(19)
(11)EP 2 771 611 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
23.12.2020  Patentblatt  2020/52

(21)Anmeldenummer: 12775663.3

(22)Anmeldetag:  17.10.2012
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F21S 41/14(2018.01)
F21S 43/14(2018.01)
H01S 5/00(2006.01)
F21S 41/16(2018.01)
F21S 43/16(2018.01)
(86)Internationale Anmeldenummer:
PCT/EP2012/070559
(87)Internationale Veröffentlichungsnummer:
WO 2013/060609 (02.05.2013 Gazette  2013/18)

(54)

BELEUCHTUNGSEINRICHTUNG FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG

LIGHTING DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE

DISPOSITIF D'ÉCLAIRAGE DESTINÉ À UN VÉHICULE AUTOMOBILE


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 28.10.2011 DE 102011085378

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
03.09.2014  Patentblatt  2014/36

(73)Patentinhaber: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
80809 München (DE)

(72)Erfinder:
  • ERDL, Helmut
    83126 Flintsbach (DE)
  • HANAFI, Abdelmalek
    80686 München (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
WO-A1-2010/075629
US-A1- 2011 148 280
US-A1- 2005 105 301
US-A1- 2011 249 460
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.

    [0002] Heutzutage kommen in Kraftfahrzeugen vermehrt LED-Beleuchtungseinrichtungen zum Einsatz, mit denen geeignete Lichtverteilungen für Signalleuchten bzw. Scheinwerfer des Fahrzeugs generiert werden. Da die Leuchtdichte für LEDs relativ gering ist, sind insbesondere zur Erzeugung von Licht mit hoher Reichweite große Bauräume für die Beleuchtungseinrichtung erforderlich. Bei kleineren Bauräumen sind Beleuchtungseinrichtungen basierend auf LEDs nicht effizient. Ferner ist es schwierig, mit LEDs hochgenau beliebig geformte Lichtverteilung zu generieren.

    [0003] Eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z.B. aus US 2011/249460 A1 bekannt.

    [0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit der auf kleinen Bauräumen hochpräzise bzw. effizient Lichtverteilungen generiert werden können.

    [0005] Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

    [0006] Die erfindungsgemäße Befeuchtungseinrichtung ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen PKW und ggf. auch für einen LKW, vorgesehen. Die Einrichtung umfasst eine oder mehrere Beleuchtungseinheiten, wobei eine jeweilige Beleuchtungseinheit derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb mittels Laserlicht eine punktförmige Lichtquelle erzeugt. Unter punktförmiger Lichtquelle ist dabei eine Lichtquelle mit einer kleinen lichtemittierenden Fläche und großem Lichtstrom, d.h. hoher Leuchtdichte, zu verstehen, welche in Bezug auf die Abmessungen der Beleuchtungseinrichtung in sehr guter Näherung als punktförmig dergestalt angenommen werden kann, dass alle Strahlen der Lichtquelle von einem einzelnen Punkt ausgehen.

    [0007] Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung umfasst ferner eine optische Einrichtung, welche derart ausgestaltet und in Bezug auf die Beleuchtungseinheit bzw. die Beleuchtungseinheiten angeordnet ist, dass eine vorbestimmte Lichtverteilung aus dem Licht der punktförmigen Lichtquelle nach Passieren der optischen Einrichtung generiert wird. Die optische Einrichtung kann dabei ggf. aus mehreren Teileinheiten aufgebaut sein, welche jeweils separat einer Beleuchtungseinheit zugeordnet sind. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die optische Einrichtung eine durchgehende Einheit darstellt, auf welche das Licht aller Beleuchtungseinheiten fällt.

    [0008] Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist den Vorteil auf, dass über Laserlicht auf einfache Weise eine punktförmige Lichtquelle mit sehr hoher Leuchtdichte generiert werden kann, so dass die entsprechenden Abmessungen der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere der optischen Einrichtung zur Generierung der vorbestimmten Lichtverteilung, kompakt gewählt werden können. Die maximale Ausdehnung der punktförmigen Lichtquelle in Draufsicht, d.h. gesehen in Hauptstrahlrichtung mit größter Intensität der Lichtquelle, beträgt gemäß der Erfindung 500 µm oder weniger, vorzugsweise 100 µm oder weniger und besonders bevorzugt 20 µm oder weniger. Ferner weist die punktförmige Lichtquelle in Draufsicht vorzugsweise eine emittierende Fläche von 0,5 mm2 oder weniger auf, insbesondere von 0,01 mm2 oder weniger und besonders bevorzugt von 0,0002 mm2 oder weniger. Die punktförmige Lichtquelle umfasst insbesondere eine emittierende eckige Fläche, deren Kanten eine Länge von 500 µm oder weniger und vorzugsweise von 20 µm oder weniger aufweisen. Die punktförmige Lichtquelle mit den soeben beschriebenen Ausdehnungen ist gemäß der Erfindung derart ausgestaltet, dass sie eine Leuchtdichte von 10^'9 Cd/m2 oder mehr aufweist. Bevorzugt generiert sie einen Lichtstrom von 100 Lm oder mehr und insbesondere von 200 Lm oder mehr und/oder weist sie eine Strahlleistung von 1 Watt auf. Solche punktförmigen Lichtquellen können nur mit Laserlicht, z.B. unter Verwendung von Laserdioden, erreicht werden.

    [0009] Aufgrund der Verwendung einer punktförmigen Lichtquelle können problemlos durch die nachgeschaltete optische Einrichtung frei geformte Lichtverteilungen je nach Verwendungszweck der Beleuchtungseinrichtung generiert werden. Insbesondere kann dabei algorithmisch besonders einfach die Form der optischen Einrichtung zur Generierung einer bestimmten Lichtverteilung ermittelt werden, denn es kann bei den entsprechenden Berechnungen von einer idealen punktförmigen Lichtquelle ausgegangen werden. Zur Berechnung der Form der optischen Einrichtung kann insbesondere der sog. ITWM-Algorithmus verwendet werden, welcher vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik entwickelt wurde.

    [0010] In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung erzeugt zumindest eine Beleuchtungseinheit im Betrieb eine punktförmige Weißlichtquelle. Diese Variante kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Beleuchtungseinrichtung die Funktion eines Frontscheinwerfers übernehmen soll.

    [0011] In einer weiteren, besonders bevorzugten Variante der Erfindung umfasst zumindest eine Beleuchtungseinheit eine oder mehrere Laserdioden, insbesondere eine oder mehrere monochromatische Laserdioden. Solche Laserdioden weisen heutzutage Strahldichten auf, so dass punktförmige Lichtquellen mit hoher Leuchtdichte generiert werden können. Dabei ist die direkte Strahldichte von Laserdioden wesentlich höher als von herkömmlichen LEDs. Die Strahldichte einer blauen Laserdiode beträgt derzeit ca. 7×105 Watt/cm2, während die Strahldichte einer LED lediglich bei 20 Watt/cm2 liegt. Vorzugsweise werden in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung dabei Laserdioden mit einer Lichtleistung von mindestens 1 Watt und insbesondere zwischen 1,5 und 3,0 Watt oder zwischen 1,5 und 5 Watt verwendet.

    [0012] In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform umfasst zumindest eine Beleuchtungseinheit einen Wandler, welcher aus dem monochromatischem Licht der Laserdiode oder Laserdioden Weißlicht generiert. Der Wandler kann dabei eine Phosphorkonvertierungsschicht umfassen, auf welche die Laserstrahlung der Laserdiode oder der Laserdioden mittels einer Optik (z.B. einer Linse) fokussiert wird, wodurch auf der Phosphorkonvertierungsschicht die punktförmige Weißlichtquelle generiert wird. Phosphorkonvertierungsschichten zur Wandlung von monochromatischem Licht sind an sich bekannt. Beispielsweise kann bei einer blauen Laserdiode mit einer Emissionswellenlänge von 450 nm eine Phosphorkonvertierungsschicht aus Ce:YAG-Phosphor zur Generierung von Weißlicht verwendet werden. Für violettes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 405 nm kommt insbesondere eine Phosphorkonvertierungsschicht aus Cerium-dotiertem Nitrid-Phosphor oder Cerium-dotiertem Oxinitrid-Phosphor zum Einsatz.

    [0013] Zur Wandlung von monochromatischem Laserlicht in Weißlicht kann ggf. auch ein Lichtleiter verwendet werden, in dem die monochromatische Laserstrahlung von mehreren monochromatischen Laserdioden zur Generierung von Weißlicht geeignet kombiniert wird. Die punktförmige Weißlichtquelle kann dabei an der Austrittsfläche des Lichtleiters gebildet sein. Ebenso kann auch eine Optik vorgesehen sein, welche das aus dem Lichtleiter austretende Weißlicht zur Bildung einer punktförmigen Lichtquelle geeignet fokussiert.

    [0014] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst zumindest eine Beleuchtungseinheit eine einzelne monochromatische Laserdiode, welche eine punktförmige Lichtquelle darstellt. Diese Variante kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn mit der Beleuchtungseinrichtung ein Licht mit einer bestimmten Farbe generiert werden soll.

    [0015] Je nach Anwendungsfall kann die Anzahl der in der Beleuchtungseinrichtung verbauten Beleuchtungseinheiten variieren, in einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinrichtung 10 Beleuchtungseinheiten oder weniger, insbesondere 3 bis 6 Beleuchtungseinheiten.

    [0016] Je nach Anwendungsfall kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung verschiedene Funktionalitäten übernehmen. In einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinrichtung einen Fahrzeugscheinwerfer. Ein Fahrzeugscheinwerfer zeichnet sich dadurch aus, dass er aktiv die Umgebung des Fahrzeugs ausleuchtet. Ggf. kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung auch eine Fahrzeugsignalleuchte umfassen, welche sich dadurch auszeichnet, dass sie lediglich zur Signalgebung für andere Verkehrsteilnehmer dient. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung derart ausgestaltet, dass sie im Betrieb als vorbestimmte Lichtverteilung eine Abblendlichtcharakteristik generieren kann. Die Charakteristik von Abblendlicht Ist an sich bekannt und auch in gesetzlichen Normen bzw. Standards (z.B. SAE-Standards) festgelegt. Ein Abblendlicht zeichnet sich dadurch aus, dass die Winkelverteilung im abgestrahlten Licht eine horizontale Hell/Dunkel-Grenze besitzt, um die entgegenkommenden Verkehrsteilnehmer nicht zu blenden. In der Regel ist dabei die Winkelverteilung zur Beleuchtung des Fahrbahnrands breiter ausgelegt. Ferner besitzt ein Abblendlicht eine endliche Reichweite, welche vorzugsweise bei in etwa 65 m liegt. Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist es dabei möglich, für ein Abblendlicht eine Hell/Dunkel-Grenze mit hohem Kontrast zu generieren.

    [0017] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Beleuchtungseinrichtung derart ausgestaltet, dass sie im Betrieb als vorbestimmte Lichtverteilung eine Femlichtcharakteristik generieren kann. Die Lichtverteilung von Fernlicht ist an sich bekannt und zeichnet sich dadurch aus, dass das Licht eine höhere Reichweite als Abblendlicht aufweist und somit in einem kleineren Winkelbereich um die Fahrzeugachse konzentriert ist. Insbesondere ist für Fernlicht keine Reichweitenbegrenzung festgelegt. Eine Reduzierung der Lichtaustrittsfläche führt bei gleichbleibenden Lichtwerten im Allgemeinen zu einer Erhöhung von Blendwerten, der ein entgegenkommendes Fahrzeug ausgesetzt wäre. Im Falle der Fernlichtfunktion ist eine Reduzierung der Baugröße und damit eine Erhöhung der Blendwerte unproblematisch, denn der Betrieb von Fernlicht ist in der Regel nur dann vorgesehen, wenn kein Gegenverkehr entgegen kommt. Nichtsdestotrotz kann mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ggf. auch ein blendfreies Fernlicht realisiert werden, welches eine Lichtverteilung mit einer vertikalen Hell/Dunkel-Grenze mit möglichst hohem Kontrast zu dem Schattenbereich aufweist, in dem sich der Gegenverkehr befindet. Die punktförmige Lichtquelle erlaubt hierbei eine wesentlich präzisere Ausführung der Hell/Dunkel-Grenze und reduziert damit auch in diesem Fall die Blendwirkung.

    [0018] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfassen eine oder mehrere der Beleuchtungseinheiten neben der punktförmigen, mittels Laserlicht erzeugten Lichtquelle eine oder mehrere herkömmliche LEDs bzw. Leuchtdioden, deren erzeugtes Licht kein Laserlicht ist. Die Beleuchtungseinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie eine Lichtcharakteristik generieren kann, welche sich aus dem Licht der LED oder LEDs und dem Licht der punktförmigen Lichtquelle zusammensetzt. Vorzugsweise erzeugt die punktförmige Lichtquelle dabei den Anteil der Lichtcharakteristik, der eine besonders hohe Präzision erfordert. Im Besonderen kann die Lichtcharakteristik wiederum eine Fernlichtcharakteristik sein, wobei die punktförmige Lichtquelle für den Anteil der Fernlichtcharakteristik zuständig ist, der den zentralen Fernlichtspot zum Erreichen der Reichweite des Fernlichts darstellt. Die Lichtverteilung um diesen Femlichtspot mit geringerer Reichweite wird dabei durch die LED bzw. LEDs generiert. Ggf. besteht ferner die Möglichkeit, dass die LED oder LEDs und die punktförmige Lichtquelle separat zur Erzeugung bestimmter Lichtverteilungen geschaltet werden.

    [0019] Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung kann auch zur Generierung anderer Lichtverteilungen vorgesehen sein. Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung auch die Funktion von mehreren unterschiedlichen Scheinwerfern bzw. Signalleuchten übernehmen. Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung auch ein Tagfahrlicht und/oder einen Blinker und/oder eine Rückfahrleuchte und/oder ein Nebellicht und/oder ein Abbiegelicht und/oder ein Markierungslicht und/oder ein Schlusslicht und/oder ein Bremslicht und/oder einen dynamischen Lichtspot und dergleichen umfassen.

    [0020] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung derart ausgestaltet, dass sie im Betrieb eine oder mehrere vorgegebene Strukturen, insbesondere eine oder mehrere Flächenformen und/oder einen oder mehrere Streifen und/oder einen oder mehrere Spots und/oder einen oder mehrere Pfeile und/oder ein oder mehrere Symbole und/oder ein oder mehrere Zeichen, als vorbestimmte Lichtverteilung generieren kann.

    [0021] Die in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung verwendete optische Einrichtung kann je nach Anwendungsfall unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorzugsweise umfasst diese Einrichtung zumindest einen Reflektor und/oder zumindest eine Linse.

    [0022] Wie bereits oben erwähnt, kann die Beleuchtungseinrichtung aufgrund der Verwendung von punktförmigen Lichtquellen mit hoher Leuchtdichte kompakte Abmessungen aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei die maximale Ausdehnung der optischen Einrichtung in Draufsicht (d.h. gesehen in der Hauptstrahlrichtung mit größter Intensität) 50 mm oder weniger, insbesondere 30 mm oder weniger.

    [0023] Neben der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung umfasst die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, welches eine oder mehrere der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen umfasst.

    [0024] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Fig. 1 beschrieben. Diese Figur zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.

    [0025] Im Folgenden wird die Erfindung basierend auf einer Beleuchtungseinrichtung in der Form eines Frontscheinwerfers eines Kraftfahrzeugs beschrieben, mit dem aktiv die Umgebung ausgeleuchtet wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Frontscheinwerfer um das Abblendlicht oder um das Fernlicht des Fahrzeugs. Nichtsdestotrotz kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ggf. auch als Signalleuchte im Kraftfahrzeug, wie z.B. als Bremslicht, Blinker und dergleichen realisiert sein.

    [0026] In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung wird eine Mehrzahl von mit Bezugszeichen 1 bezeichneten Beleuchtungseinheiten verwendet, wobei nur eine der Beleuchtungseinheiten wiedergegebenen ist und die anderen Einheiten neben bzw. oberhalb oder unterhalb der dargestellten Beleuchtungseinheiten angeordnet sein können. Die Beleuchtungseinheit umfasst eine Laserdiode 2 mit einer Laserstrahl-Austrittsfläche 201, eine als Linse angedeutete Vorsatzoptik 3 sowie eine Phosphorkonvertierungsschicht 4. Für die Beleuchtungseinheit ist dabei eine Freiformfläche 6 vorgesehen, welche in der Ausführungsform der Fig. 1 als ein spiegelnder Reflektor ausgebildet ist. Es können dabei separate Freiformflächen für jede Beleuchtungseinheit vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, dass eine zusammenhängende Freiformfläche für alle Beleuchtungseinheiten gebildet wird.

    [0027] In der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung macht man sich die Erkenntnis zunutze, dass Laserdioden sehr hohe Strahldichten aufweisen, wodurch mit hoher Lichteffizienz und Präzision Scheinwerferlichtverteilungen bei zugleich kleinem Bauraum des Scheinwerfers generiert werden können. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird dabei eine blaue Laserdiode mit einer Emissionswellenlänge von 450 nm eingesetzt, bei der die Strahldichte bei etwa 7×109 Watt/m2 liegt. Die Laserdiode stellt eine im Wesentlichen punktförmige Lichtquelle dar, deren Abstrahlcharakteristik A schematisch angedeutet ist. Punktförmig bedeutet hierbei, dass die Strahlfläche im Vergleich zu den restlichen Komponenten der Beleuchtungseinrichtung wesentlich kleiner ist, so dass in sehr guter Nährung davon ausgegangen werden kann, dass alle Lichtstrahlen der Laserdiode von einem Punkt ausgehen. In Fig. 1 beträgt die Abmessung L1 der Beleuchtungseinheit 1 in horizontaler Richtung in etwa 15 mm. Der Abstand L2 zwischen der Schicht 4 und der Freiformfläche 6 ist wesentlich größer als die Ausdehnung L1 und liegt zwischen 3und 10 cm. Dabei ist zu beachten, dass die Darstellung der Fig. 1 nicht maßstäblich ist. Demgegenüber wird beispielhaft durch die Laserdiode in Draufsicht entlang der optischen Achse O eine Leuchtfläche in der Form eines Rechtecks mit Kantenlängen von 10 µm und 15 µm generiert.

    [0028] Wie in Fig. 1 angedeutet ist, wird durch die Vorsatzoptik 3 die Strahlung der Laserdiode auf ein Phosphorkonvertierungsschicht 4 fokussiert. Phosphorkonvertierungsschichten sind dabei an sich aus dem Stand der Technik bekannt und dienen dazu, aus monochromatischem Laserlicht Weißlicht zu generieren. Bei der Verwendung einer blauen Laserdiode wird vorzugsweise als Material der Phosphorkonvertierungsschicht Ce:YAG-Phosphor eingesetzt. Je nach Emissionswellenlänge der Laserdiode können auch andere Materialien verwendet werden. Wird beispielsweise eine violette Laserdiode mit einer Emissionswellenlänge von 405 nm eingesetzt, kommt in einer bevorzugten Variante das Phosphormaterial aus Cerium-dotiertem Nitrid oder Cerium-dotiertem Oxinitrid zum Einsatz.

    [0029] Über die Phosphorkonvertierungsschicht wird schließlich eine Weißlichtquelle 5 generiert, welche wiederum als punktförmig im Vergleich zu den Abmessungen der Beleuchtungseinrichtung angesehen werden kann, d.h. die von der Lichtquelle ausgehende Strahlung geht in sehr guter Nährung von einem einzigen Punkt aus. Die Abstrahlcharakteristik der punktförmigen Lichtquelle 5 ist in Fig. 1 schematisch angedeutet und mit Bezugszeichen A' bezeichnet. Die Ausdehnung der Strahlfläche der punktförmigen Lichtquelle 5 in Draufsicht entlang der optischen Achse O ist aufgrund von Streueffekten im Phosphorkonvertierungsmaterial größer als die Ausdehnung der Strahlfläche der Laserdiode 2. Es wird in etwa eine Strahlfläche mit Kantenlängen im Bereich von 500 µm gebildet. Aufgrund der sehr hohen Leuchtdichte der Laserdiode ergibt sich für die Weißlichtquelle 5 eine wesentlich höhere Leuchtdichte, als wie bei herkömmlichen LEDs erreicht werden kann. Insbesondere liegt die Leuchtdichte bei in etwa 2×108 Cd/m2. Ggf. können auch noch höhere Leuchtdichten im Bereich von 109 Cd/m2 und höher erreicht werden.

    [0030] Das Licht der punktförmigen Weißlichtquelle 5 fällt schließlich auf den Reflektor 6, der im Abstand L2 von der Weißlichtquelle angeordnet ist. Die Reflektorfläche 6 ist lediglich schematisch angedeutet und weist eine asymmetrische Struktur auf. Hierdurch wird zum Ausdruck gebracht, dass in Kombination mit der Laser-Beleuchtungseinheit 1 beliebige Freiformflächen verwendet werden können, über welche je nach Anwendungsfall die erwünschte Lichtverteilung im Fernfeld, z.B. Abblendlicht oder Fernlicht, generiert werden kann. Dabei ist es von Vorteil, dass aufgrund der hohen Leuchtdichte der punktförmigen Weißlichtquelle 5 sehr wenig Bauraum zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung benötigt wird. Insbesondere liegt bei der Generierung von Fernlicht die maximale Ausdehnung der Freiformfläche 6 in der Ebene senkrecht zur optischen Achse O lediglich Im Bereich von 30 bis 50 mm, was deutlich geringer als bei herkömmlichen Scheinwerfern ist. Die Verwendung der punktförmigen Weißlichtquelle weist den weiteren Vorteil auf, dass algorithmisch einfach und hochgenau die Form der Freiformfläche 6 zur Erzeugung der gewünschten Lichtverteilung berechnet werden kann, z.B. mit dem eingangs erwähnten ITWM-Algorithmus. Es ist daher nicht erforderlich, dass als Freiformfläche 6 immer ein Reflektor eingesetzt werden muss, vielmehr kann auch eine beliebige andere Freiformoptik in der Form einer Linse bzw. einer Kombination aus Linse und Reflektor verwendet werden.

    [0031] Die im Vorangegangen erläuterten Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Durch die Verwendung von Laserlicht kann eine punktförmige Lichtquelle mit hoher Leuchtdichte generiert werden, wodurch nahezu perfekte Freiformflächen definiert werden können, über welche eine gewünschte Lichtverteilung mit hoher Genauigkeit generiert werden kann. Durch den Einsatz von Laserlicht wird ferner eine effiziente Beleuchtungseinrichtung mit geringem elektrischen Leistungsaufwand geschaffen. Ferner lässt sich der Bauraum der Beleuchtungseinrichtung reduzieren, was insbesondere bei der Generierung von Fahrzeug-Fernlicht von Vorteil ist.

    [0032] Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ermöglicht insbesondere ein gezieltes Anleuchten mit über weite Feldbereiche guter Abbildungsqualität. Ferner kann mit der Beleuchtungseinrichtung ein blendfreies Fernlicht mit einer vertikalen Hell/Dunkel-Grenze mit sehr hohem Kontrast erreicht werden, so dass der Schattenbereich, in dem sich der Gegenverkehr befindet, möglichst schmal gemacht werden kann. Darüber hinaus können qualitativ hochwertige Abblendlichtverteilungen erreicht werden. Ferner können auch verschiedene andere Arten von Scheinwerfer- bzw. Signallicht mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung generiert werden. Insbesondere kann ein Markierungslicht, ein Abbiegelicht, ein Nebellicht, ein Blinklicht, ein Bremslicht, eine Heckleuchte, ein Rückfahrscheinwerfer, ein Abbiegelicht, ein dynamisches Spotlicht und dergleichen geschaffen werden. Die Erfindung ist dabei nicht auf die Erzeugung von Weißlicht beschränkt, sondern es kann ggf. auch das monochromatische Licht der Laserdiode direkt als punktförmige Lichtquelle eingesetzt werden. Diese Variante kommt insbesondere bei Signalleuchten zum Einsatz, welche üblicherweise in einer vorbestimmten Farbe (z.B. rot) Licht abgegeben.


    Ansprüche

    1. Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend

    - eine oder mehrere Beleuchtungseinheiten (1), wobei eine jeweilige Beleuchtungseinheit (1) im Betrieb mittels Laserlicht eine Lichtquelle (5) erzeugt,

    - eine optische Einrichtung (6), welche derart ausgestaltet und in Bezug auf die Beleuchtungseinheit oder Beleuchtungseinheiten (1) angeordnet ist, dass eine vorbestimmte Lichtverteilung aus dem Licht der Lichtquelle (5) nach Passieren der optischen Einrichtung (6) generiert wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lichtquelle (5) eine punktförmige Lichtquelle (5) ist, die in Draufsicht eine maximale Ausdehnung von 500 µm oder weniger aufweist und die eine Leuchtdichte von 109 Cd/m2 oder mehr aufweist.
     
    2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die punktförmige Lichtquelle (5) in Draufsicht eine maximale Ausdehnung von 100 µm oder weniger und besonders bevorzugt von 20 µm oder weniger aufweist.
     
    3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die punktförmige Lichtquelle (5) in Draufsicht eine emittierende Fläche von 0,5 mm2 oder weniger aufweist, insbesondere von 0,01 mm2 oder weniger und besonders bevorzugt von 0,0002 mm2 oder weniger.
     
    4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die punktförmige Lichtquelle (5) in Draufsicht eine emittierende eckige Fläche aufweist, deren Kanten jeweils eine Länge von 500 µm oder weniger und vorzugsweise von 20 µm oder weniger aufweisen.
     
    5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die punktförmige Lichtquelle (5) derart ausgestaltet ist, dass sie einen Lichtstrom von 100 Lm oder mehr und insbesondere von 200 Lm oder mehr generiert und/oder eine Strahlleistung von 1 Watt oder mehr aufweist.
     
    6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Beleuchtungseinheit (1) im Betrieb eine punktförmige Weißlichtquelle (5) erzeugt.
     
    7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Beleuchtungseinheit (1) eine oder mehrere Laserdioden (2) umfasst, insbesondere eine oder mehrere monochromatische Laserdioden (2).
     
    8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Beleuchtungseinheit (1) einen Wandler umfasst, welcher aus dem monochromatischen Licht der Laserdiode (2) oder Laserdioden (2) Weißlicht generiert.
     
    9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler eine Phosphorkonvertierungsschicht (4) umfasst, auf welche das Laserlicht der Laserdiode (2) oder der Laserdioden (2) mittels einer Optik (3) fokussiert wird, wodurch auf der Phosphorkonvertierungsschicht die punktförmige Weißlichtquelle (5) generiert wird.
     
    10. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7 und 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler einen Lichtleiter umfasst, in dem das monochromatische Laserlicht von mehreren monochromatischen Laserdioden (2) zur Generierung von Weißlicht kombiniert wird.
     
    11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Beleuchtungseinheit (1) eine einzelne monochromatische Laserdiode (2) umfasst, welche die punktförmige Lichtquelle (5) darstellt.
     
    12. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (2) oder Laserdioden (2) eine Lichtleistung von mindestens 1 Watt und insbesondere zwischen 1,5 und 3,0 Watt oder zwischen 1,5 und 5 Watt aufweisen.
     
    13. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung 10 Beleuchtungseinheiten (1) oder weniger aufweist, insbesondere 3 bis 6 Beleuchtungseinheiten (1).
     
    14. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung einen Fahrzeugscheinwerfer umfasst.
     
    15. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Fahrzeugsignalleuchte umfasst.
     
    16. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb als vorbestimmte Lichtverteilung eine Abblendlichtcharakteristik generieren kann.
     
    17. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb als vorbestimmte Lichtverteilung eine Fernlichtcharakteristik generieren kann.
     
    18. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Beleuchtungseinheiten (1) ferner eine oder mehrere LEDs umfassen, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtcharakteristik generieren kann, welche sich aus dem Licht der LED oder LEDs und dem Licht der punktförmigen Lichtquelle (5) zusammensetzt.
     
    19. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb eine oder mehrere vorgegebene Strukturen, insbesondere eine oder mehrere Flächenformen und/oder einen oder mehrere Streifen und/oder einen oder mehrere Spots und/oder einen oder mehrere Pfeile und/oder ein oder mehrere Symbole und/oder ein oder mehrere Zeichen, als vorbestimmte Lichtverteilung generieren kann.
     
    20. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (5) zumindest einen Reflektor und/oder zumindest eine Linse umfasst.
     
    21. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Ausdehnung der optischen Einrichtung (5) in Draufsicht 50 mm oder weniger beträgt, insbesondere 30 mm oder weniger.
     
    22. Kraftfahrzeug, umfassend eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
     


    Claims

    1. Illumination device for a motor vehicle, comprising

    - one or more illumination units (1), wherein a respective illumination unit (1) produces a light source (5) during operation by means of laser light,

    - an optical device (6), which is designed and arranged with respect to the illumination unit or illumination units (1) such that a predetermined light distribution is generated from the light of the light source (5) after it passes through the optical device (6),

    characterized in that
    the light source (5) is a point-type light source (5) that has, in plan view, a maximum extent of 500 µm or less and has a luminance of 109 Cd/m2 or more.
     
    2. Illumination device according to Claim 1, characterized in that the point-type light source (5) has, in plan view, a maximum extent of 100 µm or less and with particular preference of 20 µm or less.
     
    3. Illumination device according to Claim 1 or 2, characterized in that the point-type light source has, in plan view, an emitting surface area of 0.5 mm2 or less, in particular of 0.01 mm2 or less and with particular preference of 0.0002 mm2 or less.
     
    4. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the point-type light source (5) has, in plan view, an emitting angular surface area, the edges of which have in each case a length of 500 µm or less and preferably of 20 µm or less.
     
    5. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the point-type light source (5) is designed such that it generates a luminous flux of 100 lm or more and in particular of 200 lm or more and/or has a radiant flux of 1 watt or more.
     
    6. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one illumination unit (1) produces a point-type white light source (5) during operation.
     
    7. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one illumination unit (1) comprises one or more laser diodes (2), in particular one or more monochromatic laser diodes (2) .
     
    8. Illumination device according to Claim 6 or 7, characterized in that at least one illumination unit (1) comprises a converter that generates white light from the monochromatic light of the laser diode (2) or laser diodes (2).
     
    9. Illumination device according to Claim 7 or 8, characterized in that the converter comprises a phosphor conversion layer (4) onto which the laser light of the laser diode (2) or of the laser diodes (2) is focused by means of an optical unit (3), as a result of which the point-type white light source (5) is generated on the phosphor conversion layer.
     
    10. Illumination device according to Claim 7 and 8 or Claim 9, characterized in that the converter comprises a light guide in which the monochromatic laser light from a plurality of monochromatic laser diodes (2) is combined to generate white light.
     
    11. Illumination device according to one of Claims 7 to 10, characterized in that at least one illumination unit (1) comprises an individual monochromatic laser diode (2) representing the point-type light source (5).
     
    12. Illumination device according to one of Claims 7 to 11, characterized in that the laser diode (2) or laser diodes (2) have a radiant flux of at least 1 watt and in particular of between 1.5 and 3.0 watts or between 1.5 and 5 watts.
     
    13. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the illumination device has 10 illumination units (1) or less, in particular has 3 to 6 illumination units (1).
     
    14. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the illumination device comprises a vehicle headlamp.
     
    15. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the illumination device comprises a vehicle signal lamp.
     
    16. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the illumination device is designed such that it can generate a dipped-light characteristic as a predetermined light distribution during operation.
     
    17. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the illumination device is designed such that it can generate a main-light characteristic as a predetermined light distribution during operation.
     
    18. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the illumination units (1) further comprise one or more LEDs, wherein the illumination device can generate a light characteristic that is composed of the light from the LED or LEDS and the light from the point-type light source (5).
     
    19. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the illumination device is designed such that is can generate one or more specified structures, in particular one or more surface shapes and/or one or more stripes and/or one or more spots and/or one or more arrows and/or one or more symbols and/or one or more characters as predetermined light distribution during operation.
     
    20. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical device (5) comprises at least one reflector and/or at least one lens.
     
    21. Illumination device according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum extent of the optical device (5) has, in plan view, 50 mm or less, in particular 30 mm or less.
     
    22. Motor vehicle, comprising one or more illumination devices according to one of the preceding claims.
     


    Revendications

    1. Dispositif d'éclairage pour un véhicule automobile, comprenant

    - une ou plusieurs unités d'éclairage (1), chaque unité d'éclairage (1) produisant en service une source de lumière (5) au moyen d'une lumière laser,

    - un dispositif optique (6) qui est conçu et disposé par rapport à l'unité d'éclairage ou aux unités d'éclairage (1) de telle sorte qu'une distribution de lumière prédéterminée est produite à partir de la lumière de la source de lumière (5) après le passage par le dispositif optique (6),

    caractérisé en ce que la source de lumière (5) est une source de lumière ponctuelle (5) qui présente en vue de dessus une extension maximale de 500 µm ou moins et qui présente une luminance de 109 Cd/m2 ou plus.
     
    2. Dispositif d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière ponctuelle (5) présente en vue de dessus une extension maximale de 100 µm ou moins, et de façon particulièrement préférée de 20 µm ou moins.
     
    3. Dispositif d'éclairage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la source de lumière ponctuelle (5) présente en vue de dessus une surface d'émission de 0,5 mm2 ou moins, en particulier de 0,01 mm2 ou moins, et de façon particulièrement préférée de 0,0002 mm2 ou moins.
     
    4. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de lumière ponctuelle (5) présente en vue de dessus une surface d'émission polygonale dont les arêtes présentent respectivement une longueur de 500 µm ou moins, et de préférence de 20 µm ou moins.
     
    5. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de lumière ponctuelle (5) est conçue de telle sorte qu'elle produit un flux lumineux de 100 lm ou plus, et en particulier de 200 lm ou plus, et/ou une puissance de rayonnement de 1 watt ou plus.
     
    6. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une unité d'éclairage (1) produit en service une source de lumière blanche ponctuelle (5).
     
    7. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une unité d'éclairage (1) comprend une ou plusieurs diodes laser (2), en particulier une ou plusieurs diodes laser monochromatiques (2).
     
    8. Dispositif d'éclairage selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'au moins une unité d'éclairage (1) comprend un convertisseur qui produit une lumière blanche à partir de la lumière monochromatique de la diode laser (2) ou des diodes laser (2).
     
    9. Dispositif d'éclairage selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le convertisseur comprend une couche de conversion de phosphore (4) sur laquelle la lumière laser de la diode laser (2) ou des diodes laser (2) est focalisée au moyen d'un système optique (3) de façon à produire la source de lumière blanche ponctuelle (5) sur la couche de conversion de phosphore.
     
    10. Dispositif d'éclairage selon les revendications 7 et 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que le convertisseur comprend un guide de lumière dans lequel la lumière laser monochromatique de plusieurs diodes laser monochromatiques (2) est combinée pour produire une lumière blanche.
     
    11. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'au moins une unité d'éclairage (1) comprend une diode laser monochromatique individuelle (2) qui est la source de lumière ponctuelle (5).
     
    12. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la diode laser (2) ou les diodes laser (2) présentent un flux lumineux d'au moins 1 watt, et en particulier entre 1,5 et 3,0 watts ou entre 1,5 et 5 watts.
     
    13. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage présente 10 unités d'éclairage (1) ou moins, en particulier de 3 à 6 unités d'éclairage (1).
     
    14. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage comprend un phare de véhicule.
     
    15. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage comprend un feu de signalisation de véhicule.
     
    16. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage est conçu de telle sorte qu'en service il peut produire une caractéristique de feu de croisement en tant que distribution de lumière prédéterminée.
     
    17. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage est conçu de telle sorte qu'en service il peut produire une caractéristique de feu de route en tant que distribution de lumière prédéterminée.
     
    18. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs des unités d'éclairage (1) comprennent en outre une ou plusieurs LED, le dispositif d'éclairage pouvant produire une caractéristique de lumière qui est composée de la lumière de la LED ou des LED et de la lumière de la source de lumière ponctuelle (5).
     
    19. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage est conçu de telle sorte qu'en service il peut produire une ou plusieurs structures prédéfinies, en particulier une ou plusieurs formes planes et/ou une ou plusieurs bandes et/ou un ou plusieurs points et/ou une ou plusieurs flèches et/ou un ou plusieurs symboles et/ou un ou plusieurs signes en tant que distribution de lumière prédéterminée.
     
    20. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif optique (5) comprend au moins un réflecteur et/ou au moins une lentille.
     
    21. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extension maximale du dispositif optique (5) en vue de dessus est de 50 mm ou moins, en particulier de 30 mm ou moins.
     
    22. Véhicule automobile, comprenant un ou plusieurs dispositifs d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes.
     




    Zeichnung








    Angeführte Verweise

    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente