WO2017097508A1 - Scheinwerfer zur beleuchtung - Google Patents

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beams
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Ricarda Schoemer
Jürgen HAGER
Jenny Trommer
Jasmin Muster
Oliver Hering
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Osram GmbH
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    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the present invention relates to a headlamp having a pump radiation source for emitting pump radiation and a phosphor element spaced therefrom for at least partial conversion of the pump radiation into a conversion light.
  • a pump radiation source of high power density for example, a UV radiation or blue light emitting laser
  • a spaced-apart thereto arranged phosphor element can be realized light sources high luminance.
  • the phosphor element thus converts the pump radiation at least in part, emit ⁇ advantage to the suggestion, a conversion light. This can then form the illumination light on its own or as a mixture with an unconverted part of the pump radiation.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying a particularly advantageous headlight with pump radiation source and phosphor element.
  • a headlight for illumination which comprises: a pump radiation source for emitting pump radiation; one to the pumping lungsán spaced apart arranged phosphor element for at least partial conversion of the pump radiation in a conversion light; a liquid crystal modulator with a plurality of segments whose transmittance is adjustable in each case, wherein a beam with the pump ⁇ radiation falls on a Einstrahl sampling the Leuchtscherle ⁇ ment, which emits a beam bundle with an illumination ⁇ light on this excitation out at a Ab ⁇ beam surface, the at least proportionally contains the conversion light, and wherein one of the radiation beam passes through the liquid crystal modulator for beam forming.
  • the headlight according to the invention has a liquid crystal modulator for beam shaping, which is arranged either upstream of the phosphor element for adapting the radiation beam to the pump radiation (pump radiation beam) or downstream for adapting the radiation beam to the illumination light (illumination light beam).
  • a liquid crystal modulator for beam shaping which is arranged either upstream of the phosphor element for adapting the radiation beam to the pump radiation (pump radiation beam) or downstream for adapting the radiation beam to the illumination light (illumination light beam).
  • pump radiation beam pump radiation
  • illumination light beam illumination light beam
  • the so the getssigkris ⁇ tallmodulator can be angeord ⁇ net the phosphor element relatively close, about even without a separate optical Between the seats ⁇ rule; If, on the other hand, a reflective surface light modulator, such as a micromirror array, were provided, the optical paths would be longer in themselves and an optical system would also be required in order, for example, to guide as much of the divergently emitted illumination light over the reflective surface light modulator.
  • the “liquid crystal modulator” corresponds in its construction to a liquid crystal display (LCD), also referred to as an LCD display, and is composed of a large number of segments, for example at least 100, 500, 1,000, 5,000, 10,000 or 30,000 segments and ( thereof irrespective) no more than 1-10 8 1-10 7 1-10 or 6 segments (depending ⁇ wells increasingly before ⁇ Trains t), constructed in the order of mention, wherein the transmittance of the Segmen ⁇ te each adjustable is, for example, digitally between "transmissive” and “blocking” or else multi-stage or infinitely variable In spite of this separately adjustable adjustability, a plurality of segments can be combined in terms of circuit technology. The segments are preferably arranged in matrix form in a regular grid.
  • liquid crystal displays in current commercial LCD displays of up to 550 dpi (dots per inch) can be achieved with an LCD panel or display pixel density, eg., a high Bestrah ⁇ lung pixel density on achieved the phosphor element ⁇ who.
  • a Nutzlicht radiation pattern can be achieved with high spatial resolution.
  • a basic principle of liquid crystal displays is that the liquid crystals affect the polarization direction of light and their orientation per segment can be influenced by an applied electrical voltage.
  • an exit surface of the liquid-crystal modulator forms a polarizer, which then allows the light or the radiation to pass or block just as a function of the polarization direction set with the liquid crystals.
  • the liquid crystal modulator is operated in transmission, an entrance surface on which the respective radiation beam enters into the liquid crystal modulator, that is an exit surface to which it then emerges as ⁇ the opposite. Also for the Leuchtstof ⁇ felement operation in transmission is preferred lie ⁇ gen so the single beam and the radiating surface preferably opposite.
  • Laser can be read on both a one zelne laser source and an arrangement with several ⁇ ren laser sources, as the laser source is a laser diode preferred. In case of multiple laser sources, these can generally differ in their dominant wavelength, is preferable this for all Same laser sources, particularly preferably the laser ⁇ sources are identical.
  • the conversion is preferably a Dora conversion, so the conversion light is longer wavelength than the pump radiation; the conversion light has at least one überwie ⁇ constricting portion in the visible spectral region, preferably it is a whole in the visible.
  • the conversion of light alone forms the BL LEVEL ⁇ tung light, in the preferred case of a partial conversion it forms proportionately together with a non-converted part of the pump radiation, the illumination light.
  • the Be ⁇ leuchtungslicht is preferred white light.
  • a preferred embodiment which precisely relates to the variant "upstream” arrangement passes through the pumping radiation beam bundle the viassigkristallmo ⁇ dulator before it impinges on the phosphor elements.
  • An advantage of this arrangement for example. Are that the pump radiation preferably already polarized is so is emitted in polarized form, which can help prevent possible loss of efficiency by a polarization preceded by the liquid ⁇ crystal modulator required polarization (see Figure 2a, b with associated description for illustration).
  • the headlamp is then arranged such that the radiation beam falls Pumpstrahlungs- ortsunver selectedlich on the entrance surface of the liquid crystal modulator, via the A ⁇ position of the transmittance of the segments differed ⁇ Liche excitation pattern on the input surface of the light-emitting Fabric element can be generated.
  • an excitation pattern is generated on the input surface, whether the illumination light at the emission is then discharged with egg ⁇ nem corresponding pattern, preferably with an optical system (see below in detail) emitted at different points of the radiating illumination light is directed into different directions in space.
  • the pump radiation / the BL LEVEL ⁇ tung light corresponding to and / or the liquid ⁇ crystal modulator is wired accordingly.
  • the individual components Nenten then so arranged relative to each other, that spread the beam accordingly.
  • the headlights generally to a control unit to which the connection of the segments (transmissive / blocking) steu ⁇ ert.
  • a reflective, adjustable deflecting means is arranged in the path of the pump radiation between the liquid crystal modulator and the phosphor element, which may, for example, be a micromirror array (Digital Mirror Device, DMD).
  • a reflective liquid-crystal modulator liquid Crystal on Silicon, LCoS
  • a micro-scanner mirror scanning mirror
  • the upstream the deflection remplissigkristallmodula ⁇ tor can supply in communication with the micro-scanner mirror on the one hand, the pumping radiation beam bundle as a whole in dependence on the respective position on the input surface and disconnecting, soda If the excitation pattern then results in the course of time with the scanning motion.
  • the diessigkristallmo ⁇ dulator example can.
  • the function of an adaptive diaphragm so the pumping radiation ray beam, for example. depending on a respective operating state of the deflection different limit.
  • the pumping radiation beam bundle The pumping radiation beam is moved across the entrance surface of the liquid crystal modulator and its wiring, at least temporarily synchronized with this movement. So is, for example, scan ⁇ Nend on. entrance surface moves, with a transmission window, in which the segments are connected transmissive moved, (outside of the transmission ⁇ window segments are blocking).
  • the transmission ⁇ window is preferably slightly smaller than a with the pumping radiation beam onto the entrance face er Weg- ter Spot, functionally, this arrangement thus corresponds ge ⁇ to a certain extent with the spot mitbewegten aperture.
  • Such a moving diaphragm can, for example, be advantageous insofar insofar as the spot as a rule does not have a sharply delimited edge, but the intensity drops with a certain profile, for example with a Gaussian or Lorentz-shaped profile. Illuminated light side, this can figuratively speaking in a "washed-out” light-dark transition show and, for example, a delivery of illumination light in spatial directions have the result lent actually no longer be supplied (see the example "low beam”).
  • the inventors have found that the effect of such "blurring" in a moving pump radiation beam in particular can come to fruition because in particular the human eye or integrated human perception in terms of the emission of useful light from adjacent illumination points of the phosphor element and thus the Gauss or Lorentz-shaped foothills of the moving Nutzlichtabstrahlungsprofile of adjacent illumination points of the phosphor element as verwa ⁇ cal spot and thus perceives as blurring.
  • the transmission window is moved along are preferably has an at least 5%, more preferably at least 10%, smaller average re extent than the spot on the entry surface ⁇ , with possible limits, for example. A maximum of 40% and 30%.
  • the "average dimension" is taken in each case as the mean of the smallest and largest Clearre ⁇ ckung on the entrance surface and corresponds in the preferred case of a circular geometry the Kreis penmes ⁇ ser.
  • the headlamp may also include a plurality of liquid crystal modulators, ie a can forward the phosphor element and at the other ⁇ rer be arranged downstream of a. already mentioned at the outset, reflected on reflective spatial light modulators, for example. a DMD or LCoS.
  • the liquid-crystal modulator is arranged downstream of the phosphor element and intersperses it with the illuminating light beam.
  • the radiation beam falls Pumpstrahlungs- thereby ortunver selectedlich to the single beam ⁇ surface of the phosphor element, and will be accordingly the illumination light beam bundle ortsunver selected ⁇ Lich at the emission of the phosphor element till ⁇ .
  • the entrance surface of the liquid crystal modulator is supplied in operation, a correspondingly large area with BL LEVEL ⁇ tung light, and then (the transmittance) of the segments generated by the SET ⁇ lung differing ⁇ che emission pattern on the exit surface of the liquid ⁇ crystal modulator.
  • the local distribution to be implemented on the exit surface of the remplissigkristallmodula ⁇ tors in a solid angle distribution (only output the spatial distribution on the exit surface of the flues ⁇ sigkristallmodulators instead that on the Abstrahlflä ⁇ surface of the phosphor member) ,
  • the pumping radiation beams (the spot) is moved over the input surface of the fluorescent element and moves accordingly the lighting ⁇ light-beams (the emission spot) on the Ab ⁇ radiating surface.
  • the setting of the transmittance of the segments is thereby at least temporarily synchronized with the movement of the illumination light beam, so it will once again analogous to the above description, a transmission window / a diaphragm moved (in this case with the illumination light beam before ⁇ standing with Pumpstrahlungs- Radiation beam).
  • the illumination light beams from optionally one Between the seats ⁇ rule arranged polarizer (see below) apart right of the liquid crystal modulator from the emitting surface of the fluorescent member to the entry face ge ⁇ long, so interspersed no optics, "direct” means so far from possibly a polarizer and possibly the transition into a surrounding gas medium (usually air) refraction and reflection-free.
  • the pumping radiation beam is guided with a tiltable between different ⁇ union mirror positions microscanner mirror to the irradiation surface of the fluorescent member, and this moves (see. The above Offenba ⁇ tion to "micro-scanner mirror").
  • a DMD or LCoS could also be provided for moving the pump radiation beam.
  • an optics for converting the spatial into a spatial angle distribution is provided, which in the case of the upstream Liquid crystal modulator of the emission surface of the luminescent ⁇ material element and is assigned in the downstream arrangement of the exit surface of the liquid crystal modulator. In the latter case, the illumination light emitted from a respective segment is then directed into a respective solid angle range. If the optics are assigned to the emission surface of the phosphor element, light emitted at different points thereof is directed into different spatial directions; The said phosphor element upstream made modu lation ⁇ determined (movement of the pumping radiation beam and / or modulation with the liquid crystal modulator) at which points of the radiating illumination light is emitted and which spatial directions are supplied accordingly.
  • the optics and the respective surface are disposed ⁇ telecentric each other, so is the light emanating from different locations of the respective surface illumination light collimated each for itself (ie per site).
  • the "optics” can generally be reflective (in particular via total reflection) and / or refractive, preferably it is refractive, particularly preferably constructed from a plurality of individual lenses (spherical or aspherical).
  • the beam passes through (preferably the BL LEVEL ⁇ tung light-ray bundle) the liquid crystal modulator upstream a polarizer.
  • a polarizer preferably the emitting surface of the Leuchtscherle- ment and the entrance surface of wellssigkristallmodula ⁇ tors.
  • the respective locked segments can be completely blanked out.
  • such an arrangement but not necessarily, can in fact also a certain residual transmission in the state case ( "gray area") of interest.
  • the remplissigkristallmodula ⁇ tor no separate polarizer is preceded preferably provided because the pump radiation is anyway usually issued in polarized form.
  • "Po ⁇ larisator" within the scope of this disclosure a linear polarizer, an i ⁇ ire-grid polarizer may be preferred.
  • An ireire grid polarizer can also be embedded or integrated in the irradiation and / or emission surface of the phosphor element.
  • the fluorescent member and the Pumpstrah ⁇ radiation source are spatially in a preferred embodiment and rotatably arranged relative to each other, they thus be rela tively ⁇ not moved toward each other.
  • the invention also relates to the use of a vorlie ⁇ quietly disclosed headlight for lighting, in particular for motor vehicle lights, in particular in a motor vehicle headlamp, in particular in an automobile headlight. Preference may special also be an adaptive lighting, in which a total of the headlights accessible solid angle range is situationally only partially illuminated. Ei ⁇ ne comparatively simple application can be the change between high and low beam described above.
  • more complex, matrix-shaped emission patterns can also be generated with the structure according to the invention, these spatial distributions then corresponding to solid angle distributions.
  • the spatial distribution that is to say switching off the emission from certain areas, it is possible, for example, selectively to exclude an oncoming and / or preceding vehicle. This can take place, for example, as a function of recordings of the illumination area recorded with a camera which, for example, can be mounted in the interior mirror or its suspension.
  • Each partial area of the illumination area can be assigned a solid angle range and therefore just, for example, a segment of the liquid crystal modulator.
  • Figure 1 shows a first inventive headlamp in a schematic representation with pump radiation source and phosphor element, wherein the phosphor element is a remplissigkristallmodula ⁇ tor upstream;
  • Figure 3 shows a second headlamp according to the invention in a schematic representation, wherein between
  • FIG. 4 shows a third headlight according to the invention with a to the phosphor element nachgelager ⁇ th liquid crystal modulator wherein the phosphor element upstream of a micro scan ⁇ nerspiegel is disposed;
  • FIG. 5 shows a fourth headlamp according to the invention, in which the liquid crystal modulator of FIG.
  • Embodiment according to Figure 4 comparable to the phosphor element downstream angeord ⁇ net is, however, the pump radiation falls stationary on the phosphor element.
  • Preferred embodiment of the invention is, however, the pump radiation falls stationary on the phosphor element.
  • FIG. 1 shows a first headlamp according to the invention in a schematic view from the side or in section.
  • a laser diode as a pump radiation source 1 emits a beam 2 with pump radiation, namely blue laser light.
  • the pump radiation beam 2 is collimated with a primary optics 3 and passes through a liquid ⁇ crystal modulator 4 before it falls on a Einstrahl Structure 5 of a phosphor element 6 (in the present case cerium-doped yttrium aluminum garnet, YAG: Ce).
  • the phosphor element 6 emits a Konversi ⁇ onslicht to this suggestion, wherein not all of the pump radiation is converted in the phosphor element (part conversion).
  • the pump radiation beam 2 which impinges on the irradiation surface 5, can be adapted in its circumference or its shape.
  • the segment elements are in a lower half of copessigkristallmodula ⁇ tors 4 locked, this therefore transmits only in an upper half and arrives accordingly the lungs Pumpstrah--ray beam 2 only in this upper half of the input surface 5 Consequently, illuminating light is then also emitted only in the upper half of the emitting surface 7, ie the emission from the lower half is switched off.
  • This situation can, for example, an operating state "Starting ⁇ blinding light” match, while a transmissive liquid crystal modulator as a whole and would correspond to operation ⁇ state "high beam” a blanket excitation / emission accordingly.
  • One of the radiating ⁇ surface 7 associated optics 9 sets the spatial distribution on the radiating surface 7 in a solid angle distribution around, that leads the light emitted at different positions of the radiating surface 7 light each for itself collimated in different spatial directions (one-sided telecentric arrangement).
  • FIGS. 1 and 3 illustrate the operation of the liquid crystal modulator 4 in a schematic representation.
  • the liquid crystal modulator 4 is divided into a unit 4a with the liquid crystals, which influence the polarization- ⁇ on the light passing through them and their orientation on an externally applied electric Voltage can be changed ( Figure 2b), and a downstream polarizing filter 4b. Polarized light strikes the liquid crystal unit 4a.
  • the pump radiation is already polarized per se; in the embodiments according to FIGS. 4 and 5, a polarization filter 20 is arranged in front of the liquid crystal modulator 4 for this purpose.
  • the primary optics 3 are initially designed such that they are located downstream Pump radiation beam 2 propagates with a smaller cross-section.
  • This pump radiation beam 2 then does not impinge directly on the liquid crystal modulator 4, but is guided via a microscope scanner 30, that is to say via an axis perpendicular to two mutually perpendicular axes (one of which is inclined) between different mirror positions.
  • the Pumpstrahlungs- ray beam 2 falls the micro-scanner mirror 30 downstream from then on a different site of a practicessflä ⁇ surface 31 of the liquid crystal modulator 4.
  • dashed lines ⁇ indicated in the schematic representation of the deflection of the two maximum tilt positions the same axis.
  • the pumping radiation ray beam 2 can be moved line by line over the entrance surface 31 of the liquid crystal modulator 4, and thereby to a certain extent offset from row to row ⁇ the, so that a matrix-shaped scanning pattern results.
  • a two-dimensional excitation pattern can be generated.
  • the structure of the pump radiation source 1, the primary optics 3 and Mic corresponds roscannerapt 30 that 3 according to FIG
  • the moving pumping radiation ray beam 2 is each ⁇ but fed directly to the input surface 5 of the Leuchtscherle- member 6,
  • an excitation pattern is generated directly on the irradiation surface 5.
  • the copessigkristallmodula ⁇ gate 4 is arranged nachge ⁇ 6 superimposed on the fluorescent member in this case, therefore, light emitted from the at Abstrahlflä ⁇ surface 7 of the fluorescent lighting element 6 passes through.
  • a transmission window which is in turn moved with the spot on the emission surface 7, from which illumination light is emitted, is nevertheless generated. This again forms a diaphragm, the contour of the illumination light beam is sharply delimited.
  • the local distribution formed on the exit surface 40 of the off ⁇ liquid crystal modulator 4 is converted into an angular distribution in this case, the illumination light beam bundle of clarity is not shown (but in principle corresponds to that according to FIG. 1). Since the light emitted at the emission 7 of the fluorescent element 6 BL LEVEL ⁇ tung light in contrast to the pumping radiation is not sawn already in linearly polarized, the polarizer is in the exporting ⁇ approximate shape according to Figure 4 in addition 20 disposed upstream of the liquid crystal modulator 4, between phosphor elements 6 and liquid crystal module 4, cf. also FIGS. 2a, b.
  • the arrangement of the pump radiation source 1 and the primary optics 3 corresponds to each ⁇ ner according to FIG 1, that is the primary optics 3 nachgela ⁇ Gert before a collimated pump radiation ray beam 2 having a comparatively large cross-section.
  • Liquid crystal unit with liquid crystals 4a Liquid crystal unit with liquid crystals 4a

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer zur Beleuchtung, mit einer Pumpstrahlungsquelle (1) zur Emission von Pumpstrahlung und einem beabstandet dazu angeordneten Leuchtstoffelement (6) zur zumindest teilweisen Konversion der Pumpstrahlung in ein Konversionslicht, wobei ein Strahlenbündel (2) mit der Pumpstrahlung auf eine Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) fällt, welches auf diese Anregung hin an einer Abstrahlfläche (7) ein Strahlenbündel (8) mit einem Beleuchtungslicht emittiert, das zumindest anteilig das Konversionslicht enthält, und wobei eines der Strahlenbündel (2, 8) einen Flüssigkristallmodulator (4) zur Strahlbündelformung durchsetzt.

Description

SCHEINWERFER ZUR BELEUCHTUNG
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer mit einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission von Pumpstrahlung und einem beabstandet dazu angeordneten Leuchtstoffele¬ ment zur zumindest teilweisen Konversion der Pumpstrahlung in ein Konversionslicht.
Stand der Technik
Mit der Kombination aus einer Pumpstrahlungsquelle hoher Leistungsdichte, bspw. einem UV-Strahlung oder blaues Licht emittierenden Laser, und einem beabstandet dazu angeordneten Leuchtstoffelement lassen sich Lichtquellen hoher Leuchtdichte realisieren. Das Leuchtstoffelement konvertiert die Pumpstrahlung zumindest teilweise, emit¬ tiert auf die Anregung hin also ein Konversionslicht. Dieses kann dann für sich oder auch in Mischung mit einem nicht konvertierten Teil der Pumpstrahlung das Beleuchtungslicht bilden.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen besonders vorteilhaften Scheinwerfer mit Pumpstrahlungsquelle und Leuchtstoffelement anzugeben.
Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe ein Scheinwerfer zur Beleuchtung, welcher aufweist: eine Pumpstrahlungsquelle zur Emission von Pumpstrahlung; ein zu der Pumpstrah- lungsquelle beabstandet angeordnetes Leuchtstoffelement zur zumindest teilweisen Konversion der Pumpstrahlung in ein Konversionslicht; einen Flüssigkristallmodulator mit einer Vielzahl Segmente, deren Transmissionsgrad jeweils einstellbar ist, wobei ein Strahlenbündel mit der Pump¬ strahlung auf eine Einstrahlfläche des Leuchtstoffele¬ ments fällt, welches auf diese Anregung hin an einer Ab¬ strahlfläche ein Strahlenbündel mit einem Beleuchtungs¬ licht emittiert, das zumindest anteilig das Konversions- licht enthält, und wobei eines der Strahlenbündel den Flüssigkristallmodulator zur Strahlbündelformung durchsetzt .
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrich- tungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
Der erfindungsgemäße Scheinwerfer weist einen Flüssig- kristallmodulator zur Strahlbündelformung auf, welcher entweder dem Leuchtstoffelement vorgelagert zur Anpassung des Strahlenbündels mit der Pumpstrahlung (Pumpstrah- lungs-Strahlenbündel ) oder nachgelagert zur Anpassung des Strahlenbündels mit dem Beleuchtungslicht (Beleuchtungs- licht-Strahlenbündel ) angeordnet ist. Je nach Anordnung ergeben sich unterschiedliche Vorteile, siehe unten im Detail. Ein genereller Vorteil des von dem entsprechenden Strahlenbündel durchsetzten, also in Transmission betriebenen Flüssigkristallmodulators ist bspw. der damit mög- liehe, kompakte Gesamtaufbau. So kann der Flüssigkris¬ tallmodulator relativ nahe am Leuchtstoffelement angeord¬ net werden, etwa auch ohne eine gesonderte Optik dazwi¬ schen; wäre hingegen ein reflektiver Flächenlichtmodula- tor, wie bspw. ein Mikrospiegelarray, vorgesehen, wären die optischen Pfade schon an sich länger und wäre auch eine Optik erforderlich, um bspw. von dem divergent abgegebenen Beleuchtungslicht einen möglichst großen Teil über den reflektiven Flächenlichtmodulator zu führen. Der „Flüssigkristallmodulator" entspricht in seinem Aufbau einer Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), auch als LCD-Display bezeichnet. Er ist aus einer Vielzahl Segmente, bspw. mindestens 100, 500, 1.000, 5.000, 10.000 bzw. 30.000 Segmenten und (davon unabhän- gig) nicht mehr als 1-108, 1-107 bzw. 1-106 Segmenten (je¬ weils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevor¬ zugt) , aufgebaut, wobei der Transmissionsgrad der Segmen¬ te jeweils einstellbar ist, bspw. digital zwischen „transmissiv" und „sperrend" oder auch mehrstufig bzw. stufenlos. Trotz dieser an sich gesonderten Einstellbarkeit können mehrere Segmente schaltungstechnisch zusam- mengefasst sein. Die Segmente sind bevorzugt matrixförmig in einem regelmäßigen Raster angeordnet. Aufgrund der hohen, mit einem LCD-Panel bzw. -Display erzielbaren Pixel- dichte, bspw. in derzeit handelsüblichen LCD-Displays von bis zu 550 dpi (dots per inch) , kann eine hohe Bestrah¬ lungspunktdichte auf dem Leuchtstoffelement erzielt wer¬ den. Somit lässt sich ein Nutzlicht-Abstrahlungsmuster mit hoher Orts-Auflösung erreichen. Ein Grundprinzip von Flüssigkristallanzeigen ist, dass die Flüssigkristalle die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen und ihre Ausrichtung je Segment mit einer angelegten elektrischen Spannung beeinflusst werden kann. Zur technischen Umsetzung gibt es dann im Einzelnen unterschiedliche Möglichkeiten, wobei auf die kommerziell verfügbaren LCD-Bauformen zurückgegriffen werden kann. Eine Austrittsfläche des Flüssigkristallmodulators bildet in der Regel ein Polarisator, der das Licht bzw. die Strahlung dann eben in Abhängigkeit von der mit den Flüssigkristallen eingestellten Polarisationsrichtung passieren lässt oder sperrt.
Der Flüssigkristallmodulator wird in Transmission betrieben, eine Eintrittsfläche, an welcher das jeweilige Strahlenbündel in den Flüssigkristallmodulator eintritt, liegt also einer Austrittsfläche, an welcher es dann wie¬ der austritt, entgegengesetzt. Auch für das Leuchtstof¬ felement ist ein Betrieb in Transmission bevorzugt, lie¬ gen also die Einstrahl- und die Abstrahlfläche bevorzugt einander entgegengesetzt.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist als Pumpstrahlungsquel¬ le vorzugsweise ein Laser vorgesehen, der bspw. UV- Strahlung oder vorzugsweise blaues Licht als Pumpstrah¬ lung emittiert. „Laser" kann dabei sowohl auf eine ein- zelne Laserquelle als auch auf eine Anordnung mit mehre¬ ren Laserquellen zu lesen sein, als Laserquelle ist eine Laserdiode bevorzugt. Im Falle mehrerer Laserquellen können sich diese im Allgemeinen auch in ihrer Dominantwellenlänge unterscheiden, bevorzugt ist diese für sämtliche Laserquellen gleich, besonders bevorzugt sind die Laser¬ quellen baugleich.
Die Konversion ist bevorzugt eine Dora-Konversion, das Konversionslicht ist also längerwellig als die Pumpstrah- lung; das Konversionslicht hat zumindest einen überwie¬ genden Anteil im sichtbaren Spektralbereich, bevorzugt liegt es insgesamt im Sichtbaren. Im Falle einer Vollkonversion bildet das Konversionslicht alleine das Beleuch¬ tungslicht, im bevorzugten Fall einer Teilkonversion bil- det es anteilig gemeinsam mit einem nicht konvertierten Teil der Pumpstrahlung das Beleuchtungslicht. Das Be¬ leuchtungslicht ist bevorzugt Weißlicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, welche eben die Variante „vorgelagerte Anordnung" betrifft, durchsetzt das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel den Flüssigkristallmo¬ dulator bevor es auf das Leuchtstoffelement trifft. Ein Vorteil dieser Anordnung kann bspw. darin bestehen, dass die Pumpstrahlung vorzugsweise bereits polarisiert ist, also in polarisierter Form emittiert wird, was möglichen Effizienzverlusten durch eine anderenfalls dem Flüssig¬ kristallmodulator vorgelagert erforderliche Polarisation vorbeugen helfen kann (siehe Figur 2a, b mit zugehöriger Beschreibung zur Illustration) .
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Scheinwerfer dann dazu eingerichtet, dass das Pumpstrahlungs- Strahlenbündel ortsunveränderlich auf die Eintrittsfläche des Flüssigkristallmodulators fällt, wobei über die Ein¬ stellung des Transmissionsgrads der Segmente unterschied¬ liche Anregungsmuster auf der Einstrahlfläche des Leucht- Stoffelements erzeugt werden können. Indem auf der Einstrahlfläche ein Anregungsmuster erzeugt wird, wird dann auch das Beleuchtungslicht an der Abstrahlfläche mit ei¬ nem entsprechenden Muster abgegeben, wobei bevorzugt mit einer Optik (siehe unten im Detail) an unterschiedlichen Stellen der Abstrahlfläche abgegebenes Beleuchtungslicht in unterschiedliche Raumrichtungen gelenkt wird.
Im Ergebnis können so mit unterschiedlichen Anregungsmus¬ tern unterschiedliche Raumwinkelbereiche mit Beleuch- tungslicht versorgt werden, oder eben nicht. Ein Beispiel für ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Kraftfahrzeug- Frontscheinwerfer, wobei dann bspw. in einem ersten Betriebszustand „Fernlicht" an der gesamten Abstrahlfläche Beleuchtungslicht emittiert wird, wozu entsprechend die gesamte Einstrahlfläche mit Pumpstrahlung bestrahlt wird, also sämtliche Segmente des Flüssigkristallmodulators transmissiv geschaltet sind. In einem zweiten Betriebszu¬ stand „Abblendlicht" kann dann die Beleuchtungslichtabga¬ be für einen Teil der Abstrahlfläche weggeschaltet wer- den, indem entsprechende Segmente des Flüssigkristallmo¬ dulators sperrend geschaltet werden, womit dann nur noch ein Abblendlichtkegel mit Beleuchtungslicht versorgt wird .
Soweit generell von einem „Eingerichtetsein" des Schein- werfers die Rede ist, meint dies bspw., dass sich im Be¬ trieb des Scheinwerfers die Pumpstrahlung / das Beleuch¬ tungslicht entsprechend ausbreitet und/oder der Flüssig¬ kristallmodulator entsprechend beschaltet ist. Soweit es also um die Strahlführung geht, sind die einzelnen Kompo- nenten dann also derart relativ zueinander angeordnet, dass sich die Strahlenbündel entsprechend ausbreiten. Für den Betrieb des Flüssigkristallmodulators weist der Scheinwerfer in der Regel eine Steuereinheit auf, welcher die Beschaltung der Segmente ( transmissiv/sperrend) steu¬ ert .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, welche ebenfalls die „vorgelagerte Anordnung" betrifft, ist in dem Pfad der Pumpstrahlung zwischen dem Flüssigkristallmodulator und dem Leuchtstoffelement ein reflektives, einstellbares Umlenkmittel angeordnet. Hierbei kann es sich bspw. um ein Mikrospiegelarray (Digital Mirror Device, DMD) , einen reflektiven Flüssigkristallmodulator (Liquid Crystal on Silicon, LCoS) oder einen Mikroscannerspiegel (Scanning Mirror) handeln. Mit dem Umlenkmittel wird das eigentli¬ che Anregungsmuster auf der Einstrahlfläche des Leucht¬ stoffelements erzeugt, bspw. indem das Pumpstrahlungs- Strahlenbündel mit einem Mikroscannerspiegel als Umlenk¬ mittel über die Einstrahlfläche bewegt wird. Der dem Umlenkmittel vorgelagerte Flüssigkristallmodula¬ tor kann in Verbindung mit dem Mikroscannerspiegel einerseits das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel im Gesamten in Abhängigkeit von der jeweiligen Position auf der Einstrahlfläche zu- und wegschalten, sodass sich das Anre- gungsmuster dann im zeitlichen Verlauf mit der scannenden Bewegung ergibt. Andererseits kann der Flüssigkristallmo¬ dulator bspw. auch die Funktion einer adaptiven Blende übernehmen, also das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel bspw. in Abhängigkeit von einem jeweiligen Betriebszustand des Umlenkmittels unterschiedlich begrenzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, welche wiederum die „vorgelagerte Anordnung" betrifft, wird das Pump- strahlungs-Strahlenbündel über die Eintrittsfläche des Flüssigkristallmodulators bewegt und dessen Beschaltung zumindest zeitweilig mit dieser Bewegung synchronisiert. Das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel wird also bspw. scan¬ nend über die Eintrittsfläche bewegt, wobei sich ein Transmissionsfenster, in dem die Segmente transmissiv geschaltet sind, mitbewegt (außerhalb des Transmissions¬ fensters sind die Segmente sperrend) . Das Transmissions¬ fenster ist bevorzugt etwas kleiner als ein mit dem Pumpstrahlungs-Strahlenbündel auf der Eintrittsfläche erzeug- ter Spot, funktional entspricht diese Anordnung also ge¬ wissermaßen einer mit dem Spot mitbewegten Blende.
Eine solche mitbewegte Blende kann bspw. insoweit vor¬ teilhaft sein, als der Spot in der Regel keinen scharf begrenzten Rand hat, sondern die Intensität mit einem ge- wissen Verlauf abfällt, bspw. mit einem Gauß- oder Lor- entz-förmigen Profil. Beleuchtungslichtseitig kann sich dies bildlich gesprochen in einem „verwaschenen" Hell- Dunkel-Übergang zeigen und bspw. eine Abgabe von Beleuchtungslicht in Raumrichtungen zur Folge haben, die eigent- lieh nicht mehr versorgt werden sollen (vgl. das Beispiel „Abblendlicht") . Die Erfinder haben festgestellt, dass der Effekt eines solchen „Verwaschens" bei einem bewegten Pumpstrahlungs-Strahlenbündel im Besonderen zum Tragen kommen kann, weil insbesondere das menschliche Auge bzw. die menschliche Perzeption zeitlich über die Abstrahlung von Nutzlicht von nebeneinander liegenden Beleuchtungspunkten des Leuchtstoffelements integriert und somit die Gauß- oder Lorentz-förmigen Ausläufer der sich bewegenden Nutzlichtabstrahlungsprofile von nebeneinander liegenden Beleuchtungspunkten des Leuchtstoffelements als verwa¬ schenen Spot und damit als Unschärfe wahrnimmt.
Das mitbewegte Transmissionsfenster hat bevorzugt eine um mindestens 5 %, weiter bevorzugt mindestens 10 %, kleine- re mittlere Erstreckung als der Spot auf der Eintritts¬ fläche, wobei mögliche Obergrenzen bspw. bei höchstens 40 % bzw. 30 % liegen. Die „mittlere Erstreckung" wird jeweils als Mittelwert der kleinsten und größten Erstre¬ ckung über die Eintrittsfläche genommen und entspricht im bevorzugten Fall einer Kreisgeometrie dem Kreisdurchmes¬ ser .
In bevorzugter Ausgestaltung des über die Eintrittsfläche des Flüssigkristallmodulators bewegten Pumpstrahlungs- Strahlenbündels wird dieses dem Flüssigkristallmodulator vorgelagert über einen Mikroscannerspiegel geführt, die¬ ser ist zwischen unterschiedlichen Spiegelstellungen verkippbar, und das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel kann mit diesem Verkippen über die Eintrittsfläche bewegt werden, bspw. zeilen- bzw. matrixförmig . Die Spiegelfläche des Mikroscannerspiegels wird dabei im Gesamten verkippt.
Bislang wurde vorrangig die Variante „vorgelagerte Anord¬ nung" diskutiert, bei welcher das Pumpstrahlungs- Strahlenbündel den Flüssigkristallmodulator durchsetzt; nachstehend wird nun schwerpunktmäßig die „nachgelagerte Anordnung" dargestellt. Im Allgemeinen kann der Scheinwerfer auch mehrere Flüssigkristallmodulatoren aufweisen, kann also einer dem Leuchtstoffelement vor- und ein ande¬ rer nachgelagert angeordnet sein; bevorzugt weist der Scheinwerfer genau einen Flüssigkristallmodulator auf. Alternativ zu dem transmissiven Flüssigkristallmodulator haben die Erfinder auch, wie bereits eingangs erwähnt, über reflektive Flächenlichtmodulatoren nachgedacht, bspw. ein DMD oder ein LCoS. Wenngleich diese reflektiven Flächenlichtmodulatoren vorliegend nicht Anspruchsgegenstand sind, sollen entsprechende Aufbauten mit Pumpstrah¬ lungsquelle, beabstandet dazu angeordnetem Leuchtstof¬ felement und reflektivem Flächenlichtmodulator gleichwohl ausdrücklich offenbart sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Flüssigkristallmodulator dem Leuchtstoffelement nachgelagert an¬ geordnet und durchsetzt ihn das Beleuchtungslicht- Strahlenbündel .
In bevorzugter Ausgestaltung fällt das Pumpstrahlungs- Strahlenbündel dabei ortunveränderlich auf die Einstrahl¬ fläche des Leuchtstoffelements und wird dementsprechend auch das Beleuchtungslicht-Strahlenbündel ortsunveränder¬ lich an der Abstrahlfläche des Leuchtstoffelements abge¬ geben. Die Eintrittsfläche des Flüssigkristallmodulators wird im Betrieb entsprechend großflächig mit Beleuch¬ tungslicht versorgt, und es werden dann über die Einstel¬ lung (des Transmissionsgrads) der Segmente unterschiedli¬ che Emissionsmuster auf der Austrittsfläche des Flüssig¬ kristallmodulators erzeugt. Wie vorstehend für die Ab- strahlfläche des Leuchtstoffelements beschrieben, kann dann auch in diesem Fall mit einer Optik die Ortsverteilung auf der Austrittsfläche des Flüssigkristallmodula¬ tors in eine Raumwinkelverteilung umgesetzt werden (nur eben die Ortsverteilung auf der Austrittsfläche des Flüs¬ sigkristallmodulators anstelle jener auf der Abstrahlflä¬ che des Leuchtstoffelements ) . Soweit generell von einem „ortsunveränderlich" einfallenden/abgegebenen Strahlenbündel die Rede ist, meint dies, dass der jeweilige Spot auf der jeweiligen Fläche im Betrieb unbewegt ist (nicht bewegt wird) und auch eine gleichbleibende Größe hat.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des dem Leuchtstoffelement nachgelagerten Flüssigkristallmodula¬ tors wird das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel (der Spot) über die Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements bewegt und bewegt sich dementsprechend auch das Beleuchtungs¬ licht-Strahlenbündel (der Emissions-Spot) über die Ab¬ strahlfläche. Die Einstellung des Transmissionsgrads der Segmente wird dabei zumindest zeitweilig mit der Bewegung des Beleuchtungslicht-Strahlenbündels synchronisiert, es wird also wiederum analog der vorstehenden Beschreibung ein Transmissionsfenster / eine Blende mitbewegt (in diesem Fall mit dem Beleuchtungslicht-Strahlenbündel, vor¬ stehend mit dem Pumpstrahlungs-Strahlenbündel) . Es wird auf die vorstehend für das mitbewegte Transmissionsfens¬ ter angegebenen Vorteile und auch bevorzugten Größenverhältnisse verwiesen.
Bei der Anordnung des Flüssigkristallmodulators dem Leuchtstoffelement nachgelagert kann ein Vorteil generell (auch im Falle des statischen Aufbaus) darin bestehen, dass mit einem möglichst nahe an dem Leuchtstoffelement angeordneten Flüssigkristallmodulator auch ohne eine gesonderte Optik dazwischen ein vergleichsweise großer Teil des divergent abgegebenen Beleuchtungslichts „aufgesam¬ melt" werden kann. Somit ist ein zugleich effizienter, aber auch kompakter und kostengünstiger Aufbau möglich. Im Falle des dem Leuchtstoffelement nachgelagerten Flüs¬ sigkristallmodulators ist generell bevorzugt, dass das Beleuchtungslicht-Strahlenbündel von ggf. einem dazwi¬ schen angeordneten Polarisator (siehe unten) abgesehen direkt von der Abstrahlfläche des Leuchtstoffelements zu der Eintrittsfläche des Flüssigkristallmodulators ge¬ langt, also dazwischen keine Optik durchsetzt; „direkt" meint insoweit von ggf. einem Polarisator und ggf. dem Übergang in ein umgebendes Gasmedium (in der Regel Luft) abgesehen brechungs- und reflexionsfrei.
In bevorzugter Ausgestaltung des dem Leuchtstoffelement nachgelagerten Flüssigkristallmodulators wird das Pump- strahlungs-Strahlenbündel mit einem zwischen unterschied¬ lichen Spiegelstellungen verkippbaren Mikroscannerspiegel zu der Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements geführt und über diese bewegt (vgl. auch die vorstehende Offenba¬ rung zu „Mikroscannerspiegel") . Im Allgemeinen könnte zur Bewegung des Pumpstrahlungs-Strahlenbündel aber auch ein DMD oder LCoS vorgesehen sein.
Wie bereits erwähnt, ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Optik zur Umsetzung der Orts- in eine Raumwinkelverteilung vorgesehen, welche im Falle des vorgelagerten Flüssigkristallmodulators der Abstrahlfläche des Leucht¬ stoffelements und bei der nachgelagerten Anordnung der Austrittsfläche des Flüssigkristallmodulators zugeordnet ist. Im letztgenannten Fall wird dann also das aus einem jeweiligen Segment abgegebene Beleuchtungslicht in einen jeweiligen Raumwinkelbereich gelenkt. Ist die Optik der Abstrahlfläche des Leuchtstoffelements zugeordnet, wird an unterschiedlichen Stellen davon abgegebenes Licht in unterschiedliche Raumrichtungen gelenkt; dabei bestimmt die dem Leuchtstoffelement vorgelagert vorgenommene Modu¬ lation (Bewegung des Pumpstrahlungs-Strahlenbündel und/oder Modulation mit dem Flüssigkristallmodulator) an welchen Stellen der Abstrahlfläche Beleuchtungslicht emittiert wird und welche Raumrichtungen dementsprechend versorgt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Optik und die jeweilige Fläche (Abstrahlfläche oder Austrittsfläche) ein¬ seitig telezentrisch zueinander angeordnet, wird also das von den unterschiedlichen Stellen der jeweiligen Fläche ausgehende Beleuchtungslicht jeweils für sich kollimiert (also je Stelle) . Die „Optik" kann generell reflektiv (insbesondere über Totalreflexion) und/oder refraktiv sein, bevorzugt ist sie refraktiv, besonders bevorzugt aus einer Mehrzahl Einzellinsen (sphärisch oder asphä- risch) aufgebaut.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, welche insbesondere den nachgelagerten Flüssigkristallmodulator betrifft, durchsetzt das Strahlenbündel (vorzugsweise das Beleuch¬ tungslicht-Strahlenbündel) dem Flüssigkristallmodulator vorgelagert einen Polarisator. Dieser ist dann also bevorzugt zwischen der Abstrahlfläche des Leuchtstoffele- ments und der Eintrittsfläche des Flüssigkristallmodula¬ tors angeordnet. Mit zwei um 90° zueinander verdrehten Polarisationsfiltern, wovon der eine Teil des Flüssigkristallmodulators ist (siehe vorne), können die jeweilig gesperrten Segmente vollständig ausgeblendet werden. Im Allgemeinen ist eine solche Anordnung aber nicht zwingend, kann nämlich auch eine gewisse Rest-Transmission im Sperrfall („Graubereich") von Interesse sein. Wird der Flüssigkristallmodulator von dem Pumpstrahlungs- Strahlenbündel durchsetzt, ist dem Flüssigkristallmodula¬ tor vorgelagert bevorzugt kein gesonderter Polarisator vorgesehen, weil die Pumpstrahlung in der Regel ohnehin in polarisierter Form emittiert wird. Generell meint „Po¬ larisator" im Rahmen dieser Offenbarung einen linearen Polarisator, wobei ein i¥ire-Grid-Polarisator bevorzugt sein kann. Ein i¥ire-Grid-Polarisator kann auch in die Einstrahl- und/oder Abstrahlfläche des Leuchtstoffele- ments eingebettet bzw. integriert sein.
Generell sind das Leuchtstoffelement und die Pumpstrah¬ lungsquelle in bevorzugter Ausgestaltung orts- und drehfest relativ zueinander angeordnet, werden sie also rela¬ tiv zueinander nicht bewegt. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines vorlie¬ gend offenbarten Scheinwerfers zur Beleuchtung, insbesondere zur Kraftfahrzeug-Beleuchtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug-Frontscheinwerfer, insbesondere in einem Automobil-Frontscheinwerfer. Bevorzugt kann dabei insbe- sondere auch eine adaptive Beleuchtung sein, bei welcher ein mit dem Scheinwerfer insgesamt zugänglicher Raumwinkelbereich situativ nur teilweise ausgeleuchtet wird. Ei¬ ne vergleichsweise einfache Anwendung kann der vorstehend beschriebene Wechsel zwischen Fern- und Abblendlicht sein .
Wie sich aus der vorstehenden Offenbarung ergibt, können mit dem erfindungsgemäßen Aufbau aber auch komplexere, matrixförmig aufgebaute Emissionsmuster erzeugt werden, wobei diesen Ortsverteilungen dann Raumwinkelverteilungen entsprechen. Durch eine Anpassung der Ortsverteilung, also das Wegschalten der Emission aus bestimmten Bereichen, kann bspw. selektiv ein entgegenkommendes und/oder vorausfahrendes Fahrzeug ausgenommen werden. Dies kann bspw. in Abhängigkeit von mit einer Kamera, die bspw. im Innenspiegel bzw. dessen Aufhängung angebracht sein kann, erfassten Aufnahmen des Beleuchtungsbereichs erfolgen. Jedem Teilbereich des Beleuchtungsbereichs kann ein Raumwinkelbereich und damit eben bspw. einem Segment des Flüssigkristallmodulators zugeordnet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den Anspruchskategorien unterschieden wird. Im Einzelnen zeigt
Figur 1 einen ersten erfindungsgemäßen Scheinwerfer in schematischer Darstellung mit Pumpstrahlungsquelle und Leuchtstoffelement , wobei dem Leuchtstoffelement ein Flüssigkristallmodula¬ tor vorgelagert ist;
Figur 2a, b die Funktionsweise eines Flüssigkristallmodu¬ lators in schematischer Darstellung;
Figur 3 einen zweiten erfindungsgemäßen Scheinwerfer in schematischer Darstellung, wobei zwischen
Pumpstrahlungsquelle und Flüssigkristallmodu¬ lator zusätzlich ein Mikroscannerspiegel angeordnet ist;
Figur 4 einen dritten erfindungsgemäßen Scheinwerfer mit einem dem LeuchtStoffelement nachgelager¬ ten Flüssigkristallmodulator, wobei dem Leuchtstoffelement vorgelagert ein Mikroscan¬ nerspiegel angeordnet ist;
Figur 5 einen vierten erfindungsgemäßen Scheinwerfer, bei welchem der Flüssigkristallmodulator der
Ausführungsform gemäß Figur 4 vergleichbar dem Leuchtstoffelement nachgelagert angeord¬ net ist, die Pumpstrahlung jedoch ortsunveränderlich auf das Leuchtstoffelement fällt. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt einen ersten erfindungsgemäßen Scheinwerfer in schematischer Ansicht von der Seite bzw. im Schnitt. Eine Laserdiode als Pumpstrahlungsquelle 1 emittiert ein Strahlenbündel 2 mit Pumpstrahlung, nämlich blauem Laser- licht. Das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel 2 wird mit einer Primäroptik 3 kollimiert und durchsetzt einen Flüssig¬ kristallmodulator 4, bevor es auf eine Einstrahlfläche 5 eines Leuchtstoffelements 6 (vorliegend mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, YAG:Ce) fällt. Das Leuchtstof- felement 6 emittiert auf diese Anregung hin ein Konversi¬ onslicht, wobei nicht die gesamte Pumpstrahlung in dem Leuchtstoffelement konvertiert wird (Teilkonversion) .
Im Ergebnis wird an einer der Einstrahlfläche 5 entgegen¬ gesetzten Abstrahlfläche 7 ein Strahlenbündel 8 mit Be- leuchtungslicht emittiert (dargestellt sind zwei von un¬ terschiedlichen Stellen der Abstrahlfläche 7 abgegebene, jeweils für sich kollimierte Teil-Strahlenbündel), wel¬ ches anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung und Kon¬ versionslicht enthält. Das Beleuchtungslicht ist Weiß- licht. Das Leuchtstoffelement 6 ist dabei üblicherweise an der Einstrahlfläche 5 mit einer dichroitischen Schicht versehen (nicht dargestellt) , welche für die Pumpstrah¬ lung transmissiv ist, sodass die Pumpstrahlung in das Leuchtstoffelement 6 gelangt; für das bspw. gelbe Konver- sionslicht ist die dichroitische Schicht hingegen reflek- tiv, was die Abstrahleffizienz zur Beleuchtungsanwendung hin erhöht. Mit dem Flüssigkristallmodulator 4 kann das Pumpstrah- lungs-Strahlenbündel 2, das auf die Einstrahlfläche 5 trifft, in seinem Umfang bzw. seiner Form angepasst werden. In der in Figur 1 gezeigten Situation sind die Seg- mente in einer unteren Hälfte des Flüssigkristallmodula¬ tors 4 gesperrt, transmittiert dieser also nur in einer oberen Hälfte und gelangt dementsprechend das Pumpstrah- lungs-Strahlenbündel 2 nur in dieser oberen Hälfte auf die Einstrahlfläche 5. Folglich wird dann auch nur in der oberen Hälfte der Abstrahlfläche 7 Beleuchtungslicht emittiert, ist die Emission aus der unteren Hälfte also weggeschaltet .
Diese Situation kann bspw. einem Betriebszustand „Ab¬ blendlicht" entsprechen, wohingegen ein im Gesamten transmissiver Flüssigkristallmodulator und dementsprechend eine ganzflächige Anregung/Emission einem Betriebs¬ zustand „Fernlicht" entsprechen würde. Eine der Abstrahl¬ fläche 7 zugeordnete Optik 9 setzt die Ortsverteilung auf der Abstrahlfläche 7 in eine Raumwinkelverteilung um, führt also das an unterschiedlichen Stellen der Abstrahlfläche 7 abgegebene Licht jeweils für sich kollimiert in unterschiedliche Raumrichtungen (einseitig telezentrische Anordnung) .
Die Figuren 2a, b illustrieren die Funktionsweise des Flüssigkristallmodulators 4 in schematischer Darstellung. Der Flüssigkristallmodulator 4 gliedert sich in eine Einheit 4a mit den Flüssigkristallen, welche die Polarisati¬ on des sie durchsetzenden Lichts beeinflussen und deren Orientierung über eine von außen angelegte elektrische Spannung verändert werden kann (Figur 2b) , und einen nachgeordneten Polarisationsfilter 4b. Auf die Flüssigkristall-Einheit 4a trifft polarisiertes Licht. Im Falle der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 3 ist die Pumpstrahlung bereits an sich polarisiert, bei den Aus¬ führungsformen gemäß den Figuren 4 und 5 wird dazu dem Flüssigkristallmodulator 4 vorgelagert ein Polarisationsfilter 20 angeordnet.
Ist im Falle von Figur 2a keine äußere Spannung an die Flüssigkristall-Einheit gelegt, drehen die Flüssigkris¬ talle die Schwingungsebene des Lichts bei dem Durchgang um genau 90° (die Dicke des Flüssigkristalls ist entspre¬ chend gewählt) , sodass das Licht dann genau passend auf den Polarisationsfilter 4b trifft und hindurchgeht. Der Flüssigkristallmodulator 4 ist also transmissiv geschaltet. Durch Anlegen einer äußeren Spannung (Figur 2b) richten sich die Flüssigkristallmoleküle parallel zum an¬ gelegten elektrischen Feld aus und drehen sie die Polarisationsrichtung des Lichts nicht mehr. Dementsprechend sperrt der Polarisationsfilter 4b das auftreffende Licht, der Flüssigkristallmodulator 4 ist sperrend geschaltet. In den schematischen Darstellungen ist eine Zelle gezeigt, tatsächlich ist der Flüssigkristallmodulator 4 aus einer Vielzahl solcher Zellen, deren Transmissionsgrad jeweils durch Anlegen einer Spannung entsprechend einge¬ stellt werden kann, aufgebaut.
Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 3 ist im Unterschied zu jener gemäß Figur 1 zunächst die Primäroptik 3 dahingehend ausgelegt, dass sich ihr nachgelagert ein Pumpstrahlungs-Strahlenbündel 2 mit kleinerem Querschnitt ausbreitet. Dieses Pumpstrahlungs-Strahlenbündel 2 trifft dann nicht direkt auf den Flüssigkristallmodulator 4, sondern wird über einen Mikroscannerspiegel 30 geführt, also über einen um zwei zueinander senkrechte Achsen (eine davon ist geneigt) zwischen unterschiedlichen Spiegelstellungen verkippbaren Spiegel.
Je nach Spiegelstellung fällt das Pumpstrahlungs- Strahlenbündel 2 dem Mikroscannerspiegel 30 nachgelagert dann auf eine unterschiedliche Stelle einer Eintrittsflä¬ che 31 des Flüssigkristallmodulators 4. Strichliert ange¬ deutet ist in der schematischen Darstellung die Auslenkung für die zwei maximalen Kippstellungen derselben Achse. Mit der Verkippung des Mikroscannerspiegels 30 kann das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel 2 zeilenweise über die Eintrittsfläche 31 des Flüssigkristallmodulators 4 bewegt und dabei von Zeile zu Zeile ein Stück weit versetzt wer¬ den, sodass sich ein matrixförmiges Scanmuster ergibt. Indem nun die Pumpstrahlungsquelle 1 in Abhängigkeit von der jeweiligen Winkelstellung des Mikroscannerspiegels 30 ein- oder ausgeschaltet wird, kann ein zweidimensionales Anregungsmuster erzeugt werden.
Dieses wird bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 nicht direkt auf die Einstrahlfläche 5 des Leuchtstoffelements 6 aufgebracht, sondern eben zunächst auf die Eintritts¬ fläche 31 des Flüssigkristallmodulators 4. Mit diesem wird dann ein mit dem Spot, welchen das Pumpstrahlungs- Strahlenbündel 2 auf der Eintrittsfläche 31 erzeugt, mit¬ wanderndes Transmissionsfenster generiert, gewissermaßen also eine sich mit dem Spot mitbewegende Blende. Deren Durchmesser ist etwas kleiner als jener des Spots, sodass im Ergebnis ein scharf begrenzter Anregungsbereich auf der Einstrahlfläche 5 des Leuchtstoffelements 6 erzeugt wird. Dem Anregungsmuster auf der Einstrahlfläche 5 des Leuchtstoffelements 6 entspricht wiederum ein Emissions¬ muster auf der Abstrahlfläche 7, welches mit einer (in Figur 3 nicht dargestellten) Optik in eine Raumwinkelverteilung umgesetzt wird. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 entspricht der Aufbau von Pumpstrahlungsquelle 1, Primäroptik 3 und Mik- roscannerspiegel 30 jenem gemäß Figur 3. Im Unterschied dazu wird das bewegte Pumpstrahlungs-Strahlenbündel 2 je¬ doch direkt auf die Einstrahlfläche 5 des Leuchtstoffele- ments 6 geführt, wird also direkt auf der Einstrahlfläche 5 ein Anregungsmuster erzeugt. Der Flüssigkristallmodula¬ tor 4 ist in diesem Fall dem Leuchtstoffelement 6 nachge¬ lagert angeordnet, wird also von dem an der Abstrahlflä¬ che 7 des Leuchtstoffelements 6 abgegebenen Beleuchtungs- licht durchsetzt. Mit dem Flüssigkristallmodulator 4 wird dann aber wiederum gleichwohl ein mit dem Spot auf der Abstrahlfläche 7, aus welchem heraus Beleuchtungslicht emittiert wird, mitbewegtes Transmissionsfenster erzeugt. Dieses bildet wiederum eine Blende, die Kontur des Be- leuchtungslicht-Strahlenbündels wird scharf begrenzt.
Mit der Optik 9 wird in diesem Fall die auf der Aus¬ trittsfläche 40 des Flüssigkristallmodulators 4 erzeugte Ortsverteilung in eine Winkelverteilung umgesetzt, wobei das Beleuchtungslicht-Strahlenbündel der Übersichtlich- keit halber nicht eingezeichnet ist (aber vom Prinzip her jenem gemäß Figur 1 entspricht) . Da das an der Abstrahlfläche 7 des Leuchtstoffelements 6 abgegebene Beleuch¬ tungslicht im Unterschied zu der Pumpstrahlung nicht be- reits an sich linear polarisiert ist, ist bei der Ausfüh¬ rungsform gemäß Figur 4 zusätzlich der Polarisator 20 dem Flüssigkristallmodulator 4 vorgelagert angeordnet, also zwischen Leuchtstoffelement 6 und Flüssigkristallmodula¬ tor 4, vgl. auch die Figuren 2a, b. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 entspricht die Anordnung von Pumpstrahlungsquelle 1 und Primäroptik 3 je¬ ner gemäß Figur 1, liegt also der Primäroptik 3 nachgela¬ gert ein kollimiertes Pumpstrahlungs-Strahlenbündel 2 mit vergleichsweise großem Querschnitt vor. Dieses trifft je- doch nicht auf den Flüssigkristallmodulator 4, sondern direkt auf die Einstrahlfläche 5 des Leuchtstoffelements 6. Dementsprechend großflächig wird an der entgegenge¬ setzten Abstrahlfläche 7 Beleuchtungslicht abgegeben. Dieses durchsetzt zunächst den Polarisator 20 und trifft dann dementsprechend linear polarisiert auf den Flüssig¬ kristallmodulator 4. Durch eine entsprechende Transmis- siv-/Sperrend-Schaltung der einzelnen Segmente des Flüssigkristallmodulators 4 wird auf dessen Austrittsfläche 40 ein Emissionsmuster erzeugt, das dann wiederum in eine Raumwinkelverteilung umgesetzt wird (z. B. Abbiend- und Fernlicht oder auch komplexer, vgl. die Beschreibungseinleitung) . BEZUGSZEICHENLISTE
Pumpstrahlungsquelle 1
Pumpstrahlungs-Strahlenbündel 2
Primäroptik 3 Flüssigkristallmodulator 4
Flüssigkristall-Einheit mit Flüssigkristallen 4a
Nachgeordneter Polarisationsfilter 4b
Einstrahlfläche 5
Leuchtstoffelement 6 Abstrahlfläche 7
Beleuchtungslicht-Strahlenbündel 8
Optik 9
Polarisator 20
Mikroscannerspiegel 30 Eintrittsfläche 31
Austrittsfläche 40

Claims

ANSPRÜCHE
Scheinwerfer zur Beleuchtung, welcher aufweist:
eine Pumpstrahlungsquelle (1) zur Emission von Pumpstrahlung;
ein zu der Pumpstrahlungsquelle (1) beabstandet angeordnetes Leuchtstoffelement (6) zur zumin¬ dest teilweisen Konversion der Pumpstrahlung in ein Konversionslicht;
einen Flüssigkristallmodulator (4) mit einer Vielzahl Segmente, deren Transmissionsgrad je¬ weils einstellbar ist,
wobei ein Strahlenbündel (2) mit der Pumpstrahlung auf eine Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) fällt, welches auf diese Anregung hin an einer Abstrahlfläche (7) ein Strahlenbündel (8) mit einem Beleuchtungslicht emittiert, das zumindest anteilig das Konversionslicht enthält,
und wobei eines der Strahlenbündel (2, 8) den Flüs¬ sigkristallmodulator (4) zur Strahlbündelformung durchsetzt .
Scheinwerfer nach Anspruch 1, bei welchem der Flüssigkristallmodulator (4) dem Leuchtstoffelement (6) vorgelagert angeordnet ist und das Pumpstrahlungs- Strahlenbündel (2) den Flüssigkristallmodulator (4) durchsetzt und dann auf die Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) trifft. Scheinwerfer nach Anspruch 2, der dazu eingerichtet ist, dass das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel (2) ortsunveränderlich auf eine Eintrittsfläche (31) des Flüssigkristallmodulators (4) fällt und dass in Ab¬ hängigkeit von einer Einstellung des Transmissions¬ grads der Segmente unterschiedliche Anregungsmuster auf der Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) erzeugt werden.
Scheinwerfer nach Anspruch 2 mit einem dem Flüssigkristallmodulator (4) nachgelagerten und der Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) vorge¬ lagerten, reflektiven und einstellbaren Umlenkmittel, wobei der Scheinwerfer so eingerichtet ist, dass das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel (2) ortsun¬ veränderlich auf eine Eintrittsfläche (31) des Flüs¬ sigkristallmodulators (4) fällt und dass mit dem Um¬ lenkmittel unterschiedliche Anregungsmuster auf der Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) er¬ zeugt werden.
Scheinwerfer nach Anspruch 2, der dazu eingerichtet ist, dass das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel (2) über eine Eintrittsfläche (31) des Flüssigkristallmodula¬ tors (4) bewegt wird, wobei im Betrieb eine Einstel¬ lung des Transmissionsgrads der Segmente zumindest zeitweilig mit der Bewegung des Pumpstrahlungs- Strahlenbündels (2) synchronisiert ist. Scheinwerfer nach Anspruch 5, bei welchem das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel (2) über einen zwischen unterschiedlichen Spiegelstellungen verkippbaren Mikroscannerspiegel (30) zu der Eintrittsfläche (31) des Flüssigkristallmodulators (4) geführt wird und in Abhängigkeit von den Spiegelstellungen über diese bewegbar ist.
Scheinwerfer nach Anspruch 1, bei welchem der Flüssigkristallmodulator (4) dem Leuchtstoffelement (6) nachgelagert angeordnet ist und das Beleuchtungs¬ licht-Strahlenbündel (8) den Flüssigkristallmodula¬ tor (4) durchsetzt.
Scheinwerfer nach Anspruch 7, der dazu eingerichtet ist, dass das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel (2) ortsunveränderlich auf die Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) fällt, womit das Beleuch¬ tungslicht-Strahlenbündel (8) entsprechend ortsun¬ veränderlich an der Abstrahlfläche (7) des Leucht¬ stoffelements (6) abgegeben wird, wobei in Abhängig¬ keit von einer Einstellung des Transmissionsgrads der Segmente unterschiedliche Emissionsmuster auf einer Austrittsfläche (40) des Flüssigkristallmodu¬ lators (4) erzeugt werden.
Scheinwerfer nach Anspruch 7, der dazu eingerichtet ist, dass das Pumpstrahlungs-Strahlenbündel über die Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) be¬ wegt wird, womit sich das Beleuchtungslicht- Strahlenbündel (8) entsprechend über die Abstrahl¬ fläche (7) des Leuchtstoffelements (6) bewegt, wobei im Betrieb eine Einstellung des Transmissionsgrads der Segmente zumindest zeitweilig mit der Bewegung des Beleuchtungslicht-Strahlenbündels (8) synchroni¬ siert ist.
Scheinwerfer nach Anspruch 9, bei welchem das Pump- strahlungs-Strahlenbündel (2) über einen zwischen unterschiedlichen Spiegelstellungen verkippbaren Mikroscannerspiegel (30) zu der Einstrahlfläche (5) des Leuchtstoffelements (6) geführt wird und in Ab¬ hängigkeit von den Spiegelstellungen über diese bewegbar ist.
Scheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Optik (9), welche im Falle der Ansprüche 2 bis 6 der Abstrahlfläche (7) des Leuchtstoffelements (6) zugeordnet ist und im Falle der Ansprüche 7 bis 10 einer Austrittsfläche (40) des Flüssigkristallmo¬ dulators (4) zugeordnet ist, wobei die Optik (9) von unterschiedlichen Stellen der jeweilig zugeordneten Fläche (7, 40) ausgehendes Beleuchtungslicht in un¬ terschiedliche Raumrichtungen lenkt.
Scheinwerfer nach Anspruch 11, bei welchem die Optik (9) und die jeweilig zugeordnete Fläche (7, 40) ein¬ seitig telezentrisch zueinander angeordnet sind, al¬ so das von den unterschiedlichen Stellen der jewei- lig zugeordneten Fläche (7, 40) ausgehende Beleuchtungslicht jeweils für sich kollimiert sind.
Scheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das den Flüssigkristallmodulator (4) durchsetzende Strahlenbündel (2, 8) dem Flüssigkris¬ tallmodulator (4) vorgelagert einen Polarisator (20) durchsetzt .
Scheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Leuchtstoffelement (6) relativ zu der Pumpstrahlungsquelle (1) orts- und drehfest an¬ geordnet ist.
Verwendung eines Scheinwerfers nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Beleuchtung, insbesondere zur Kraftfahrzeug-Beleuchtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug-Frontscheinwerfer, insbesondere in einem Automobil-Frontscheinwerfer.
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