AT518332A1 - Lichtzeiger und Symbole mit diffraktiven Elementen - Google Patents

Abstract

Beleuchtungs- und/oder Signalvorrichtung (6) für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen Kraftfahrzeugfrontscheinwerfer (1) oder einen Kraftfahrzeugheckscheinwerfer oder eine Kraftfahrzeugsignalvorrichtung, zur umschaltbaren Bildprojektion verschiedener Muster auf eine Fläche, insbesondere vor, hinter oder seitlich des Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest ein Leuchtmittel (7, 7-1, 7-2, 7-3) zur Erzeugung eines kollimierten Lichtbündels, und einer Trägerscheibe (8) mit zumindest einem Optikelement, wobei zumindest ein zur Deckung mit dem kollimierten Lichtbündel des zumindest einen Leuchtmittels (7, 7-1, 7-2, 7-3) gebrachtes Optikelement das Lichtbündel als definiertes Lichtmuster auf eine Fläche projiziert, wobei die Trägerscheibe (8) und das zumindest eine Leuchtmittel (7, 7-1, 7-2, 7-3) relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei das zumindest eine Optikelement der Trägerscheibe (8) als diffraktives optisches Element (9) und/oder Hologramm ausgebildet ist, sodass beim Auftreffen eines kollimierten Lichtbündels durch Beugung jeweils ein Muster zur Bildprojektion erzeugt wird.

Description

Lichtzeiger und Symbole mit diffraktiven Elementen

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungs- und/ oder Signalvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen Kraftfahrzeugfrontscheinwerfer oder einen Kraftfahrzeugheckscheinwerfer oder eine Kraftfahrzeugsignalvorrichtung, zur umschaltbaren Bildprojektion verschiedener Muster auf eine Fläche, insbesondere vor, hinter oder seitlich des Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest ein Leuchtmittel zur Erzeugung eines kollimierten Lichtbündels, und einer Träger scheibe mit zumindest einem Optikelement, wobei zumindest ein zur Deckung mit dem kollimierten Lichtbündel des zumindest einen Leuchtmittels gebrachtes Optikelement das Lichtbündel als definiertes Lichtmuster auf eine Fläche projiziert, wobei die Trägerscheibe und das zumindest eine Leuchtmittel relativ zueinander beweglich angeordnet sind.

Um die Verkehrssicherheit zu erhöhen, kann es sinnvoll sein zusätzliche Lichtfunktionen für die Darstellung von Linien, Pfeilen oder sonstigen Symbolen bereitzustellen, um andere Verkehrsteilnehmer effizienter durch optische Hinweise zu warnen bzw. Informationen zukommen zu lassen. Ebenso können diese Symbole dem Fahrzeuglenker selbst helfen, beispielsweise können Richtungsangaben oder andere Informationen eines Navigationsgerätes auf die Straße projiziert werden, ohne das der Fahrzeuglenker auf einen Bildschirm eines Navigationsgerätes im Inneren des Fahrzeuges blicken muss. Dazu können umschaltbare Bildprojektionen verwendet werden, die beispielsweise in einem Hauptscheinwerfer, Nebelscheinwerfer oder als eine zusätzliche Leuchte angeordnet sind.

Hierbei kann zum Beispiel ein gezieltes Anleuchten von Hindernissen am Fahrbahnrand oder eine grundsätzlich verbesserte Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern, sowie ein Lichtzeiger für eine Fahrassistenz umgesetzt werden.

Aus der DE 10 2014 203 313 Al ist ein Projektionssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das unterschiedliche Lichtmuster auf die Straße projiziert, um optische Hilfe für den Fahrzeuglenker bereitzustellen. Diese Lichtmuster können als Abbiegepfeile oder Linien bzw. Balken ausgebildet sein, die quer oder parallel zur Fahrtrichtung stehen. Dazu werden den gewünschten Mustern nach geformte Lochblendenformen bzw. Ausnehmungen, die an einer rotierenden Blende angeordnet sind, in den Strahlengang eines Leuchtmittels, bevorzugt Laserlichtquellen, gebracht, um so die Muster der Lochblendenformen bzw. Ausnehmungen als Bild auf die Straße zu projizieren.

In der DE 10 2013 221 953 Al ist eine der vorherigen Schrift ähnliche Vorrichtung beschrieben, wobei die auf die Straße abgebildeten Formen und Muster ebenfalls durch auf einer rotierbaren Blendenscheibe angeordneten Ausnehmungen bzw. Blendenöffnungen, welche in den Strahlengang einer Laserlichtquelle, vorzugsweise drei Laserlichtquellen, gebracht werden, erzeugt werden.

Die normale Verteilung der Strahlintensität eines Laserstrahls über den Strahldurchmesser ist in etwa gleich dem einer Gauß'schen Glockenkurve, sodass die erzeugten Bildprojektionen mittels Ausnehmungen bzw. Blendenöffnungen, wie in den obigen Schriften beschrieben, keine akkurate bzw. effiziente Darstellung der abzubildenden Symbole bzw. Muster liefern, da das einfallende Licht nicht vollständig genutzt wird, sondern nur zum Teil durch die Symbolform der Ausnehmungen durchgelassen oder abgeschattet wird. Ebenso ist die Schärfe der Abbildung von dem Abstand der Projektionsfläche zur jeweiligen Ausnehmung und von der Dicke der Trägerscheibe abhängig.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer bereitzustellen, der die oben erwähnten Nachteile und Einschränkungen des Standes der Technik beseitigt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß das zumindest eine Optikelement der Trägerscheibe als diffraktives optisches Element und/oder Hologramm ausgebildet ist, sodass beim Auftreffen eines kollimierten Lichtbündels durch Beugung jeweils ein Muster zur Bildprojektion erzeugt wird.

Vorteilhaft ist es, wenn zwei oder mehrere diffraktive optische Elemente auf der Trägerscheibe zur Projektion unterschiedlicher Beugungsmuster angeordnet sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das zumindest eine Leuchtmittel zur Erzeugung eines kollimierten Lichtbündels als Lasereinrichtung ausgebildet ist.

Weiters kann es zweckmäßig sein, dass das zumindest eine Leuchtmittel in Bezug zur Trägerscheibe feststehend angeordnet ist, wobei es weiters von Vorteil ist, wenn die Trägerscheibe rotierbar ist, da nur die Trägerscheibe als bewegliches Element vorhanden ist und dadurch der Aufwand gering gehalten wird, falls zusätzliche Leuchtmittel verwendet werden.

Es kann zweckmäßig sein, wenn die Trägerscheibe über eine Welle, beispielsweise durch einen Schrittmotor, rotierbar ist.

Vorteilhafterweise können für das Leuchtmittel drei Lasereinrichtungen mit Licht mit Wellenlängen für rote, grüne und blaue Laserstrahlen vorgesehen sind.

Vorteilhaft ist es, wenn für die unterschiedlichen Wellenlängen der Laserstrahlen entsprechende nach dem jeweiligen Beugungsverhalten der Wellenlängen diffraktive optische Elemente auf der Trägerscheibe angeordnet sind.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann weiters vorgesehen sein, dass die Lasereinrichtungen und die für die jeweiligen Wellenlängen entsprechenden diffraktiven optischen Elemente derart angeordnet sind, dass ein Muster bzw. Bild durch additive Lichtmischung der von den Lasereinrichtungen erzeugten Laserstrahlen mit verschiedenen Farben darstellbar ist.

Weiters kann die Abdeckscheibe des Kraftfahrzeugscheinwerfers zumindest eine Austrittsöffnung für die austretenden Laserstrahlen aufweisen, wobei vorzugsweise der Durchmesser der Austrittsöffnung im Bereich von 1,5 mm bis 3 mm liegt.

Beispielsweise kann die Träger scheibe, dort wo keine diffraktiven optischen Elemente angeordnet sind, transparent sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die Trägerscheibe in Bezug zum zumindest einen Leuchtmittel feststehend angeordnet ist.

Weiters kann dabei vorgesehen sein, dass das zumindest eine Leuchtmittel rotierbar ist.

Vorteilhafterweise kann das zumindest eine Leuchtmittel über eine Welle, beispielsweise durch einen Schrittmotor, rotierbar sein.

Weiters ist es zweckmäßig, wenn diese Vorrichtung als Kraftfahrzeugscheinwerfer oder als Kraftfahrzeugheckscheinwerfer oder als Kraftfahrzeugsignalvorrichtung ausgebildet ist.

Weiters wird die genannte Aufgabe noch mit einem Scheinwerfer gelöst, insbesondere einem Kraftfahrzeugscheinwerfer oder einem Kraftfahrzeugheckscheinwerfer oder einer Kraftfahrzeugsignalvorrichtung, welcher zumindest eine oben beschriebene Vorrichtung aufweist.

Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines beispielhaften Kraftfahrzeugscheinwerfers mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für umschaltbare Bildprojektion,

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung mit drei Lasereinrichtungen, und

Fig. 4 eine Seitenansicht eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist der Querschnitt eines Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 mit einem Scheinwerfergehäuse 2 und einer Abdeckscheibe 3 abgebildet. Innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 ist eine Lichtquelle 4 angebracht, die ihr abgestrahltes Licht auf einen zugeordneten Reflektor 5 wirft, der unterhalb der Lichtquelle 4 angeordnet ist, um so zumindest eine definierte Lichtverteilung vor dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 abzubilden. Der abgebildete Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 und die darin üblicherweise enthaltenen Teile, wie zum Beispiel das angeführte Reflexionssystem, sind exemplarische Ausführungselemente und dienen lediglich zur Illustration. Richtungsangaben wie „oben", „unten", „vorn" oder „hinten" beziehen sich auf einen Kraftfahrzeugscheinwerfer in eingebautem Zustand.

Weiters ist in Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 gezeigt, welche, wie in diesem Beispiel exemplarisch gezeigt, und wobei aber bei einer alternativen Ausführungsform die Vorrichtung 6 auch außerhalb eines Kraftfahrzeugscheinwerfers angeordnet sein kann, unterhalb der Lichtquelle 4 angeordnet ist, wobei die Vorrichtung 6 ein Leuchtmittel 7 zur Erzeugung eines kollimierten Lichtbündels, eine Träger scheibe 8 mit darauf angeordneten diffraktiven optischen Elementen 9 - im weiteren Verlauf mit der Abkürzung DOE bezeichnet - und einen zugehörigen Schrittmotor 10 umfasst. In der weiteren Beschreibung wird ausschließlich auf Beispiele mit diffraktiven optischen Elementen 9 eingegangen, wobei Ausführungen mit Hologrammen statt DOE 9 äquivalent dazu sind.

Das Leuchtmittel 7 der umschaltbaren Bildprojektionsvorrichtung ist als Lasereinrichtung 7 ausgebildet, wobei weiters Fig. 2 eine detailliertere Seitenansicht der Vorrichtung 6 darstellt.

Um ein gewünschtes Symbol, Muster oder Bild auf eine Fläche zu projizieren, wird das Ergebnis der klassischen Beugungstheorie des Lichtes ausgenutzt, bei welcher jede gewünschte Lichtwelle einer beugenden Oberflächenstruktur bzw. einer komplexen Transmissionsfunktion entspricht. Diese werden als Beugungsmuster in DOE 9 eingeprägt und durch einen zur Deckung gebrachten Laserstrahl der Lasereinrichtung 7 auf eine Oberfläche projiziert. Um mehrere Symbole abbilden zu können, sind unterschiedliche DOE 9 ringförmig auf der Trägerscheibe 8 angeordnet, welche durch den Schrittmotor 10 gedreht werden kann.

Unter anderem bietet ein DOE 9 den Vorteil, dass die gleichmäßige Verteilung und vollständige Laserstrahlintensität verwendet wird, sodass die Strahlenergie fast vollständig genutzt werden kann und keine Strahlenteile mit geringer Intensität ausgeblendet werden, wie bei Verwendung einer Blendenöffnung bzw. Ausnehmung, wobei durch Verwendung der DOE 9 der Gesamtaufbau der Vorrichtung weniger aufwendig und kleiner gehalten werden kann.

Wie in Fig. 1 zu sehen, ist die Trägerscheibe 8 innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 angeordnet und über eine Welle 11 mit einem innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 angeordneten Schrittmotor 10 verbunden, der die Trägerscheibe 8 rotieren kann, wobei die Lasereinrichtung 7 in Bezug zur Trägerscheibe 8 feststehend angeordnet ist. Bei einer weiteren möglichen, nicht dargestellten Ausführungsform kann der Schrittmotor 10 außerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 angeordnet sein.

Um das durch die DOE 9 erzeugte Bild außerhalb des Fahrzeugscheinwerfers 1 zu projizieren, ist in der Abdeckscheibe 3 eine Austrittsöffnung 12 für die austretenden Laserstrahlen mit einem Durchmesser von 1,5 mm bis 3 mm vorgesehen.

Durch ein schnelles Schalten bzw. schnellen Bildwechsel kann auch ein bewegtes Bild generiert und auf eine Fläche projiziert werden.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher als Leuchtmittel eine erste, zweite und dritte Lasereinrichtung 7-1, 7-2, 7-3 verwendet werden. Weiters strahlt die erste Lasereinrichtung 7-1 Laserstrahlen mit einer Wellenlänge für rotes Licht, die zweite Lasereinrichtung 7-2 Laserstrahlen mit einer Wellenlänge für grünes Licht und die dritte Lasereinrichtung 7-3 Laserstrahlen mit einer Wellenlänge für blaues Licht ab, wobei auf der Träger scheibe 8 entsprechende nach dem jeweiligen Beugungsverhalten der unterschiedlichen Wellenlängen der Laserstrahlen DOE 9 angeordnet sind, und die Lasereinrichtungen 7-1, 7-2, 7-3 und die Trägerscheibe 8 mit den darauf angeordneten DOE 9 derart angeordnet sind, dass ein Muster bzw. Bild durch additive Lichtmischung der von den Lasereinrichtungen erzeugten Laserstrahlen mit verschiedenen Farben darstellbar ist. Neben den Farbmischungseffekten können beispielsweise auch in Rot gehaltene Sperrlinien oder in Grün gehaltene Fahrtrichtungspfeile erzeugt werden, sowie andere dem DOE 9 inhärenten Symbole bzw. Muster.

Ein weiteres Beispiel ist in Fig. 4 gezeigt, bei welchem die Trägerscheibe 8 in Bezug zur Lasereinrichtung 7 feststehend angeordnet ist, wobei die Lasereinrichtung 7 über eine Welle 11" durch einen Schrittmotor 10 in Pfeilrichtung 13 rotiert ist. Weiters kann diese Ausführungsform mit den oben erwähnten Lasereinrichtungen 7-1, 7-2, 7-3 ausgestattet sein, welche jedoch nicht in Fig. 4 gezeigt sind.

Bezug szeichenliste 1 ........Kraftfahrzeugscheinwerfer 2 ........Scheinwerfergehäuse 3 ........Abdeckscheibe 4 ........Lichtquelle 5 ........Reflektor 6 ........Bildprojektionsvorrichtung 7 ........Lasereinrichtung 7-1......Lasereinrichtung mit Wellenlänge für rotes Licht 7-2......Lasereinrichtung mit Wellenlänge für blaues Licht 7-3......Lasereinrichtung mit Wellenlänge für grünes Licht 8 ........Blendenscheibe 9 ........diffraktives optisches Element 10 ......Schrittmotor 11,11'-Welle 12 ......Austrittsöffnung 13 ......Pfeilrichtung

Claims (17)

1. Patentansprüche

   1. Beleuchtungs- und/oder Signalvorrichtung (6) für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen Kraftfahrzeugfrontscheinwerfer (1) oder einen Kraftfahrzeugheckscheinwerfer oder eine Kraftfahrzeugsignalvorrichtung, zur umschaltbaren Bildprojektion verschiedener Muster auf eine Fläche, insbesondere vor, hinter oder seitlich des Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest ein Leuchtmittel (7, 7-1, 7-2, 7-3) zur Erzeugung eines kollimierten Lichtbündels, und einer Träger scheibe (8) mit zumindest einem Optikelement, wobei zumindest ein zur Deckung mit dem kollimierten Lichtbündel des zumindest einen Leuchtmittels (7, 7-1, 7-2, 7-3) gebrachtes Optikelement das Lichtbündel als definiertes Lichtmuster auf eine Fläche projiziert, wobei die Trägerscheibe (8) und das zumindest eine Leuchtmittel (7, 7-1, 7-2, 7-3) relativ zueinander beweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Optikelement der Trägerscheibe (8) als diffraktives optisches Element (9) und/ oder Hologramm ausgebildet ist, sodass beim Auftreffen eines kollimierten Lichtbündels durch Beugung jeweils ein Muster zur Bildprojektion erzeugt wird.
2. 2. Vorrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere diffraktive optische Elemente auf der Trägerscheibe (8) zur Projektion unterschiedlicher Beugungsmuster angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leuchtmittel (7-1, 7-2, 7-3) zur Erzeugung eines kollimierten Lichtbündels als Lasereinrichtung (7) ausgebildet ist.
4. 4. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leuchtmittel (7, 7-1, 7-2, 7-3) im Bezug zur Trägerscheibe (8) feststehend angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger scheibe (8) rotierbar ist.
6. 6. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (8) über eine Welle (11), beispielsweise durch einen Schrittmotor (10), rotierbar ist.
7. 7. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Leuchtmittel (7) drei Lasereinrichtungen (7-1, 7-2, 7-3) mit Licht mit Wellenlängen für rote, grüne und blaue Laserstrahlen vorgesehen sind.
8. 8. Vorrichtung (6) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die unterschiedlichen Wellenlängen der Laserstrahlen entsprechende nach dem jeweiligen Beugungsverhalten der Wellenlängen diffraktive optische Elemente (9) auf der Träger scheibe (8) angeordnet sind.
9. 9. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtungen (7-1, 7-2, 7-3) und die für die jeweiligen Wellenlängen entsprechenden diffraktiven optischen Elemente (9) derart angeordnet sind, dass ein Muster bzw. Bild durch additive Lichtmischung der von den Lasereinrichtungen (7-1, 7-2, 7-3) erzeugten Laserstrahlen mit verschiedenen Farben darstellbar ist.
10. 10. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (3) des Kraftfahrzeugscheinwerfers (1) zumindest eine Austrittsöffnung (12) für die austretenden Laserstrahlen aufweist, wobei vorzugsweise der Durchmesser der Austrittsöffnung (12) im Bereich von 1,5 mm bis 3 mm liegt.
11. 11. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (8) dort wo keine diffraktiven optischen Elemente (9) angeordnet sind, transparent ist.
12. 12. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (8) in Bezug zum zumindest einen Leuchtmittel (7, 7-1, 7-2, 7-3) feststehend angeordnet ist.
13. 13. Vorrichtung (6) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leuchtmittel (7, 7-1, 7-2, 7-3) rotierbar ist.
14. 14. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leuchtmittel (7, 7-1, 7-2, 7-3) über eine Welle (11')/ beispielsweise durch einen Schrittmotor (10), rotierbar ist.
15. 15. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung (6) als Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) oder als Kraftfahrzeugheckscheinwerfer oder als Kraftfahrzeugsignalvorrichtung ausgebildet ist.
16. 16. Scheinwerfer, insbesondere Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) oder Kraftfahrzeugheckscheinwerfer, umfassend zumindest eine Vorrichtung (6) nach Ansprüchen 1 bis 14.
17. 17. Kraftfahrzeugsignalvorrichtung umfassend zumindest eine Vorrichtung (6) nach Ansprüchen 1 bis 14.