Element 5 gebildeten Ringes.
  • Im gezeigten Beispiel weist die Beleuchtungseinrichtung 1 auch ein Konverterelement 8, einen sogenannten Phosphor auf. Das Konverterelement 8 dient dabei zur Wellenlängenkonversion eines auf das Konverterelement 8 gestrahlten Laserlichts, beispielsweise auf Grund von fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Eigenschaften des Konverterelements 8. Zum erleichternden Verständnis ist das Konverterelement 8 in dieser Darstellung in Spalten 8a, 8b, 8c, 8d, 8e und Zeilen 8v, 8w, 8x, 8y, 8z unterteilt. Durch die Zeilen und Spalten wird das Konverterelement 8 vorliegend in Konvertersegmente 8ij aufgeteilt, wobei beispielsweise das Konvertersegment 8av, das Segment des Konverterelements 8 beschreibt, welches in der Spalte 8a und Zeile 8v liegt. Die Anzahl der Spalten und Zeilen hat hier rein beispielhaften Charakter. Überdies muss das Konverterelement 8 nicht tatsächlich in Spalten und Zeilen mit resultierenden Konvertersegmenten 8ij aufgeteilt sein. Vielmehr kann es sich bei dem Konverterelement 8 auch um ein homogen ausgeführtes Konverterelement 8 handeln, welches beispielsweise virtuell in Konvertersegmenten 8ij aufgeteilt ist, die dann von dem Laserlichtstrahl 3 abgefahren werden.
  • Im gezeigten Beispiel ist das Konverterelement hinter dem diffraktiven optischen Element 5 beziehungsweise dem Träger 7 angeordnet, da im vorliegenden Beispiel das diffraktive optische Element 5 transmissive Eigenschaften aufweist. Der Laserlichtstrahl 3 dringt somit durch das diffraktive optische Element 5 hindurch und wird durch dieses in einer vorbestimmten Weise auf das Konverterelement 8 bzw. die jeweiligen Konvertersegmente 8ij gelenkt. Ist das diffraktive optische Element 5 beispielsweise nicht mit transmissiven sondern mit reflektiven Eigenschaften ausgeführt, so wird das Konverterelement 8 in dem Strahlengang 4 weiterhin nach dem diffraktiven optischen Element 5 angeordnet sein, jedoch geometrisch dann auf der im Vergleich zur dargestellten Ausführungsform anderen Seite des diffraktiven optischen Elements 5.
  • In Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 1 strahlt nun zum dargestellten Zeitpunkt die Laserlichtquelle 2 den Laserstrahl 3 auf den Teilbereich 6 des diffraktiven optischen Elements 5. Der Teilbereich 6 des diffraktiven optischen Elements 5 ist im gezeigten Beispiel so ausgestaltet, dass er den Laserlichtstrahl 3 ablenkt, und zwar in der Darstellung genau auf das Konvertersegment 8av des Konverterelementes 8. Dieses wird damit hier zum Emittieren einer Weißlichtstrahlung angeregt. Da das diffraktive optische Element 5 auf dem Träger 7 im Betrieb vorliegend kontinuierlich und bevorzugt mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit in Pfeilrichtung gedreht wird, wird als nächstes ein anderer Teilbereich 6' mit von vom ersten Teilbereich 6 unterschiedlichen optischen Eigenschaften in den Strahlgang 4 gedreht. Im gezeigten Beispiel ist der weitere Teilbereich 6' derart konfiguriert, das eine Ablenkung des Laserlichtstrahls 3 auf das Konvertersegment 8bv, welches hier benachbart zu dem ersten Konvertersegment 8av angeordnet ist, ablenkt. In diesem Sinne erfolgt die Ablenkung des Laserlichtstrahls 3 auch durch weitere, hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte Teilbereiche. Der Laserlichtstrahl 3 bewegt sich also auf Grund der Rotation des diffraktiven optischen Elements 5 in Pfeilrichtung auf dem Konverterelement 8 ebenfalls in Pfeilrichtung und fährt das Konverterelement 8 damit vorliegend zeilenweise ab. Über eine Reihe von unterschiedlichen Teilbereichen 6, 6' auf dem diffraktiven optischen Element 5, kann somit das gesamte Konverterelement 8 mit dem Laserlichtstrahl 3 abgefahren und zum Leuchten angeregt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann beispielsweise auch auf das Konverterelement 8 verzichtet werden und statt dessen direkt eine Umgebung der Beleuchtungseinrichtung 1 durch den Laserlichtstrahl 3 abgefahren und somit beleuchtet werden.
  • Fig. 2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungseinrichtung. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst hier eine Vielzahl von, vorliegend zwölf, Laserlichtquellen 2a bis 2l, welche jeweilige Laserlichtstrahlen 3a bis 3l ausstrahlen. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst auch mehrere, vorliegend sechs, diffraktive optische Elemente 5a bis 5f. Diese diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f sind vorliegend als ringartige Bänder auf dem als Scheibe ausgeführten Träger 7 angeordnet. Dabei sind die diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f als konzentrische Ringe um den Mittelpunkt M des Trägers 7 angeordnet. Durch den Mittelpunkt M verläuft auch die Rotationsachse A (Fig. 1). Die diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f sind im gezeigten Beispiel jeweils in eine Vielzahl von Teilbereichen 5ij unterteilt, welche in diesem Beispiel jeweils verschiedene optische Eigenschaften aufweisen. Die Laserlichtquellen 2a bis 2l beziehungsweise deren zugehörig ge Strahlgänge 4a bis 4l und die Scheibe 7 beziehungsweise die auf der Scheibe 7 angeordneten diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f sind nun derart angeordnet, dass gleichzeitig jeweils unterschiedliche Teilbereiche 5ij der diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f durch die Laserlichtquellen 2a bis 2f bestrahlt werden. Im gezeigten Beispiel sind dabei jedem der diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f zwei Laserlichtquellen2a bis 2f zugeordnet, das heißt zur gleichen Zeit werden jeweils zwei unterschiedliche Teilbereiche 5ij oder Segmente eines jeweiligen diffraktiven optischen Elements 5a bis 5f durch die zwei dem jeweiligen diffraktiven optischen Element 5a bis 5f zugeordneten Läserlichtquellen 2a bis 21 bestrahlt. Entsprechend werden die durch die jeweiligen Teilbereiche 5ij der diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f reflektierten oder transmittierten, jedenfalls aber gebeugten und vorliegend abgelenkten Laserlichtstrahlen 3a bis 31 unabhängig voneinander abgelenkt und können so benutzt werden um beispielsweise ein Konverterelement 8, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, oder auch eine Umgebung der Beleuchtungseinrichtung 1 abzufahren oder zu beleuchten.
  • Da in Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 1 der Träger 7 mit den diffraktiven optischen Elementen 5a bis 5f um den Mittelpunkt M der Scheibe gegenüber den stationären Laserlichtquellen 2a bis 21 rotiert wird, werden in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten unterschiedliche Teilbereiche 5ij der diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f angestrahlt. Da die unterschiedlichen Teilbereiche 5ij unterschiedliche optische Eigenschaften, vorliegend ein unterschiedliches Ablenkverhalten eines eingestrahlten Lichtes aufweisen, werden die resultierenden abgelenkten, also reflektierten oder transmittierten Laserlichtstrahlen 3a bis 31 sich im Raum bewegen und einen jeweiligen Raumbereich abfahren. Damit lässt sich beispielsweise realisieren, dass die jeweiligen Laserlichtstrahlen 3a bis 31 unterschiedliche Segmente 8a bis 8j (Fig. 1) eines Konverterelements 8 (Fig. 1) abfahren. Da ein solches Konverterelement 8 (Fig. 1) dann an vielen Stellen zugleich bestrahlt wird, wird eine entstehende Hitzeleistung räumlich verteilt und eine im Stand der Technik häufig auftretende Kühlproblematik verringert. Überdies ist so auch ein Kombinieren ("beam-combining") der unterschiedlichen Laserlichtstrahlen 3a bis 31, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, überflüssig. Die Verwendung einer Vielzahl von kostengünstigen Laserlichtquellen 2a bis 21 mit einer verhältnismäßig geringen Strahlleistung ist somit auch technisch vorteilhaft gegenüber der Verwendung weniger, allerdings teurer Hochleistungslaserlichtquellen.
  • Mittels der unterschiedlichen diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f können nun gezielt vorbestimmte Raumbereiche, beispielsweise besagte Segmente 8ij des Konverterelements 8 (Fig. 1), abgefahren und beleuchtet werden. Somit können den unterschiedlichen diffraktiven optischen Elementen 5a bis 5f auch unterschiedliche Lichtfunktionen zugeordnet werden, beispielsweise indem Raumbereiche durch die Laserlichtstrahlen 2a bis 2l abgefahren werden, welche einer Fern- oder Abblendlichtfunktion entsprechen. Für ein Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren der entsprechenden Lichtfunktion muss dann nur die entsprechende Laserlichtquelle 2a bis 21 ab- beziehungsweise angeschaltet werden. Eine veränderte mechanische Ansteuerung von mechanischen Komponenten ist hingegen nicht erforderlich. Entsprechende Steuerkomponenten können so günstig und langlebig ausgelegt sein.
  • Im gezeigten Beispiel ist auf dem scheibenförmigen Träger 7 auch eine Referenzmarkierung 9 angebracht. Diese ist Vorliegend als elliptische optische Markierung ausgeführt, welche über einen optischen Sensor detektiert werden kann. Dadurch ist ein Rotationswinkel beziehungsweise die Position des Trägers 7 und damit der diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f bestimmbar. Eine alternative Möglichkeit für solch eine Referenzmarkierung ist auch beispielsweise einen oder mehrere der Teilbereiche 5ij nach den bekannten Gesetzen der Optik so zu gestalten, dass ein auftreffender Laserlichtstrahl beispielsweise nicht zu einem Konverterelement 8 (Fig. 1) oder einem sonstigen durch die Beleuchtungseinrichtung 1 zu beleuchtenden Raumbereich abgelenkt wird, sondern zu einem entsprechenden Detektor, welcher diesen Laserlichtstrahl dann detektiert. Auch dieses Signal kann dann ausgewertet und eine Position der diffraktiven optischen Elemente 5a bis 5f beziehungsweise des Trägers 7 bestimmt werden.

Claims (10)

  1. Beleuchtungseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit
    - einer Laserlichtquelle (2, 2a-2l) zum Ausstrahlen eines Laserlichtstrahls (3, 3a-3l) und
    - einem diffraktiven optischen Element (5, 5a-5f), von welchem zumindest ein Teilbereich (5ij, 6, 6') in einem Strahlgang (4, 4a-4l) des Laserlichtstrahls (3, 3a-3l) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beleuchtungseinrichtung (1) mehrere jeweils einen Laserlichstrahl (3, 3a-3l) ausstrahlende Laserlichtquellen (2, 2a-2l) umfasst, wobei zeitgleich mehrere der Teilbereiche (5ij, 6, 6') des diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) in jeweiligen den Laserlichtquellen (2, 2a-2l) zugeordneten Strahlgängen (4, 4a-4l) angeordnet sind, und
    das diffraktive optische Element (5, 5a-5f) gegenüber den Laserlichtquellen (2, 2a-2l) um eine Rotationsachse (A) drehbar angeordnet und durch einen Antrieb kontinuierlich drehbar ist, sodass unterschiedliche Teilbereiche (5ij, 6, 6') des diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) mit jeweils verschiedenen optischen Eigenschaften durch eine Rotation um die Rotationsachse (A) in die Strahlengänge (4, 4a-4l) drehbar sind und durch die kontinuierliche Drehung des diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) die Laserlichtstrahlen (3, 3a-3l) in unterschiedliche Raumbereiche, welche unterschiedlichen Lichtfunktionen entsprechen, ablenkbar und durch die Laserlichtstrahlen (3, 3a-3l) vorgebbare Flächenbereiche abrasterbar sind.
  2. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das diffraktive optische Element (5, 5a-5f) ringförmig ist und die Rotationsachse (A) durch den Mittelpunkt (M) des von dem ringförmigen diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) gebildeten Ringes verläuft.
  3. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das diffraktive optische Element (5, 5a-5f) im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung (1) durch einen Antrieb kontinuierlich drehbar ist, insbesondere mit mehr als 50 Umdrehungen pro Sekunde, bevorzugt mit zwischen 100 und 200 Umdrehungen pro Sekunde.
  4. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in den unterschiedlichen Teilbereichen (6, 6') des diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) der auftreffende Laserlichtstrahl (3, 3a-3l) jeweils in einem unterschiedlichen Winkel abgelenkt wird, der für den jeweiligen Teilbereich (5ij, 6, 6') spezifisch ist, sodass mittels des diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) ein Raumbereich durch den Laserlichtstrahl (3, 3a-3l) abfahrbar ist.
  5. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beleuchtungseinrichtung (1) mehrere konzentrische ringförmige diffraktive optische Elemente (5, 5a-5f), welche insbesondere auf einem gemeinsamen Träger (7) angeordnet sind, und mehrere jeweils einen Laserlichtstrahl (3, 3a-3l) ausstrahlende Laserlichtquellen (2, 2a-2l) umfasst, wobei von jedem ringförmigen diffraktiven optischen Element (5, 5a-5f) ein Teilbereich (5ij, 6, 6') in dem Strahlengang (4, 4a-4l) eines der Laserlichtstrahlen (3, 3a-3l) angeordnet ist.
  6. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 5 und 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mittels der unterschiedlichen diffraktiven optischen Elemente (5, 5a-5f) durch die unterschiedlichen Laserlichtstrahlen (3, 3a-3l) unterschiedliche Raumbereiche abfahrbar sind.
  7. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beleuchtungseinrichtung (1) eine Konvertereinheit (8) oder mehrere Konvertereinheiten (8) zum Konvertieren einer Wellenlängenverteilung aufweist, welche im Strahlengang (4, 4a-4l) des Laserlichtstrahls (3,3a-3l) nach dem diffraktiven optischen Element (5, 5a-5f) angeordnet ist oder sind.
  8. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 7 und 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die eine Konvertereinheit (8) oder die mehreren Konvertereinheiten jeweils zumindest teilweise in den unterschiedlichen Raumbereichen angeordnet sind.
  9. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an dem diffraktiven optischen Element (5, 5a-5f) oder an einem Träger (7) des diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) eine Referenzmarkierung (9) angeordnet ist.
  10. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an dem diffraktiven optischen Element (5, 5a-5f) oder an einem Träger (7) des diffraktiven optischen Elements (5, 5a-5f) ein Kühlflügel angeordnet ist.
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