WO2017137221A1 - Beleuchtungsvorrichtung für fahrzeuge - Google Patents

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WO2017137221A1
WO2017137221A1 PCT/EP2017/050956 EP2017050956W WO2017137221A1 WO 2017137221 A1 WO2017137221 A1 WO 2017137221A1 EP 2017050956 W EP2017050956 W EP 2017050956W WO 2017137221 A1 WO2017137221 A1 WO 2017137221A1
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optical modulator
lighting device
laser light
laser
control signal
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Ingo Niemeyer
Olaf Husberg
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Hella GmbH and Co KGaA
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Hella KGaA Huek and Co
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    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2102/00—Exterior vehicle lighting devices for illuminating purposes
    • F21W2102/10—Arrangement or contour of the emitted light
    • F21W2102/17—Arrangement or contour of the emitted light for regions other than high beam or low beam
    • F21W2102/19—Arrangement or contour of the emitted light for regions other than high beam or low beam for curves

Definitions

  • the invention relates to a lighting device for vehicles having a laser light source for emitting laser light and having an identical optical unit for generating a predetermined light distribution.
  • a lighting device for vehicles with a laser light source and an optical unit in which a radiation deflection element is arranged to reduce the space in a beam path between a laser light source and a conversion element.
  • the laser light can be radiated from the laser light source and from the conversion element to the same side, which allows a compact space of the lighting device.
  • Object of the present invention is to provide a lighting device for vehicles containing a laser light source in such a way that the cost of providing a curve and / or headlight range control is reduced, in particular, the construction of space can be reduced.
  • the invention in conjunction with the preamble of patent claim 1, characterized in that between the laser light source and the optical unit, an optical modulator is arranged, by means of which the laser beam in response to a force acting on a material of the optical modulator control The signal is diffracted to adjust the direction and / or intensity of the laser beam.
  • an optical modulator is arranged between a laser light source and an optical unit associated therewith, which is controllable such that the laser light beam passing through the optical modulator can be changed in its direction and / or intensity.
  • the change in direction and / or intensity of the laser light beam passing through the optical modulator takes place as a function of a control unit, by means of which a curve and / or headlight range control is preferably made possible depending on the traffic situation.
  • the light beam emitted by the illumination device thus undergoes pivoting about a horizontal and / or vertical axis, so that the light distribution in the horizontal and / or vertical direction is adjustable or changeable.
  • a horizontal and vertical directional adjustment can be achieved, for example, by connecting two optical modulators in series, which have an orientation of 90 ° to one another. On a mat erial of the optical modulator acts a control signal of the control unit, by means of which the diffraction of the laser light beam can be changed. A mechanical tilting or rotation of the optical modulator is not required.
  • the optical modulator has a stimulable material whose refractive index is variable due to the control signal.
  • the control signal causes an external excitation of the material, which leads to a diffraction of the laser light beam within the material. If no control signal is present, the laser beam passes through the material of the optical modulator unbent.
  • an optical modulator based on birefringence causes an external excitation of the material, which leads to a diffraction of the laser light beam within the material. If no control signal is present, the laser beam passes through the material of the optical modulator unbent.
  • Electrode Electrode, magnetic or pressure induced birefringence
  • the strength of the control signal can be adjusted by the strength of the control signal, the size of the laser beam diffraction.
  • the diffraction angle can be controlled by the frequency of the control signal.
  • the intensity of the diffracted light can be determined by the strength of the control be adjusted. This can be done continuously, so that a dynamic headlight range control and / or cornering light function is guaranteed.
  • control signal can be generated by means of an electromagnetic field or by means of acoustic waves or by means of a mechanical compressive stress.
  • the Laserstrahliquess selectedung can be realized in a space-saving and with little mechanical effort.
  • the optical modulator is designed as an acousto-optic modulator having a crystal material, in which a diffraction grating can be generated by refractive index modulation, which is variable as a function of a frequency and / or an amplitude of an acoustic excitation signal.
  • the frequency and the amplitude of the excitation signal for adjusting the diffraction angle and the intensity of the diffracted laser beam can be used here.
  • the intensity of the refracted laser light beam can be adjusted by a polarization rotator, which is arranged in the emission direction behind the optical modulator.
  • a first lens is arranged in the beam path of the laser beam in the emission direction in front of the optical modulator and a second lens in the emission direction behind the optical modulator.
  • this causes a beam offset of the laser beam, in which laser beams are emitted in parallel offset from each other as a function of the control signal.
  • the modulator downstream optical means such as a radiation deflecting element, z. B. alone due to an extension of the beam path a kind of amplification of the beam deflection can be achieved. Further optical means can then serve to generate the predetermined light distribution.
  • the optical modulator is designed as a birefringence modulator, by means of which a beam offset of the laser beam is effected. Due to the material or due to the excitation of the material of this birefringence modulator, it can be achieved that, starting from the birefringence modulator, a plurality of laser beams propagate offset parallel to one another.
  • the offset of the laser beams can be widened by a further optical means, for example a non-planar mirror, a non-planar reflector and / or a refractive optical component.
  • the laser light source has a resonator with an end mirror and a Auskoppelaptan instructor, between which an active laser medium is arranged.
  • the Auskoppelaptanowski has a plurality of mirrors of different reflectance and / or transmittance, so that light components of different wavelengths can be emitted from the laser light source, which additively yield a white light color.
  • the lighting device can be designed to save space.
  • the optical modulator is arranged between the laser light source emitting a monochromatic primary radiation and a conversion element for converting this primary radiation into a secondary radiation of a white light color.
  • a radiation deflection element located in the beam path between the optical modulator and the conversion element, by means of which the direction of change of the laser beam caused by the optical modulator can be further increased.
  • the laser beams are imaged so that the predetermined light distribution is generated.
  • Show it: 1 is a schematic representation of a lighting device according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of the lighting device of a second
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the lighting device according to a third embodiment
  • Fig. 4 is a schematic representation of the effect of a refractive optical
  • FIG. 5 is a schematic representation of the effect of the refractive optical component for increasing the deflection effect of the optical modulator on beam paths of the laser beam with the same propagation angles.
  • An illumination device according to the invention for vehicles is preferably used in headlamps for generating a predetermined light distribution, for example a dynamic high beam and / or low beam distribution.
  • a laser light source 1 which emits a monochromatic primary beam 2.
  • the primary beam 2 strikes an optical modulator 3, which has a stimulable material 4.
  • the material 4 of the optical modulator 3 is acted upon by a control signal S, wherein a refractive index of the material 4 is variable in dependence on the height of the control signal S.
  • the control signal S can be sent by a control unit, not shown, by means of which the spatial orientation and / or the intensity of the emitted light beam from the illumination device 5 is to be changed.
  • the spatial orientation of the light beam 5 can be For example, be changed in the horizontal direction to generate a cornering light function and / or be changed in the vertical direction to produce a headlight range adjustment or headlight range control.
  • the control signal may be a signal of different frequency and / or different amplitude depending on the type of modulator
  • the primary beam 2 is diffracted differently, so that in the control signal S of a first amount, a diffracted beam 7 with a first diffraction angle ⁇ 1, in the control signal of a second amount, which is greater than the control signal S of First amount, a diffracted beam 8 having a second diffraction angle ⁇ 2, which is greater than the first diffraction angle ⁇ 1, and a control signal S of a third amount, which is greater than the control signal S of the first and second amounts, a diffracted beam 9 with a Diffraction angle ⁇ 3, which is greater than the diffraction angle ⁇ 1 and ⁇ 2, are deflected.
  • a radiation deflection element 10 is provided in the emission direction A behind the optical modulator 3, through which the laser beam 7, 8 and 9, respectively, is deflected in the direction of a conversion element 11.
  • the radiation deflecting element 10 may comprise, for example, a mirror, a reflector and / or a refractive optical system.
  • the radiation deflection element is a mirror, which may be formed, for example, as a convex or concave mirror. This mirror causes a further spreading of the caused by the control signal S different broken laser light beams 7, 8, 9. In the embodiment shown in Fig. 1, this leads z.
  • the conversion element 1 1 is provided in the embodiment shown in Fig. 1 for the generation of white light. Unlike shown in Fig. 1, however, white light can be generated in other ways, for. B. by superposition of laser beams with different wavelengths.
  • the conversion element 1 1 has a phosphor, by means of which the monochromatic laser beam 7, 8, 9 is converted into a broadband white secondary light.
  • the conversion element 1 1 has a phosphor as an optically active component that partially converts the blue light of the laser diode into yellow light, so that white secondary radiation is generated by mixing the yellow and blue radiation.
  • a first secondary light 15 radiated from the first point 12 of the conversion element 11, a second secondary light 16 radiated from the second point 8 of the conversion element 11 and a third secondary light 17 radiated from the third point 9 of the conversion element 11 is formed by a lens designed as a lens
  • Optical unit 18 detects the generation of the light beam 5, wherein the secondary light 15, 16, 17 is rotated by a corresponding angle to the sheet plane of Figure 1 is emitted.
  • a cornering light can be generated dynamically.
  • the respective secondary radiation 15, 16, 17 illustrated by way of example in FIG. 1 represents the emitted light beam 5, whereby it is emitted offset from one another in dependence on the current ascertained traffic situation or on the steering angle in the horizontal direction.
  • a first lens 19 for focusing the primary beam 2 onto the material 4 of the optical modulator 3 and in the emission direction A behind the optical modulator 3 a second lens 20 for collimating the refracted in the optical modulator 3 laser light beams 7, 8, 9 serve.
  • the laser light beams 7, 8, 9, which are shown by way of example, emerge offset parallel to one another as a function of the height of the control signal S.
  • the diffracted light beams 7, 8, 9 at an equal angle to the radiation deflecting element 10, instead - as in the first embodiment of Figure 1 - at a different angle. It is thus through the lenses 19, 20 in combination with the modulator 3, a parallel offset of the laser beams 7, 8, 9 instead, in which the size of the parallel offset - depending on the modulator - on the frequency and / or amplitude of the control signal S.
  • the beams can subsequently be "widened” by the radiation deflecting element 10 in the direction of the conversion element 11.
  • the radiation deflecting element 10 can also be designed such that the beams also after the Deflection with a parallel offset, ie propagate at the same angle in the direction of the conversion element 1 1.
  • the beam offset of diffracted beams 7, 8, 9 can also be effected by a birefringence modulator having an optically anisotropic material for birefringence.
  • the optical birefringence modulator may also include isotropic material which is excited by magnetic and / or electric fields or by compressive stress for birefringence.
  • control signal S can be generated by varying an electromagnetic field or by varying acoustic waves or by mechanical compressive stress.
  • the optical modulator may be formed as an acousto-optical modulator having a crystal material in which a diffraction grating can be generated by refractive index modulation, which differs depending on a frequency and / or an amplitude of an acoustic excitation signal (control signal).
  • the diffraction grating is due to a sinusoidal modulation of the refractive index due to the acoustic wave propagating in the crystal material formed.
  • the following formula applies for the diffraction angle between zeroth and first or higher diffraction order:
  • ⁇ is the optical wavelength
  • V a the speed of sound
  • f a the frequency of the acoustic wave.
  • the crystal material may for example consist of quartz glass.
  • the primary laser beam 2 is partially diffracted by means of the excitation signal, wherein essentially the diffraction orders of the first or the xth order are relevant.
  • the amplitude of the excitation signal can be used to influence the amplitude of the refractive index grating, with which finally the proportion of the diffracted laser light can be taken.
  • the intensity of the diffracted laser light beam can thus be controlled dynamically via the amplitude of the acoustic oscillation of the crystal.
  • Other static parameters that influence the intensity of the diffracted laser beam include the crystal material and the geometry parameters (height, width) of the acousto-optic modulator.
  • a laser light source 21 which has a resonator with an end mirror 22, an active laser medium 23 and an output mirror arrangement 24.
  • the Auskoppelaptan extract 24 is disposed on a side opposite to the end mirror 22 side of the laser medium 23 and has a plurality of mirrors 25, 26, 27.
  • the mirrors 25, 26, 27 differ in their degrees of reflection and / or transmission, so that by overlaying the light portions 25 ', 26', 27 'coupled out by the mirrors 25, 26, 27 by superposition thereof, a laser light beam 28 of white light color is radiant.
  • This white laser light beam 28 strikes the optical modulator 3, by means of which a diffraction thereof takes place, as already described above.
  • the optical modulator 3 is followed by a Optics unit 18, by means of which the predetermined light distribution is generated. If necessary, this can also include means with which different diffraction angles of the laser beams with different wavelengths can be compensated so as to achieve an identical superposition of the laser beams with the different wavelengths.
  • the radiation deflection element 10 can be designed as a refractive optical component 10 'in order to amplify the laser beam deflection, as can be seen from FIGS. 4 and 5.
  • the laser beams 7, 8, 9 shown in FIG. 1 run at different propagation angles to the optical axis, they are broken away from the optical axis, which coincides with the laser beam 8.
  • the laser beams 7, 9 thus strike the conversion element 11 at an enlarged angle compared to the case in which the refractory component 10 'is absent.
  • FIG refractive component 10 ' which is boomerang-shaped in cross-section with a concave entrance surface 31 and a convex exit surface 32, thus leads to an increase in the propagation angle of the laser beams 7, 8, 9th

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle (1) zur Abstrahlung von Laserlicht (2) und mit einer derselben zugeordneten Optikeinheit (18) zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei zwischen der Laserlichtquelle (1) und der Optikeinheit (18) ein optischer Modulator (3) angeordnet ist, mittels dessen der Laserstrahl (2) in Abhängigkeit von einem auf ein Material (4) des optischen Modulators (3) wirkenden Steuersignals (S) gebeugt wird zur Einstellung einer Richtung und/oder Intensität des Laserstrahls (2).

Description

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle zur Abstrahlung von Laserlicht und mit einer derselben zugeordneten Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung.
Es ist aus der DE 10 2005 031 809 A1 bekannt, für Kurven- und Leuchtweitenregelungen von Scheinwerfern ein eine Lichtquelle und eine Optikeinheit aufweisendes verschwenkbares Lichtmodul vorzusehen. Hierfür ist dem Lichtmodul eine Ver- schwenkeinheit mit einem Aktor zugeordnet, so dass das Lichtmodul um ein horizontale und/oder vertikale Achse in Abhängigkeit von der aktuellen Verkehrssituation des Fahrzeugs verschwenkt werden kann. Es ist daher ein mechanisches Verkippen oder Verdrehen des Lichtmoduls erforderlich.
Aus der DE 10 2012 100 141 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle und einer Optikeinheit bekannt, bei der zur Bauraumreduzierung in einem Strahlengang zwischen einer Laserlichtquelle und einem Konversionselement ein Strahlungsumlenkungselement angeordnet ist. Hierdurch kann das Laserlicht von der Laserlichtquelle und von dem Konversionselement zur gleichen Seite hin abgestrahlt werden, was einen kompakten Bauraum der Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge enthaltend eine Laserlichtquelle derart weiterzubilden, dass der Aufwand für das Bereitstellen einer Kurven- und/oder Leuchtweitenregelung verringert wird, wobei insbesondere der Bau raumaufwand reduziert werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserlichtquelle und der Optikeinheit ein optischer Modulator angeordnet ist, mittels dessen der Laserstrahl in Abhängigkeit von einem auf ein Material des optischen Modulators wirkenden Steu- ersignals gebeugt wird zur Einstellung der Richtung und/oder Intensität des Laserstrahls.
Nach der Erfindung ist zwischen einer Laserlichtquelle und einer derselben zugeordneten Optikeinheit ein optischer Modulator angeordnet, der derart ansteuerbar ist, dass der durch den optischen Modulator hindurchtretende Laserlichtstrahl in seiner Richtung und/oder Intensität verändert werden kann. Die Richtungs- und/oder Intensitätsänderung des durch den optischen Modulator hindurchtretenden Laserlichtstrahls erfolgt in Abhängigkeit von einer Steuereinheit, mittels derer vorzugsweise verkehrssi- tuationsabhängig eine Kurven- und/oder Leuchtweitenregelung ermöglicht wird. Das von der Beleuchtungsvorrichtung abgestrahlte Lichtbündel erfährt somit ein Verschwenken um eine horizontale und/oder vertikale Achse, so dass die Lichtverteilung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verstellbar bzw. veränderbar ist. Eine horizontale und vertikale Richtungsverstellung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwei optische Modulatoren hintereinander geschaltet werden, die eine Orientierung von 90°zueinander aufweisen. Auf ein Mat erial des optischen Modulators wirkt ein Steuersignal der Steuereinheit, mittels dessen die Beugung des Laserlichtstrahls verändert werden kann. Eine mechanische Verkippung bzw. Verdrehung des optischen Modulators ist nicht erforderlich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der optische Modulator ein anregbares Material auf, dessen Brechungsindex aufgrund des Steuersignals veränderbar ist. Das Steuersignal bewirkt eine externe Anregung des Materials, das zu einer Beugung des Laserlichtstrahls innerhalb des Materials führt. Liegt kein Steuersignal an, tritt der Laserstrahl ungebeugt durch das Material des optischen Modulators hindurch. Im Falle eines optischen Modulators auf Basis von Doppelbrechung
(elektrisch-, magnetisch- oder druckinduzierte Doppelbrechung) kann durch die Stärke des Steuersignals die Größe der Laserlichtstrahlbeugung eingestellt werden. Im Falle eines Modulators auf Basis eines optischen Gitters, wie z. B. bei einem akusto- optischen Modulator, kann der Beugungswinkel über die Frequenz des Steuersignals geregelt werden. Die Intensität des gebeugten Lichtes kann über die Stärke des Steu- ersignals eingestellt werden. Dies kann kontinuierlich erfolgen, so dass eine dynamische Leuchtweitenregelung und/oder Kurvenlichtfunktion gewährleistet ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Steuersignal mittels eines elektromagnetischen Feldes oder mittels akustischer Wellen oder mittels einer mechanischen Druckbeanspruchung erzeugbar. Vorteilhaft kann die Laserstrahlrichtungsänderung platzsparend und mit geringem mechanischem Aufwand realisiert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der optische Modulator als ein akustoopti- scher Modulator ausgebildet, der ein Kristallmaterial aufweist, in welchem durch Brechungsindexmodulation ein Beugungsgitter erzeugt werden kann, das in Abhängigkeit von einer Frequenz und/oder einer Amplitude eines akustischen Anregungssignals veränderbar ist. Vorteilhaft können hier die Frequenz und die Amplitude des Anregungssignals zur Einstellung des Beugungswinkels und der Intensität des gebeugten Laserstrahls genutzt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung, bei der der optische Modulator als doppelbrechendes Medium ausgelegt ist, kann die Intensität des gebrochenen Laserlichtstrahls durch einen Polarisationsdreher eingestellt werden, welcher in Abstrahlrichtung hinter dem optischen Modulator angeordnet ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind im Strahlengang des Laserstrahls in Abstrahlrichtung vor dem optischen Modulator eine erste Linse und in Abstrahlrichtung hinter dem optischen Modulator eine zweite Linse angeordnet. Vorteilhaft wird hierdurch ein Strahlversatz des Laserstrahls bewirkt, bei dem Laserstrahlen in Abhängigkeit von dem Steuersignal parallel versetzt zueinander abgestrahlt werden.
Durch ein im Strahlengang angeordnetes, dem Modulator nachgelagertes optisches Mittel, beispielsweise ein Strahlungsumlenkungselement, kann z. B. allein aufgrund einer Verlängerung des Strahlengangs eine Art Verstärkung der Strahlablenkung erreicht werden. Weitere optische Mittel können dann zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung dienen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der optische Modulator als ein Doppelbrechungs-Modulator ausgebildet, mittels dessen ein Strahlversatz des Laserstrahls bewirkt wird. Aufgrund des Materials oder aufgrund der Anregung des Materials dieses Doppelbrechungs-Modulators kann erreicht werden, dass ausgehend vom dem Doppelbrechungs-Modulator mehrere Laserstrahlen parallel versetzt zueinander propagieren. Der Versatz der Laserstrahlen kann durch ein weiteres optisches Mittel, beispielsweise einen nicht-planen Spiegel, einen nicht-planen Reflektor und/oder ein re- fraktives optisches Bauteil aufgeweitet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Laserlichtquelle einen Resonator mit einem Endspiegel und einer Auskoppelspiegelanordnung auf, zwischen denen ein aktives Lasermedium angeordnet ist. Die Auskoppelspiegelanordnung weist mehrere Spiegel unterschiedlicher Reflexions- und/oder Transmissionsgrade auf, so dass Lichtanteile unterschiedlicher Wellenlängen von der Laserlichtquelle abgestrahlt werden können, die additiv eine weiße Lichtfarbe ergeben. Vorteilhaft kann hierdurch die Beleuchtungsvorrichtung besonders platzsparend ausgebildet sein.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der optische Modulator zwischen der Laserlichtquelle, die eine monochromatische Primärstrahlung abstrahlt, und einem Konversionselement zur Konvertierung dieser Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung einer weißen Lichtfarbe angeordnet. Zusätzlich befindet sich im Strahlengang zwischen dem optischen Modulator und dem Konversionselement ein Strahlungsumlenkungselement, mittels dessen die durch den optischen Modulator bewirkte Richtungsänderung des Laserstrahls weiter erhöht werden kann. In der zum Konversionselement vorgelagerten Optikeinheit werden die Laserstrahlen so abgebildet, dass die vorgegebene Lichtverteilung erzeugt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Wirkung eines refraktiven optischen
Bauteils zur Vergrößerung der Ablenkwirkung des optischen Modulators auf Strahlengänge des Laserstrahls mit unterschiedlichen Ausbreitungswinkeln und
Fig.5 eine schematische Darstellung der Wirkung des refraktiven optischen Bauteils zur Vergrößerung der Ablenkwirkung des optischen Modulators auf Strahlengänge des Laserstrahls mit gleichen Ausbreitungswinkeln.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge wird vorzugsweise in Scheinwerfern zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, beispielsweise einer dynamischen Fernlicht- und/oder Abblendlichtverteilung, eingesetzt.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1 ist eine Laserlichtquelle 1 vorgesehen, die einen monochromatischen Primärstrahl 2 abstrahlt. Der Primärstrahl 2 trifft auf einen optischen Modulator 3, der ein anregbares Material 4 aufweist. Das Material 4 des optischen Modulators 3 ist von einem Steuersignal S beaufschlagbar, wobei in Abhängigkeit von der Höhe des Steuersignals S ein Brechungsindex des Materials 4 veränderbar ist. Das Steuersignal S kann von einer nicht dargestellten Steuereinheit abgesendet werden, mittels dessen die räumliche Ausrichtung und/oder die Intensität des von der Beleuchtungsvorrichtung abgestrahlten Lichtbündels 5 verändert werden soll. Die räumliche Ausrichtung des Lichtbündels 5 kann bei- spielsweise in horizontaler Richtung verändert werden zur Erzeugung einer Kurvenlichtfunktion und/oder in vertikaler Richtung verändert werden zur Erzeugung einer Leuchtweiteneinstellung bzw. Leuchtweitenregelung.
Erfolgt keine Beeinflussung des Materials 4 durch das Steuersignal S (Steuersignal S = 0) (bei dem Steuersignal kann es sich je nach Modulatortyp um ein Signal unterschiedlicher Frequenz und/oder unterschiedlicher Amplitude handeln), tritt der Primärstrahl 2 ungebeugt durch das Material 4 als Strahl 6 hindurch. In Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals S wird der Primärstrahl 2 unterschiedlich stark gebeugt, so dass bei dem Steuersignal S eines ersten Betrages ein gebeugter Strahl 7 mit einem ersten Beugungswinkel φ1 , bei dem Steuersignal eines zweiten Betrages, der größer ist als das Steuersignal S des ersten Betrages, ein gebeugter Strahl 8 mit einem zweiten Beugungswinkel φ2, der größer ist als der erste Beugungswinkel φ1 , und bei einem Steuersignal S eines dritten Betrages, der größer ist als das Steuersignal S des ersten und zweiten Betrages, ein gebeugter Strahl 9 mit einem Beugungswinkel φ3, der größer ist als die Beugungswinkel φ1 und φ2, umgelenkt werden.
Zur Erhöhung der Richtungsänderung bzw. Beugung des Primärstrahls 2 ist in Abstrahlrichtung A hinter dem optischen Modulator 3 ein Strahlungsumlenkungselement 10 vorgesehen, durch das der Laserstrahl 7, 8 bzw. 9 in Richtung eines Konversionselementes 1 1 umgelenkt wird. Das Strahlungsumlenkungselement 10 kann beispielsweise ein Spiegel, ein Reflektor und/oder eine refraktive Optik umfassen. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Strahlungsumlenkungselement ein Spiegel, der beispielsweise als konvexer oder konkaver Spiegel ausgebildet sein kann. Dieser Spiegel bewirkt eine weitere Aufspreizung der durch das Steuersignal S bewirkten unterschiedlichen gebrochenen Laserlichtstrahlen 7, 8, 9. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel führt dies z. B. dazu, dass der erste Strahl 7 auf den Punkt 12 an einem ersten Ende eines nachgeordneten Konversionselementes 1 1 auftrifft, während der zweite Strahl 8 auf einen Punkt 13 in der Mitte des Konversionselementes 1 1 auftrifft und der Strahl 9 auf einen Punkt 14 auf einer zum Punkt 12 gegenüberliegenden Seite des Konversionselementes 1 1 auftrifft. Das Konversionselement 1 1 ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel für die Erzeugung von weißem Licht vorgesehen. Anders als in Fig. 1 dargestellt, kann jedoch auch auf andere Weise weißes Licht erzeugt werden, z. B. durch Überlagerung von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Für die Weißlichterzeugung weist das Konversionselement 1 1 einen Leuchtstoff auf, mittels dessen der monochromatische Laserstrahl 7, 8, 9 in ein breitbandiges weißes Sekundärlicht umgewandelt wird. Hierzu weist das Konversionselement 1 1 einen Leuchtstoff als optisch aktives Bauteil auf, dass das blaue Licht der Laserdiode teilweise in gelbes Licht umwandelt, so dass durch Mischung der gelben und blauen Strahlung weiße Sekundärstrahlung erzeugt wird.
Ein von dem ersten Punkt 12 des Konversionselementes 1 1 abgestrahltes erste Sekundärlicht 15, ein von dem zweiten Punkt 8 des Konversionselementes 1 1 abgestrahltes zweite Sekundärlicht 16 und ein von dem dritten Punkt 9 des Konversionselementes 1 1 abgestrahltes drittes Sekundärlicht 17 wird von einer als Linse ausgebildeten Optikeinheit 18 erfasst zur Erzeugung des Lichtbündels 5, wobei das Sekundärlicht 15, 16, 17 um einen entsprechenden Winkel verschwenkt zu der Blattebene der Figur 1 abgestrahlt wird. Hierdurch kann beispielsweise dynamisch ein Kurvenlicht erzeugt werden. Die jeweilige in Figur 1 exemplarisch dargestellte Sekundärstrahlung 15, 1 6, 17 repräsentiert das abgestrahlte Lichtbündel 5, wobei es in Abhängigkeit von der aktuellen ermittelten Verkehrssituation bzw. vom Lenkeinschlag in horizontaler Richtung versetzt zueinander abgegeben wird.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung gemäß Figur 2 kann im Unterschied zu der ersten Ausführungsform in Abstrahlrichtung A vor dem optischen Modulator 3 eine erste Linse 19 zur Fokussierung des Primärstrahls 2 auf das Material 4 des optischen Modulators 3 und in Abstrahlrichtung A hinter dem optischen Modulator 3 eine zweite Linse 20 zur Kollimation der im optischen Modulator 3 gebrochenen Laserlichtstrahlen 7, 8, 9 dienen. In Abstrahlrichtung A hinter der zweiten Linse 20 treten die exemplarisch dargestellten Laserlichtstrahlen 7, 8, 9 in Abhängigkeit von der Höhe des Steuersignals S parallel versetzt zueinander aus. Auf diese Weise treffen die gebeugten Lichtstrahlen 7, 8, 9 in einem gleichen Winkel auf das Strahlungsumlenkungselement 10, statt - wie im ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 - in einem unterschiedlichen Winkel. Es findet somit durch die Linsen 19, 20 in Kombination mit dem Modulator 3 ein Parallelversatz der Laserstrahlen 7, 8, 9 statt, bei dem die Größe des Parallelversatzes - je nach Modulator - von der Frequenz und/oder Amplitude des Steuersignals S abhängt.
Wie in Fig. 1 dargestellt, können die Strahlen nachfolgend durch das Strahlungsumlenkungselement 10 in Richtung des Konversionselementes 1 1„aufgeweitet" werden. Anders als in Fig. 1 dargestellt, kann das Strahlungsumlenkungselement 10 jedoch auch so ausgestaltet sein, dass die Strahlen auch nach der Umlenkung mit einem Parallelversatz, d. h. unter dem gleichen Winkel in Richtung des Konversionselements 1 1 propagieren.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Strahlversatz gebeugter Strahlen 7, 8, 9 auch durch einen Doppelbrechungs- Modulator erfolgen, der zur Doppelbrechung ein optisch anisotropes Material aufweist. Alternativ kann der optische Doppelbrechungs-Modulator auch isotropes Material aufweisen, welches durch magnetische und/oder elektrische Felder oder durch Druckbeanspruchung zur Doppelbrechung angeregt wird.
Nach der Erfindung kann das Steuersignal S durch Variierung eines elektromagnetischen Feldes oder durch Variierung von akustischen Wellen oder durch mechanische Druckbeanspruchung erzeugt werden.
Beispielweise kann der optische Modulator als ein akustooptischer Modulator ausgebildet sein, der ein Kristallmaterial aufweist, in dem durch Brechungsindexmodulation ein Beugungsgitter erzeugt werden kann, welches in Abhängigkeit von einer Frequenz und/oder einer Amplitude eines akustischen Anregungssignals (Steuersignal) veränderbar ist. Das Brechungsgitter ist auf eine sinusförmige Modulation des Brechungsindexes infolge der akustischen Welle zurückzuführen, die sich im Kristallmaterial ausbildet. Für den Beugungswinkel zwischen nullter und erster bzw. höherer Beugungsordnung gilt folgende Formel:
Figure imgf000011_0001
wobei λ die optische Wellenlänge, Va die Schallgeschwindigkeit, fa die Frequenz der akustischen Welle ist. Je höher die Anregungsfrequenz ist, desto höher ist der Beugungswinkel. Das Kristallmaterial kann beispielsweise aus Quarzglas bestehen. Der Primärlaserstrahl 2 wird mittels des Anregungssignals teilweise gebeugt, wobei im Wesentlichen die Beugungsordnungen erster oder x-ter Ordnung relevant sind.
Durch die Amplitude des Anregungssignals kann Einfluss auf die Amplitude des Brechungsindexgitters genommen werden, womit schließlich auf den Anteil des gebeugten Laserlichts genommen werden kann. Die Intensität des gebeugten Laserlichtstrahls lässt sich somit dynamisch über die Amplitude der akustischen Schwingung des Kristalls regeln. Weitere statische Parameter, die Einfluss auf die Intensität des gebeugten Laserstrahls haben, sind unter anderem das Kristallmaterial und Geometrieparameter (Höhe, Breite) des akustooptischen Modulators.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 3 ist eine Laserlichtquelle 21 vorgesehen, die einen Resonator mit einem Endspiegel 22, einem aktiven Lasermedium 23 und einer Auskoppelspiegelanordnung 24 aufweist. Die Auskoppelspiegelanordnung 24 ist auf einer zum Endspiegel 22 gegenüberliegenden Seite des Lasermediums 23 angeordnet und weist mehrere Spiegel 25, 26, 27 auf. Die Spiegel 25, 26, 27 unterscheiden sich in ihren Reflexions- und/oder Transmissionsgraden, so dass durch Überlagerung der jeweils durch die Spiegel 25, 26, 27 ausgekoppelten Lichtanteilen 25', 26', 27' durch Überlagerung derselben ein Laserlichtstrahl 28 weißer Lichtfarbe abstrahlbar ist. Dieser weiße Laserlichtstrahl 28 trifft auf den optischen Modulator 3, mittels dessen eine Beugung desselben erfolgt, wie bereits oben beschrieben. In Abstrahlrichtung A schließt sich an den optischen Modulator 3 eine Optikeinheit 18 an, mittels derer die vorgegebene Lichtverteilung erzeugt wird. Diese kann hierbei ggf. auch Mittel umfassen, mit denen sich unterschiedliche Beugungswinkel der Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgleichen lassen, um so eine identische Überlagerung der Laserstrahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen zu erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Strahlungsumlenkungs- element 10 als refraktives optisches Bauteil 10' ausgebildet sein, um die Laserstrahlablenkung zu verstärken, wie es aus den Figuren 4 und 5 erkennbar ist. Nach einer ersten Variante der Erfindung gemäß Figur 4, bei dem die in Figur 1 dargestellten Laserstrahlen 7, 8, 9 mit unterschiedlichen Ausbreitungswinkeln zur optischen Achse verlaufen, werden diese von der optischen Achse, die mit dem Laserstrahl 8 zusammenfällt, weggebrochen. Die Laserstrahlen 7, 9 treffen somit unter einem vergrößerten Winkel auf das Konversionselement 1 1 verglichen mit dem Fall, in dem das refrak- tive Bauteil 10' nicht vorhanden ist. In gleicher Weise werden die parallel versetzt zueinander verlaufenden Laserstrahlen 7, 8, 9, wie sie auch in Figur 2 dargestellt sind, mittels des refraktiven Bauteils 10' von der optischen Achse, die mit dem Laserstrahl 8 zusammenfällt, weggebrochen, siehe Figur 5. Das refraktive Bauteil 10', das im Querschnitt bumerangförmig ausgebildet ist mit einer konkavförmigen Eintrittsfläche 31 und einer konvexförmigen Austrittsfläche 32, führt somit zu einer Vergrößerung der Ausbreitungswinkel der Laserstrahlen 7, 8, 9.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Bezugszeichenliste
1 Laserlichtquelle
Primärlaserstrahl
3 optischer Modulator
anregbares Material
5 Lichtbündel
6 Strahl
7 1 . Strahl
8 2. Strahl
9 3. Strahl
10 Strahlungsumlenkungselement
1 1 Konversionselement
12 1 . Punkt
13 2. Punkt
14 3. Punkt
15 1 . Sekundärlicht
1 6 2. Sekundärlicht
17 3. Sekundärlicht
18 Optikeinheit
19 1 . Linse
20 2. Linse
21 Laserlichtquelle
22 Endspiegel
23 aktives Lasermedium
24 Auskoppelspiegelanordnung
25,25' Spiegel/Lichtanteile
26,26' Spiegel/Lichtanteile
27,27' Spiegel/Lichtanteile
28 Laserlichtstrahl
S Steuersignal
A Abstrahlrichtung

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge Patentansprüche
1 . Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Laserlichtquelle (1 ) zur Ab- strahlung von Laserlicht (2) und mit einer derselben zugeordneten Optikeinheit (18) zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserlichtquelle (1 ) und der Optikeinheit (18) ein optischer Modulator (3) angeordnet ist, der den Laserstrahl (2) in Abhängigkeit von einem auf ein Material (4) des optischen Modulators (3) wirkenden Steuersignals (S) beugt zur Einstellung einer Richtung und/oder Intensität des Laserstrahls (2).
2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material (4) des optischen Modulators (3) anregbar ausgebildet ist, so dass dessen Beugungsverhalten aufgrund der Frequenz und/oder der Amplitude des Steuersignals (S) veränderbar ist.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (S) erzeugbar ist mittels
eines elektromagnetischen Feldes,
einer akustischen Welle oder
einer mechanischen Druckbeanspruchung.
4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des Laserstrahls (2) mittels eines in Abstrahlrichtung A hinter dem optischen Modulator (3) platzierten Polarisationsdrehers zur Amplitudenmodulation des Laserstrahls (2) gedreht wird.
5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- - 2 -
kennzeichnet, dass der optische Modulator (3) als ein akustooptischer Modulator ausgebildet ist, der ein Kristallmaterial mit einem darin erzeugbaren Beugungsgitter aufweist, welches in Abhängigkeit von einer Frequenz und/oder einer Amplitude eines akustischen Steuersignals (S) veränderbar ist.
6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (2) mittels des Steuersignals (S) amplitudenmoduliert ist.
7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
in Abstrahlrichtung (A) vor dem optischen Modulator (3) eine erste Linse (19) zur Reduktion eines Strahlquerschnitts des Laserstrahls (2) vorgesehen ist,
in Abstrahlrichtung (A) hinter dem optischen Modulator (3) eine zweite Linse (20) zur Kollimation des durch den optischen Modulator (3) gebeugten Laserlichtstrahls (7, 8, 9) andererseits vorgesehen ist und die erste Linse (19) und die zweite Linse (20) derart eingerichtet und/oder angeordnet sind, dass die in dem optischen Modulator (3) unterschiedlich gebeugten Laserlichtstrahlen (7, 8, 9) parallel versetzt zueinander verlaufen.
8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Modulator (3) als ein Doppelbrechungs- Modulator ausgebildet ist, der
ein optisch anisotropes Material zur Doppelbrechung aufweist oder ein isotropes Material aufweist, welches durch magnetische und/oder elektrische Felder oder durch Druckbeanspruchung zur Doppelbrechung angeregt wird.
9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit (18) als eine Linse ausgebildet ist. - 3 -
10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Laserlichtquelle (1 ) zur Abstrahlung eines monochromatischen Primärstrahls (2) vorgesehen ist,
der Laserlichtquelle (1 ) ein Konversionselement (1 1 ) zur Konvertierung des Primärstrahls (2) in einen Sekundärstrahl (7, 8, 9) weißer Lichtfarbe zugeordnet ist und
ein Strahlungsumlenkungselement (10) im Strahlengang des Primärstrahls (2) zwischen der Laserlichtquelle (1 ) und dem Konversionselement (1 1 ) angeordnet ist, so dass der Primärstrahl (2) auf das Konversionselement (1 1 ) umgelenkt wird.
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