EP3332168A1 - Laserbeleuchtungsvorrichtung für fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Laserbeleuchtungsvorrichtung für fahrzeugscheinwerfer

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EP3332168A1
EP3332168A1 EP16750360.6A EP16750360A EP3332168A1 EP 3332168 A1 EP3332168 A1 EP 3332168A1 EP 16750360 A EP16750360 A EP 16750360A EP 3332168 A1 EP3332168 A1 EP 3332168A1
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EP
European Patent Office
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laser
laser light
light
illumination device
light beam
Prior art date
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EP16750360.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3332168B1 (de
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Bettina REISINGER
Markus REINPRECHT
Klaus-Dieter Scharf
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ZKW Group GmbH
Original Assignee
ZKW Group GmbH
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Publication date
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Publication of EP3332168A1 publication Critical patent/EP3332168A1/de
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/16—Laser light sources
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    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/24—Light guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/141—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 laser illumination device for vehicles with two or more laser light sources, each adapted to produce a primary laser light beam, a light source associated with each laser light source, each primary laser light beam coupled to its first end and decoupled from its second end as a secondary laser light beam and each secondary laser light beam is directed to a light conversion means to generate at this a predetermined luminous image, which is projected via a the light conversion means associated projection system as a light image on the road.
  • the invention relates to a headlight with at least one such laser illumination device.
  • the invention relates to a vehicle with at least one such headlight.
  • Headlamps that work with laser beams scanning via a light conversion medium are known. They usually produce a luminous image on a light conversion medium, often called “phosphor” for short, on which the blue laser light, for example, is converted into essentially "white” light by fluorescence. The generated luminous image is then extracted by means of the imaging system, e.g. lens optics projected onto the roadway.
  • the microscanner is generally a beam deflection means, for example a micromirror, which can be moved about one or two axes, e.g.
  • the modulation of the laser light source determines for each point or line of the light image, the desired luminance, on the one hand must comply with statutory requirements for the projected photograph and on the other hand, the respective driving situation can be adjusted.
  • micro-scanner with one or more laser beams, which are modulated synchronously with the mirror oscillation, makes it possible to produce almost any light distribution.
  • Such a method is also known in principle in so-called pico projectors and head-up displays, which likewise use micromirrors which are designed as MEMS (micro-electro-mechanical systems).
  • MEMS micro-electro-mechanical systems
  • significantly higher laser powers must be introduced for headlamps.
  • working with blue laser light which originates for example from laser diodes, is usually used. In view of the required high laser power in the order of 5 to 30 watts, it is important to make the best possible use of the laser power installed in a headlight.
  • ID microscanner systems find their application in the headlights.
  • a plurality of blue laser diodes are arranged so that the laser beams generated by them are directed via a single ID microscanner on the phosphor.
  • An "ID microscanner” is understood to be a microscanner that can be moved around a single axis, whereby each laser diode illuminates its own area on the phosphor, so that separate lines are "written".
  • the spot diameter of the laser diodes i. the diameter of a light spot generated by the corresponding laser diode by the fluorescence, be correspondingly different on the phosphor.
  • these values can vary widely, e.g. if line heights between 0.2 mm and 0.9 mm are to be realized on a phosphor.
  • the light intensity in such a spot usually has a Gaussian shape, and decreases exponentially to spots edges.
  • the laser beams generated by the conventional laser diodes have spatial asymmetries, which is why the spot is substantially elliptical, wherein the length of the ellipse main axis may differ greatly from the length of the ellipse axis.
  • the limit of the spot is usually assumed to be the point at which the intensity has fallen to 1 / e or to 1 / e 2 . The assumed value then defines the boundary to the next line in the luminous image.
  • One way of at least partially addressing this problem is to vary the intensity value assumed for the determination of the line boundary.
  • the values are set too low, dark streaks will appear between the lines in the light image and consequently also in the light image.
  • An object of the invention is to provide a laser illumination device in which a light image with improved photometric properties can be realized.
  • each primary laser light beam has a first intensity profile
  • each secondary laser light beam has a second intensity profile different from the first intensity profile
  • each secondary laser light beam is directed to the light conversion means via a microscanner.
  • the micro-scanner In an embodiment which is expedient with regard to the control-related expenditure, provision can be made for the micro-scanner to be pivotable about exactly one axis. Such an ID microscanner can also be used to deal with EMC problems (EMC stands for electromagnetic compatibility).
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the two-axis swiveling microscanners - short 2D microscanners - the Strahlablenkstoff (for example, a micromirror) must oscillate a lot faster, so that a uniformly illuminated photo can be realized as the path through which the image scanned will be much longer. As a result, one must be able to turn on and off the laser light sources themselves very quickly.
  • each laser light source downstream of an optical attachment which couples the primary laser light beam in the first end of this laser light source associated light guide.
  • the secondary laser light beams are subdivided into two or more laser light beam groups, each laser light beam group being guided by a respective micro scanner.
  • the optical fibers of at least a subset of the optical fibers are arranged as a cone tapering in the direction of light propagation.
  • the light guides for example, glass rods
  • Use of curved optical fibers can contribute to increasing the divergence of the laser beam in one or both of its axes (major ellipse axis, ellipse minor axis) and affect the tuning of the laser beam profile size to the size of the micro-scanner.
  • the second ends may be arranged and / or formed such that the secondary light beams extend substantially parallel to one another.
  • the second ends In order to produce a luminous image subdivided in lines, it is expedient for the second ends to be arranged adjacent to one another in a row.
  • each optical scanner is preceded by an optical imaging system.
  • the optical imaging system prefferably has one, two or more lenses and / or one, two or more diaphragms and / or one, two or more reflectors.
  • the primary laser light beams couple at least a subset of the primary laser light beams into the first ends via at least one beam deflection means, for example a mirror or a prism.
  • the light guides prefferably have a substantially rectangular cross section.
  • the optical fibers may be advantageous if the optical fibers have a different sized cross-section.
  • the quality and the resolution of the light image it is of particular advantage if the first intensity profile in each spatial direction substantially Gaussian shape and the second intensity profile in each spatial direction substantially flat-top shape (even in top hat shape or Top Hat intensity profile known).
  • the second intensity profile in each spatial direction has a substantially flat top shape and the beam cross section of the secondary light beams is substantially rectangular.
  • FIG. 1 shows the essential components of the invention of a laser illumination device of a conventional type (AT 514834 A2) and the context in a schematic representation
  • FIG. 2 shows the essential components of a laser illumination device according to the invention and the context in a schematic representation
  • FIG. 2a shows the laser illumination device according to the invention with conically arranged rigid optical fibers and a schematically illustrated imaging system
  • FIG. 2b shows the laser illumination device according to the invention with curved light guides and a schematically illustrated imaging system
  • FIG. 3 shows a stationary luminous image generated by the laser illumination device
  • Fig. 4 shows an exemplary arrangement of the optical fiber ends of Fig. 2a
  • Fig. 5 is a schematic representation of a coupling of the primary beams in the light guide via deflecting mirror.
  • Photometric starting point of the laser illumination device shown here are two, here superimposed groups 1 and 2 of four laser light sources 11, 12, 13, 14 and 21, 22, 23, 24, which can each emit a denoted by 11p to 18p laser beam.
  • the laser light sources 11 to 18 are associated with a laser driver 3, wherein this driver 3 is used for power supply and is also set up to modulate the beam intensity of the individual lasers.
  • modulating in the context of the present invention is meant that the intensity of a laser light source can be changed, be it continuous or pulsed, in the sense of switching on and off, pulsed. It is essential that the light output can be changed dynamically analogously, depending on where the beams are directed. In addition, there is the possibility of switching on and off for a certain time in order not to illuminate defined places
  • the laser driver 3 in turn in turn contains signals from a central headlamp drive 4, which sensor signals sl ... si ... sn can be supplied.
  • these control and sensor signals can be, for example, switching commands for switching from high beam to low beam or, on the other hand, signals received by light sensors or cameras which detect the lighting conditions on the road and, for example, hide or attenuate certain areas in the light screen.
  • Each laser light source 11 to 18 is followed by its own collimator optics 21 to 28, which bundles the initially highly divergent laser beam 11p to 18p. Subsequently, the distance of the laser beams of the first group 1 and the second group 2 is each reduced by a common converging lens 31 and 32 and with subsequent diverging lenses 41 and 42, the exit angle of the laser beams is kept as low as possible.
  • the four laser beams 11p, 12p, 13p and 14p of the first group 1 "bundled" in the described manner strike a first microscanner 51 and analogously the laser beams 15p, 16p, 16p and 18p of the second group 2 strike a second microscanner 52 and are reflected together on a formed in the present case as a luminous surface light conversion means 60.
  • microscanner is understood to mean a general beam deflecting device which can be pivoted about one or two spatial axes, which is usually designed as a micromirror, does not necessarily have to be designed as such, but can be configured as a prism, for example
  • phosphorus in the context of the present invention is understood to mean, in general terms, a substance or mixture of substances which transmits light of one wavelength to light of another wavelength or a mixture of wavelengths, in particular into “white” light, which is subsumed under the term “wavelength conversion.”
  • white light is understood as meaning light of such a spectral composition which produces the color impression "white” in humans "of course is not up for the human eye restricted visible radiation.
  • optoceramics ie transparent ceramics, such as, for example, YAG-Ce (an yttrium-aluminum garnet doped with cerium).
  • the microscanner 51 is driven by a micro scanner drive 5 and set in oscillations of constant frequency, whereby these vibrations can correspond in particular to the mechanical natural frequency of the micro scanner.
  • the microscanner drive 5 is in turn controlled by the headlight drive 4 in order to adjust the oscillation amplitude of the microscanners 51, 52, whereby asymmetric oscillation about the axis can be adjustable.
  • the control of microscanners is known and can be done in many ways, eg electromagnetic, electrostatic, thermoelectric and piezoelectric.
  • the microscanners 51, 52 vibrate, for example, with a frequency of a few hundred Hz and their maximum deflection is a few degrees to 60 °, depending on their control.
  • the position of the microscanners 51, 52 is expediently reported back to the micro scanner control 5 and / or to the headlight driver 4.
  • the two microscanners can oscillate synchronously, but it is also a non-synchronous Swing applicable, for example, to make the thermal load of the luminous surface or the light conversion medium uniform.
  • microscanners In the case of the silent, i. do not oscillate, microscanners generate the collimated laser beams 11p to 18p on the light conversion means 60, namely the luminous surface, which is generally flat, but need not be flat, luminous spots, each having a luminous flux distribution corresponding to the intensity profile of the relevant laser light beam ,
  • Fig. 1a two spots 71p and 72p are schematically shown, which are produced by a laser illumination device of Fig. 1.
  • Each luminous flux distribution is essentially Gaussian and corresponds to the intensity profile of the two "adjacent" laser beams, for example 11p and 12p.
  • a section along the line AA represents a luminous flux profile 73 and is for the luminous image of FIG
  • the luminous flux profile 73 described here does not allow a sharp distinction between the light spots and leads to large variations in light intensity in the light image.
  • roadway is used here for a simplified representation, because of course it depends on the local conditions whether the photo is actually on the roadway or extends beyond it, eg to test the radiated light distributions, one produces a projection of the Photograph on a vertical surface in accordance with the relevant standards relating to automotive lighting technology.
  • this problem is solved by shaping the beam profile of the laser light beams.
  • the essential components of a laser illumination device according to the invention which has technical means with which the solution is implemented, are illustrated by way of non-limiting example in FIG. In this case, for the sake of simplicity, only one of the two laser light sources groups of Fig. 1 is taken into consideration.
  • Each laser light source 11 to 14 is followed by its own intent optics 81 to 84, which bundles the initially highly divergent primary laser beam 11p to 18p and then focused on the first ends 91e to 94e of the optical fibers 91 to 94 so that the primary laser light beams substantially without losses couple into the light guides.
  • the laser light beams are advantageously coupled into the light guide in such a way that, for example, in a rectangular light guide the Longitudinal axis of, emitted by the laser light source, typically elliptical beam cross-section having, laser beam, parallel to the cross-sectional longitudinal axis of the rectangular light guide runs.
  • the type of coupling depends on which axis (major ellipse axis or ellipse minor axis) the laser light beams are to have less divergence on coupling out (the secondary laser light beams).
  • the term "light guide” also all technical means are subsumed, which are suitable for shaping the beam profile (intensity profile and the cross section of the laser beams) So there are all "Strahlprofilformer” in a specific technical execution of applicable to the present invention.
  • multimode fibers or glass rods of various types can be used.
  • the type of beamformer refers to the behavior of its refractive index. One differentiates between e.g. Step index fibers, gradient index fibers or homogeneous beam profile shapers (with a constant refractive index).
  • the beam profile formers may have different cross-sectional sizes (from a few to hundreds of microns to a few millimeters).
  • Such a beam profiler may be used, for example, as an array of optics, e.g. Lenses, mirrors and diaphragms, be realized.
  • attachment optics in the context of the present invention is understood to mean an optical system suitable for focusing the originally diverging primary laser light beams 11p to 14p onto the associated first ends 91e to 94e Embodiment, a collimator lens and a converging lens, but may alternatively include other available to the expert optical means, which are suitable for focusing the primary laser light beams.
  • the primary laser light beams 11p to 14p in the optical fibers 91 to 94 are multiply totally reflected. This results in the light "filling in" the entire cross-section of the light guide, whereby the beam profile of the light rays emerging from the light guides as secondary light rays Iis to 14s substantially takes on the shape of the cross section of the light guides used optical fibers have a substantially rectangular shape of the cross section. Accordingly, the secondary light beams Iis to 14s have a substantially rectangular intensity profile.
  • two rectangular spots 71s and 72s formed on the light conversion means 60 by two of the secondary beams, for example by Iis and 12s, are shown having a substantially rectangular beam cross section and a substantially rectangular intensity profile, also referred to in the literature as Fiat Top or top hat shape or simply top hat, which correspond to secondary laser beams and have a substantially rectangular luminous flux profile 73a and 73b along the section BB.
  • the size of the cross section may vary from optical fiber to optical fiber and, as a result, lead to differently sized spots on the light conversion means 60.
  • the luminous flux density (illuminance) in a light spot and consequently the light intensity of this light spot can be adjusted. This is discussed in FIG.
  • microscanners that vibrate only about one axis
  • microscanners that oscillate about two axes.
  • a plurality of laser beams may be directed to such a micro-scanner, directly generated adjacent light bands.
  • Embodiments with only a single micro-scanner are also conceivable, in which, for example, the secondary laser beams impinge against the main emission direction of the headlight directly onto the micro-scanner, which then directs the laser beams to a phosphorescent phosphor.
  • the imaging system 6 is shown schematically as a converging lens. In general, it is an optical system comprising one, two or more lenses, which are arranged one behind the other and / or each associated with a light guide, and / or reflectors, and which optical system the secondary light beams Iis to 14s via the micro scanner 51 to the light conversion means 60 collimated / focused.
  • Fig. 2a light guides 91 to 94, which are arranged as a converging in the light propagation direction cone.
  • the light guides 91 to 94 can be "rigid".
  • optical fibers 91 to 94 designed as multimode fibers.
  • the optical fibers can be curved and arranged such that the second ends 91z to 94z are arranged adjacent to each other in a row.
  • the secondary laser light beams Iis to 14s are substantially parallel, and the distance between the light spots on the light conversion means 60 by the imaging optical system 6 can be minimized.
  • Fig. 4 shows an arrangement of the optical fiber ends of Fig. 2a.
  • the optical fibers 91 to 94 are tapered at an opening angle ⁇
  • the second ends 91z to 94z are such as e.g. by grinding, that the secondary light beams Iis to 14s are substantially parallel to each other.
  • the opening angle ⁇ must not be arbitrarily large, since this would require the corresponding grinding of the second ends 91z to 94z and would lead to undesirable distortions in the light and thus in the light image.
  • the arrangement shown in FIG. 4 is a special case. In practice, it may well happen that the second ends 91z to 94z are not in one plane.
  • the grinding angle is given by the law of refraction and by the opening angle ⁇ .
  • the configuration of the second ends 91z to 94z (by grinding) serves as a technical means for the secondary laser light beams, which generate the light spots on the light conversion means, to strike the light conversion means at a predetermined angle, preferably parallel to each other.
  • the primary laser light beams are coupled via mirrors 200 to 207 (via a so-called "mirrored staircase") into the first ends, whereby both the opening angle ⁇ and one can be reduced optimized cooling of the laser diodes can be realized, since they can be arranged in one plane and thereby realize a simpler connection to a common heat sink.
  • a mirror staircase has been used in this embodiment, it may be replaced by other technical means, generally beam deflection means, which are suitable for deflecting light.
  • the mirrors 200 to 207 can be partially or entirely replaced by prisms.
  • arrangements are conceivable in which two or more primary laser beams are deflected via one and the same beam deflection means.
  • the overlapping of the light bands on a light surface or a light conversion means does not take place, and the light image thus generated is projected onto the road surface.
  • two or more separate laser illumination devices according to the invention to be provided in a headlight, with these being aligned with one another such that the overlapping of the light images takes place.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserbeleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit zwei oder mehreren Laserlichtquellen, wobei jede zur Erzeugung eines primären Laserlichtstrahls eingerichtet sind, einem jeder Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiter, wobei jeder primäre Laserlichtstrahl in sein erstes Ende einkoppelt und aus seinem zweiten Ende als sekundärer Laserlichtstrahl auskoppelt und jeder sekundäre Laserlichtstrahl auf ein Lichtkonversionsmittel gelenkt ist, um an diesem ein vorgegebenes Leuchtbild zu erzeugen, welches über ein dem Lichtkonversionsmittel zugeordnetes Projektionssystem als Lichtbild auf die Fahrbahn projiziert wird, wobei jeder primäre Laserlichtstrahl ein erstes Intensitätsprofil aufweist, jeder sekundäre Laserlichtstrahl ein zweites, von dem ersten Intensitätsprofil unterschiedliches Intensitätsprofil aufweist, und jeder sekundäre Laserlichtstrahl über einen Mikroscanner auf das Lichtkonversionsmittel gelenkt ist.

Description

LASERBELEUCHTUNGSVORRICHTUNG FÜR FAHRZEUGSCHEINWERFER
Die Erfindung betrifft eine Laserbeleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit zwei oder mehreren Laserlichtquellen, wobei jede zur Erzeugung eines primären Laserlichtstrahls eingerichtet sind, einem jeder Laser lichtquelle zugeordneten Lichtleiter, wobei jeder primäre Laserlichtstrahl in sein erstes Ende einkoppelt und aus seinem zweiten Ende als sekundärer Laserlichtstrahl auskoppelt und jeder sekundäre Laserlichtstrahl auf ein Lichtkonversionsmittel gelenkt ist, um an diesem ein vorgegebenes Leuchtbild zu erzeugen, welches über ein dem Lichtkonversionsmittel zugeordnetes Projektionssystem als Lichtbild auf die Fahrbahn projiziert wird.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit zumindest einer solchen Laserbeleuchtungsvorrichtung.
Weiters betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit zumindest einem solchen Scheinwerfer.
Scheinwerfer, die mit über ein Lichtkonversionsmittel scannenden Laserstrahlen arbeiten, sind bekannt. Sie erzeugen üblicherweise ein Leuchtbild auf einem Lichtkonversionsmittel, oft kurz„Phosphor" genannt, auf welchem durch Fluoreszenz das z.B. blaue Laserlicht in im Wesentlichen„weißes" Licht umgewandelt wird. Das erzeugte Leuchtbild wird dann mit Hilfe des Abbildungssystems, z.B. einer Linsenoptik, auf die Fahrbahn projiziert. Der Mikroscanner ist im Allgemeinen ein Strahlablenkmittel, beispielsweise ein Mikrospiegel, der um eine oder um zwei Achsen bewegt werden kann, sodass z.B. ein zeilenweises Leuchtbild „geschrieben" wird. Die Modulation der Laser lichtquelle bestimmt für jeden Punkt oder jede Zeile des Leuchtbildes die gewünschte Leuchtdichte, die einerseits gesetzlichen Vorgaben für das projizierte Lichtbild entsprechen muss und andererseits der jeweiligen Fahrsituation angepasst werden kann.
Die Verwendung des Mikroscanners mit einem oder mehreren Laserstrahlen, welche synchron zu der Spiegelschwingung moduliert werden, ermöglicht es, eine nahezu beliebige Lichtverteilung zu erzeugen. Bekannt ist ein solches Verfahren prinzipiell auch bei sogenannten Pico Projektoren und Head-up-Displays, die gleichfalls Mikrospiegel verwenden, die als MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme) ausgebildet sind. Im Gegensatz zu solchen Systemen, die oft in der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden, müssen jedoch bei Scheinwerfern deutlich höhere Laserleistungen eingebracht werden. Dabei ist es allerdings nicht nötig, eine farbige Lichtverteilung darzustellen. Wie oben erwähnt, wird üblicherweise mit blauen Laserlicht, das beispielsweise von Laserdioden stammt, gearbeitet. Im Hinblick auf die benötigte hohe Laserleistung in der Größenordnung von 5 bis 30 Watt, ist es wichtig, die in einem Scheinwerfer installierte Laserleistung bestmöglich zu nützen.
Insbesondere finden die sogenannten lD-Mikroscanner-Systeme ihre Anwendung in den Scheinwerfern. Dabei sind mehrere blaue Laserdioden so angeordnet, dass die von ihnen erzeugten Laserstrahlen über einen einzelnen ID-Mikroscanner auf den Phosphor gelenkt sind. Unter einem„ID-Mikroscanner" wird hierbei ein um eine einzige Achse bewegbarer Mikroscanners verstanden. Jede Laserdiode beleuchtet dabei einen eigenen Bereich am Phosphor, sodass voneinander getrennte Zeilen„geschrieben" werden.
Soll die Höhe der Zeilen im Fernfeld unterschiedlich sein (beispielsweise um eine Lichtverteilung möglichst effizient auf einzelne Zeilen aufzuteilen), muss der Spotdurchmesser der Laserdioden, d.h. der Durchmesser eines von der entsprechenden Laserdiode durch die Fluoreszenz erzeugten Leuchtflecks, am Phosphor entsprechend unterschiedlich sein. Je nach Einsatzfall können diese Werte stark schwanken, z.B. wenn auf einem Phosphor Zeilenhöhen zwischen 0.2 mm und 0.9 mm realisiert werden sollen.
Dabei weist die Lichtintensität in einem solchen Spots üblicherweise einen gaußförmigen Verlauf auf, und nimmt zu Spotsrändern exponentiell ab.
Darüber hinaus weisen die von den herkömmlichen Laserdioden erzeugten Laserstrahlen räumliche Asymmetrien auf, weswegen der Spot im Wesentlichen ellipsenförmig ist, wobei sich die Länge der Ellipsenhauptachse von der Länge der Ellipsennebenachse stark unterscheiden kann. Als Grenze des Spots wird üblicherweise die Stelle angenommen, bei der die Intensität auf 1/e beziehungsweise auf 1/e2 abgefallen ist. Der angenommene Wert definiert sodann die Grenze zur nächsten Zeile im Leuchtbild.
Dabei tritt das Problem auf, dass die Breite der Gauß' sehen Verteilung eine scharfe Abgrenzung zwischen den Zeilen nicht möglich macht. Eine Möglichkeit diesem Problem zumindest teilweise zu begegnen liegt darin, den für die Bestimmung der Zeilengrenze angenommenen Intensitätswert zu variieren. Dabei tritt allerdings ein weiteres Problem auf, dass bei zu niedrig angesetzten Werten dunkle Streifen zwischen den Zeilen im Leuchtbild und folglich auch im Lichtbild entstehen.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Laserbeleuchtungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher ein Lichtbild mit verbesserten lichttechnischen Eigenschaften realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Laserbeleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher jeder primäre Laserlichtstrahl ein erstes Intensitätsprofil aufweist, jeder sekundäre Laserlichtstrahl ein zweites, von dem ersten Intensitätsprofil unterschiedliches Intensitätsprofil aufweist, und jeder sekundäre Laserlichtstrahl über einen Mikroscanner auf das Lichtkonversionsmittel gelenkt ist.
Bei einer hinsichtlich des steuerungstechnischen Aufwands zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Mikroscanner um genau eine Achse verschwenkbar ist. Mit einem solchen lD-Mikroscanner kann auch EMV-Problemen (EMV steht für elektromagnetische Verträglichkeit) begegnet werden. Im Vergleich zu den 1D- Mikroscannern muss bei den um zwei Achsen verschwenkbaren Mikroscannern - kurz 2D- Mikroscannern - das Strahlablenkmittel (beispielsweise ein Mikrospiegel) um einiges schneller oszillieren, damit ein einheitlich leuchtendes Lichtbild realisiert werden kann, da der Weg durch den das Bild abgescannt wird wesentlich länger ist. Infolgedessen muss man die Laserlichtquellen selbst sehr schnell ein und ausschalten können. Somit sind extrem kurze Schaltzeiten und auch extrem steile Schaltflanken der Laserlichtquellen realisiert werden müssen, um Laserlichtquellen effizient zu modulieren. Dies ist vor allem bei Ausblendszenarien wichtig, d.h. wenn vorgegebene Bereiche der Fahrbahn aufgrund beispielswese des entgegenkommenden oder des nah vorausfahrenden Verkehrs oder der Gegenstände an einem Straßenrand ausgeblendet werden sollen.
Hinsichtlich der Reduzierung der Lichtverluste beim Einkoppeln der primären Laserstrahlen in die Lichtleiter ist es vorteilhaft, wenn jeder Laser lichtquelle eine Vorsatzoptik nachgeordnet ist, welche den primären Laserlichtstrahl in das erste Ende des dieser Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiters einkoppelt. Hinsichtlich eines kompakten Aufbaus und einer gut beherrschbaren Wärmeabfuhr ist es zweckmäßig, wenn die sekundären Laserlichtstrahlen in zwei oder mehrere Laserlichtstrahlen-Gruppen unterteilt sind, wobei jede Laserlichtstrahlen-Gruppe über je einen Mikroscanner gelenkt ist.
Hinsichtlich der Divergenz des Laserstrahls kann es vorteilhaft sein, wenn die Lichtleiter zumindest einer Teilmenge der Lichtleiter als ein in Lichtausbreitungsrichtung zulaufender Konus angeordnet sind. Dabei können die Lichtleiter (beispielsweise Glasstäbe) ungekrümmt verwendet werden. Verwendung von gekrümmten Lichtleitern (beispielsweise Fasern) kann zur Vergrößerung der Divergenz des Laserstrahls in einer oder in beiden seiner Achsen (Ellipsenhauptachse, Ellipsennebenachse) beitragen und die Abstimmung der Laserstrahlprofilgröße auf die Größe des Mikroscanners beeinträchtigen.
Hinsichtlich der Kollimation der sekundären Lichtstrahlen kann es vorteilhaft sein, die zweiten Enden derart angeordnet und / oder ausgebildet sind, dass die sekundären Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Um ein in Zeilen unterteiltes Leuchtbild zu erzeugen, ist es zweckdienlich, wenn die zweiten Enden aneinander angrenzend in einer Reihe angeordnet sind.
Hinsichtlich Fokussierung bzw. Kollimation kann es vorteilhaft sein, wenn jedem Mikroscanner ein optisches Abbildungssystem vorgelagert ist.
Es ist zweckdienlich, wenn das optische Abbildungssystem eine, zwei oder mehr Linsen und / oder ein, zwei oder mehr Blenden und / oder ein, zwei oder mehr Reflektoren aufweist.
Hinsichtlich der kompakten Anordnung von den Lichtleitern kann es vorgesehen sein, dass die primären Laserlichtstrahlen zumindest einer Teilmenge der primären Laserlichtstrahlen über zumindest ein Strahlumlenkmittel, beispielsweise ein Spiegel oder ein Prisma, in die ersten Enden einkoppeln.
Hinsichtlich einer effizienten Formung des Intensitätsprofils der Lichtstrahlen ist es zweckmäßig, wenn die Lichtleiter einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Um die Leuchtfleckgröße zu variieren, kann es vorteilhaft sein, wenn die Lichtleiter einen unterschiedlich großen Querschnitt aufweisen.
Hinsichtlich der Qualität und der Auflösung des Lichtbildes ist es vom besonderen Vorteil, wenn das erste Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Gauß'sche Form und das zweite Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Flat-Top-Form (auch unter Top-Hat-Form bzw. Top-Hat-Intensitätsprofil bekannt) aufweist.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das zweite Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Flat-Top-Form aufweist und der Strahlenquerschnitt der sekundären Lichtstrahlen im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen
Fig. 1 die für die Erfindung wesentlichen Komponenten einer Laserbeleuchtungsvorrichtung herkömmlicher Art (AT 514834 A2) und deren Zusammenhang in schematischer Darstellung,
Fig. la zwei überlagernde durch die Laserbeleuchtungs Vorrichtung herkömmlicher Art erzeugte Leuchtflecken und ihre Intensitätsprofile,
Fig. 2 die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Laserbeleuchtungsvorrichtung und deren Zusammenhang in schematischer Darstellung,
Fig. 2a die erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtung mit konusförmig angeordneten starren Lichtleitern und einem schematisch dargestellten Abbildungssystem,
Fig. 2b die erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtung mit gekrümmten Lichtleitern und einem schematisch dargestellten Abbildungssystem,
Fig. 2c zwei durch die erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtung erzeugte Leuchtflecken und ihre Intensitätsprofile,
Fig. 3 ein stationäres durch die Laserbeleuchtungsvorrichtung erzeugte Leuchtbild, Fig. 4 eine beispielhafte Anordnung der Lichtleiterenden aus der Fig. 2a, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Einkoppelung der primären Strahlen in die Lichtleiter über Umlenkspiegel.
Anhand von Fig. 1 und Fig. la wird nun das mit der vorliegenden Erfindung zu lösendes Problem erläutert. Lichttechnischer Ausgangspunkt der hier dargestellten Laserbeleuchtungsvorrichtung sind zwei, hier übereinander liegende Gruppen 1 und 2 von je vier Laserlichtquellen 11, 12, 13, 14 bzw. 21, 22, 23, 24, welche je einen mit 11p bis 18p bezeichneten Laserstrahl abgeben können. Den Laserlichtquellen 11 bis 18 ist eine Laseransteuerung 3 zugeordnet, wobei diese Ansteuerung 3 zur Stromversorgung dient und auch zum Modulieren der Strahlintensität der einzelnen Laser eingerichtet ist. Unter "Modulieren" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Intensität einer Laserlichtquelle geändert werden kann, sei es kontinuierlich oder gepulst, im Sinne eine Ein- und Ausschaltens, gepulst. Wesentlich ist, dass die Lichtleistung analog dynamisch geändert werden kann, je nachdem, an welche Stelle die Strahlen gelenkt werden. Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit des Ein- und Ausschaltens für eine gewisse Zeit, um definierte Stellen nicht zu beleuchten
Die Laseransteuerung 3 enthält ihrerseits wiederum Signale von einer zentralen Scheinwerferansteuerung 4, welcher Sensorsignale sl ... si ... sn zugeführt werden können. Diese Steuer- und Sensorsignale können einerseits beispielsweise Schaltbefehle zum Umschalten von Fernlicht auf Abblendlicht sein oder andererseits Signale, die von Lichtsensoren oder Kameras aufgenommen werden, welche die Beleuchtungsverhältnisse auf der Fahrbahn erfassen und beispielsweise bestimmte Bereiche im Leuchtbild ausblenden oder abschwächen sollen. Die Laserlichtquellen 11 bis 18, die bevorzugt als Laserdioden ausgebildet sind, geben beispielsweise blaues oder UV-Licht ab.
Jeder Laserlichtquelle 11 bis 18 ist eine eigene Kollimatoroptik 21 bis 28 nachgeordnet, welche den zunächst stark divergenten Laserstrahl 11p bis 18p bündelt. Anschließend wird der Abstand der Laserstrahlen der ersten Gruppe 1 bzw. der zweiten Gruppe 2 je durch eine gemeinsame Sammellinse 31 bzw. 32 verringert und mit nachfolgenden Zerstreuungslinsen 41 bzw. 42 wird der Austrittswinkel der Laserstrahlen so gering wie möglich gehalten. Die vier in der beschriebenen Weise "gebündelten" Laserstrahlen 11p, 12p, 13p, und 14p der ersten Gruppe 1 treffen auf einen ersten Mikroscanner 51 und analog treffen die Laserstrahlen 15p, 16p, 16p, und 18p der zweiten Gruppe 2 auf einen zweiten Mikroscanner 52 auf und werden gemeinsam auf ein im vorliegenden Fall als Leuchtfläche ausgebildetes Lichtkonversionsmittel 60 reflektiert. Unter dem Begriff„Mikroscanner" wird hier ein um eine oder zwei räumliche Achsen verschwenkbares allgemeines Strahlablenkmittel verstanden, das meist als ein Mikrospiegel ausgebildet ist, nicht unbedingt als solcher ausgebildet sein muss sondern als z.B. ein Prisma ausgebildet sein kann. Das Lichtkonversionsmittel 60 weist in bekannter Weise einen Phosphor zur Lichtkonversion auf, welcher beispielsweise blaues oder UV-Licht in "weißes" Licht umwandelt. Unter "Phosphor" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ganz allgemein ein Stoff oder eine Stoffmischung verstanden, welche Licht einer Wellenlänge in Licht einer anderen Wellenlänge oder eines Wellenlängengemisches, insbesondere in "weißes" Licht, umwandelt, was unter dem Begriff "Wellenlängenkonversion" subsumierbar ist. Dabei wird unter "weißes Licht" Licht einer solchen Spektralzusammensetzung verstanden, welches beim Menschen den Farbeindruck "weiß" hervorruft. Der Begriff "Licht" ist natürlich nicht auf für das menschliche Auge sichtbare Strahlung eingeschränkt. Für das Lichtkonversionsmittel kommen auch Optokeramiken in Frage, das sind transparente Keramiken, wie beispielsweise YAG-Ce (ein Yttrium- Aluminium-Granat mit Cer dotiert).
Der Mikroscanner 51 wird von einer Mikroscanneransteuerung 5 angesteuert und in Schwingungen konstanter Frequenz versetzt, wobei diese Schwingungen insbesondere der mechanischen Eigenfrequenz des Mikroscanners entsprechen können. Auch die Mikroscanneransteuerung 5 wird ihrerseits von der Scheinwerferansteuerung 4 gesteuert, um die Schwingungsamplitude der Mikroscanner 51, 52 einstellen zu können, wobei auch asymmetrisches Schwingen um die Achse einstellbar sein kann. Die Ansteuerung von Mikroscannern ist bekannt und kann auf vielerlei Art erfolgen, z.B. elektromagnetisch, elektrostatisch, thermoelektrisch und piezoelektrische. Bei erprobten Ausführungsformen der Erfindung schwingen die Mikroscanner 51, 52 beispielsweise mit einer Frequenz von einigen hundert Hz und ihr maximaler Ausschlag beträgt in Abhängigkeit von ihrer Ansteuerung einige wenige Grad bis 60°. Die Position der Mikroscanner 51, 52 wird zweckmäßigerweise an die Mikroscanneransteuerung 5 und/ oder an die Scheinwerferansteuerung 4 rückgemeldet. Die beiden Mikroscanner können synchron schwingen, es ist aber auch ein nicht synchrones Schwingen anwendbar, beispielsweise um die thermische Belastung der Leuchtfläche bzw. des Lichtkonversionsmittels gleichmäßiger zu gestalten.
Bei den stillgehaltenen, d.h. nicht in eine Schwingung versetzten, Mikroscannern erzeugen die gebündelten Laserstrahlen 11p bis 18p auf dem Lichtkonversionsmittel 60, nämlich der Leuchtfläche, die im Allgemeinen eben ist, jedoch nicht eben sein muss, Leuchtflecken, die je eine Lichtstromverteilung aufweisen, die dem Intensitätsprofil des einschlägigen Laserlichtstrahls entsprechen. In Fig. la sind zwei Leuchtflecken 71p und 72p schematisch gezeigt, die durch eine Laserbeleuchtungs Vorrichtung der Fig. 1 erzeugt werden. Dabei ist jede Lichtstromverteilung im Wesentlichen Gauß'sch und entspricht dem Intensitätsprofil der zwei „benachbarten" Laserstrahlen, beispielsweise 11p und 12p. Ein Schnitt entlang der Linie AA stellt einen Lichtstromverlauf 73 dar und ist für das auf die Fahrbahn mittels eines Projektionssystems PS abzubildende Leuchtbild von hoher Relevanz. Der hier beschriebene Lichtstromverlauf 73 ermöglicht keine scharfe Abgrenzung zwischen den Leuchtflecken und führt zu großen Lichtintensitätsschwankungen im Lichtbild.
Der Begriff „Fahrbahn" wird hier zur vereinfachten Darstellung verwendet, denn selbstverständlich hängt es von den örtlichen Gegebenheiten ab, ob sich das Lichtbild tatsächlich auf der Fahrbahn befindet oder auch darüber hinaus erstreckt. Z.B. um die abgestrahlten Lichtverteilungen zu testen, erzeugt man eine Projektion des Lichtbildes auf eine vertikale Fläche entsprechend der einschlägigen Normen, die sich auf die KFZ- Beleuchtungstechnik beziehen.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch Formung des Strahlprofils der Laserlichtstrahlen gelöst. Die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Laserbeleuchtungsvorrichtung, die technische Mittel aufweist, mit welchen die Lösung umgesetzt wird, sind anhand eines nichteinschränkenden Ausführungsbeispiels in Fig. 2 dargestellt. Dabei wird der Einfachheit halber nur eine der beiden Laserlichtquellen Gruppen der Fig. 1 in Betracht gezogen. Jeder Laserlichtquelle 11 bis 14 ist eine eigene Vorsatzoptik 81 bis 84 nachgeordnet, welche den zunächst stark divergenten primären Laserstrahl 11p bis 18p bündelt und anschließend auf die ersten Enden 91e bis 94e der Lichtleiter 91 bis 94 so fokussiert, dass die primären Laserlichtstrahlen im Wesentlichen ohne Verluste in die Lichtleiter einkoppeln. Die Laserlichtstrahlen werden dabei vorteilhafterweise derart in die Lichtleiter eingekoppelt, dass beispielsweise bei einem rechteckförmigen Lichtleiter die Längsachse des, von der Laserlichtquelle emittierten, typischer Weise elliptischen Strahlquerschnitt aufweisenden, Laserstrahls, parallel zur Querschnittslängsachse des rechteckförmigen Lichtleiters verläuft. Im Allgemeinen hängt die Art der Einkoppelung davon ab, in welcher Achse (Ellipsenhauptachse oder Ellipsennebenachse) die Laserlichtstrahlen beim Auskoppeln (die sekundären Laserlichtstrahlen) eine geringere Divergenz aufweisen sollen.
Es sei an dieser Stelle vermerkt, dass unter dem Begriff„Lichtleiter" auch alle technischen Mittel subsumiert sind, die sich zur Formung des Strahlprofils (Intensitätsprofils und des Querschnitts der Laserstrahlen) eignen. Es sind also alle„Strahlprofilformer" bei einer konkreten technischen Ausführung der vorliegenden Erfindung anwendbar. Beispielsweise können Multimodefaser oder Glasstäbe verschiedener Typen verwendet werden. Dabei bezieht sich der Typ eines Strahlprofilformers auf das Verhalten seines Brechungsindexes. Man unterscheidet zwischen z.B. Stufenindexfasern, Gradientenindexfasern oder homogenen Strahlprofilformern (mit einem konstanten Brechungsindex). Darüber hinaus können die Strahlprofilformer unterschiedliche Querschnittsgrößen (von einigen über hunderte von Mikrometern bis einige Millimeter) aufweisen. Dadurch kann die Größe der Leuchtflecken auf dem Lichtkonversionsmittel und infolgedessen die Auflösung des Lichtbilds variiert werden. Des Weiteren kann ein solcher Strahlprofilformer beispielsweise als eine Anordnung von Optiken, z.B. Linsen, Spiegeln und Blenden, realisiert werden.
Unter dem Begriff„Vorsatzoptik" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein optisches System verstanden, das sich dazu eignet, die ursprünglich divergierenden primären Laserlichtstrahlen 11p bis 14p auf die dazugehörigen ersten Enden 91e bis 94e zu fokussieren. Diese Vorsatzoptik kann, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, eine Kollimatorlinse und eine Sammellinse aufweisen, kann aber auch alternativ andere dem Fachmann zur Verfügung stehende optische Mittel umfassen, die sich zur Fokussierung der primären Laserlichtstrahlen eignen.
Bei der Ausbreitung der primären Laserlichtstrahlen 11p bis 14p in den Lichtleitern 91 bis 94 werden diese mehrfach totalreflektiert. Dies führt dazu, dass das Licht den gesamten Querschnitt des Lichtleiters„ausfüllt". Dabei nimmt das Strahlprofil der aus den Lichtleitern als sekundären Lichtstrahlen Iis bis 14s austretenden Lichtstrahlen im Wesentlichen die Form des Querschnittes der Lichtleiter an. Die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Lichtleiter weisen eine im Wesentlichen rechteckige Form des Querschnittes auf. Demensprechend weisen die sekundären Lichtstrahlen Iis bis 14s ein im Wesentlichen rechteckiges Intensitätsprofil auf. In der Fig. 2c sind zwei auf dem Lichtkonversionsmittel 60 durch zwei der sekundären Lichtstrahlen, beispielsweise durch Iis und 12s, erzeugte rechteckige Leuchtflecken 71s und 72s gezeigt, die einem im Wesentlichen rechteckförmigen Strahlquerschnitt und einem im Wesentlichen rechteckförmigen Intensitätsprofil, in der Fachliteratur auch als Fiat-Top- oder Top-Hat-Form oder einfach Top-Hat genannt, der sekundären Laserstrahlen entsprechen und einen im Wesentlichen rechteckigen Lichtstromverlauf 73a und 73b entlang des Schnittes BB aufweisen. Die Größe des Querschnitts kann von Lichtleiter zu Lichtleiter variieren und als Folge zu unterschiedlich großen Leuchtflecken auf dem Lichtkonversionsmittel 60 führen. Dadurch kann auch der Lichtstromdichte (Beleuchtungsstärke) in einem Leuchtfleck und infolgedessen die Lichtstärke dieses Leuchtflecks angepasst werden. Dies ist in der Fig. 3 thematisiert, welche acht unterschiedlich große und unterschiedlich stark leuchtende Leuchtflecken 100 bis 107 zeigt. Solche Leuchtflecken entstehen wenn die Mikroscanner 51, 52 nicht schwingen. Werden diese von der Mikroscanneransteuerung 5 in Schwingung versetzt, sodass die Mikroscanner 51, 52 um eine Achse verschwenkt werden, entstehen auf dem Lichtkonversionsmittel Leuchtbänder zO bis z8.
Wenngleich das bevorzugte Ausführungsbeispiel Mikroscanner zeigt, die nur um eine Achse schwingen, ist es auch möglich, Mikroscanner zu verwenden, die um zwei Achsen schwingen. In diesem Fall können mehrere Laserstrahlen auf einen solchen Mikroscanner gerichtet sein, direkt aneinander anliegende Lichtbänder erzeugt. Auch sind Ausführungen mit lediglich einem einzigen Mikroscanner denkbar, bei welchen beispielsweise die sekundären Laserstrahlen entgegen der Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers direkt auf den Mikroscanner auftreffen, der dann die Laserstrahlen auf einen durchleuchteten Phosphor lenkt.
Fig. 2a und Fig. 2b zeigen zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei den die sekundären Laserlichtstrahlen Iis bis 14s über ein optisches Abbildungssystem 6 auf den Mikroscanner 51 gelangen. Das Abbildungssystem 6 ist dabei schematisch als eine Sammellinse dargestellt. Im Allgemeinen handelt es sich um ein optisches System, das eine, zwei oder mehr Linsen, welche hintereinander angeordnet und / oder je einem Lichtleiter zugeordnet sind, und / oder Reflektoren umfasst, und welches optische System die sekundären Lichtstrahlen Iis bis 14s über den Mikroscanner 51 auf das Lichtkonversionsmittel 60 kollimiert / fokussiert.
Dabei zeigt Fig. 2a Lichtleiter 91 bis 94, die als ein in Lichtausbreitungsrichtung zulaufender Konus angeordnet sind. Bei dieser Anordnung können die Lichtleiter 91 bis 94„starr" verlaufen.
Fig. 2b zeigt eine Lichtleiteranordnung, welche sich insbesondere für als Multimodefaser ausgebildete Lichtleiter 91 bis 94 eignet. Dabei können die Lichtleiter gekrümmt und derart angeordnet werden, dass die zweiten Enden 91z bis 94z aneinander angrenzend in einer Reihe angeordnet sind. Infolgedessen verlaufen die sekundären Laserlichtstrahlen Iis bis 14s im Wesentlichen parallel, wobei der Abstand zwischen der Leuchtflecken auf dem Lichtkonversionsmittel 60 durch das optische Abbildungssystem 6 minimiert werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Lichtleiterenden aus der Fig. 2a. Obgleich die Lichtleiter 91 bis 94 konusförmig unter einem Öffnungswinkel α aufeinander zulaufen, sind die zweiten Enden 91z bis 94z dergestalt, z.B. durch Schleifen, ausgebildet, dass die sekundären Lichtstrahlen Iis bis 14s im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dabei darf der Öffnungswinkel α nicht beliebig groß werden, da dies das entsprechende Schleifen der zweiten Enden 91z bis 94z erfordern und zu unerwünschten Verzerrungen im Leucht- und folglich im Lichtbild führen würde.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es sich bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung um einen Spezialfall handelt. In der Praxis kann es durchaus vorkommen, dass sich die zweiten Enden 91z bis 94z nicht in einer Ebene befinden. Dabei wird der Schliffwinkel durch das Brechungsgesetz und durch den Öffnungswinkel α vorgegeben. Die Gestaltung der zweiten Enden 91z bis 94z (durch Schleifen) dient als technisches Mittel dazu, dass die sekundären Laserlichtstrahlen, die die Leuchtflecken auf dem Lichtkonversionsmittel erzeugen, in einem vorgegebenen Winkel, bevorzugter Weise parallel zueinander, auf das Lichtkonversionsmittel treffen.
Bei einer in Fig. 5 schematisch dargestellten Ausführungsform koppeln die primären Laserlichtstrahlen über Spiegel 200 bis 207 (über eine sogenannte„Spiegeltreppe") in die ersten Enden ein. Dadurch kann sowohl der Öffnungswinkel α verkleinert als auch eine optimierte Kühlung der Laserdioden realisiert werden, da diese in einer Ebene angeordnet werden können und sich dadurch eine einfachere Anbindung an einen gemeinsamen Kühlkörper realisieren lässt. Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel eine Spiegeltreppe verwendet wurde, kann diese durch andere technische Mittel - im Allgemeinen Strahlumlenkmittel - ersetzt werden, die sich zur Umlenkung von Licht eignen. So können z.B. die Spiegel 200 bis 207 teilweise oder ganz durch Prismen ersetzt werden. Genauso sind Anordnungen denkbar, bei welchen zwei oder mehr primäre Laserstrahlen über ein und dasselbe Strahlumlenkmittel umgelenkt werden.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung findet das Überlappen der Lichtbänder auf einer Leuchtfläche bzw. einem Lichtkonversionsmittel nicht statt und das solchermaßen erzeugte Leuchtbild wird auf die Fahrbahn projiziert. Es ist jedoch auch möglich, dass in einem Scheinwerfer zwei oder mehr getrennte erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtungen vorgesehen sind, wobei diese so zueinander ausgerichtet sind, dass das Überlappen der Lichtbilder stattfindet. Wenngleich bei den gezeigten Ausführungsbeispielen eine bzw. zwei Gruppen mit je vier Laserlichtquellen beschrieben sind, sollte es dem Fachmann klar sein, dass auch mehrere Gruppen mit anderer und unterschiedlicher Anzahl von Laserlichtquellen dem jeweiligen Einsatzzweck entsprechend denkbar sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Laserbeleuchtungs Vorrichtung für Fahrzeuge mit
- zwei oder mehreren Laserlichtquellen (11 bis 18), wobei jede zur Erzeugung eines primären Laserlichtstrahls (11p bis 18p) eingerichtet sind,
- einem jeder Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiter (91 bis 94), wobei jeder primäre Laserlichtstrahl in sein erstes Ende (91e bis 94e) einkoppelt und aus seinem zweiten Ende (91z bis 94z) als sekundärer Laser lichtstrahl (Iis bis 14s) auskoppelt und jeder sekundäre Laserlichtstrahl auf ein Lichtkonversionsmittel (60) gelenkt ist, um an diesem ein vorgegebenes Leuchtbild zu erzeugen, welches über ein dem Lichtkonversionsmittel zugeordnetes Projektionssystem (PS) als Lichtbild auf die Fahrbahn projiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- jeder primäre Laserlichtstrahl ein erstes Intensitätsprofil (71p, 72p) aufweist,
- jeder sekundäre Laserlichtstrahl ein zweites, von dem ersten Intensitätsprofil unterschiedliches Intensitätsprofil (73a, 73b) aufweist, und
- jeder sekundäre Laserlichtstrahl über einen Mikroscanner (51, 52) auf das Lichtkonversionsmittel gelenkt ist.
2. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Mikroscanner (51, 52) um genau eine Achse verschwenkbar ist.
3. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Laserlichtquelle eine Vorsatzoptik (81 bis 84) nachgeordnet ist, welche den primären Laserlichtstrahl in das erste Ende (91e bis 94e) des dieser Laserlichtquelle zugeordneten Lichtleiters (91 bis 94) einkoppelt.
4. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären Laserlichtstrahlen in zwei oder mehrere Laserlichtstrahlen-Gruppen unterteilt sind, wobei jede Laserlichtstrahlen-Gruppe über je einen Mikroscanner (51, 52) gelenkt ist.
5. Laserbeleuchtungs Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (91 bis 94) zumindest einer Teilmenge der Lichtleiter als ein in Lichtausbreitungsrichtung zulaufender Konus angeordnet sind.
6. Laserbeleuchtungs Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden derart angeordnet und / oder ausgebildet sind, dass die sekundären Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
7. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden (91z bis 94z) aneinander angrenzend in einer Reihe angeordnet sind.
8. Laserbeleuchtungs Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Mikroscanner ein optisches Abbildungssystem (6) vorgelagert ist.
9. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Abbildungssystem (6) eine, zwei oder mehr Linsen und / oder ein, zwei oder mehr Blenden und / oder ein, zwei oder mehr Reflektoren aufweist.
10. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Laserlichtstrahlen zumindest einer Teilmenge der primären Laserlichtstrahlen über zumindest ein Strahlumlenkmittel (200 bis 207), beispielsweise ein Spiegel oder ein Prisma, in die ersten Enden einkoppeln.
11. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
12. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter einen unterschiedlich großen Querschnitt aufweisen.
13. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Gauß'sche Form und das zweite Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Flat- Top-Form (73a, 73b) aufweist.
14. Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Intensitätsprofil in jede Raumrichtung im Wesentlichen Flat- Top-Form (73a, 73b) aufweist und der Strahlenquerschnitt der sekundären Lichtstrahlen im Wesentlichen rechteckförmig (71s, 72s) ausgebildet ist.
15. Scheinwerfer mit zumindest einer Laserbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. Fahrzeug mit zumindest einem Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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