CN112543850A - 由微型光学器件构成的投影装置、光模块和机动车前照灯 - Google Patents

由微型光学器件构成的投影装置、光模块和机动车前照灯 Download PDF

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Abstract

一种用于机动车前照灯的光模块(1)的投影装置(2)，其由多个矩阵状设置的微型光学系统(3)形成，其中每个微型光学系统(3)具有微型入射光学器件(30)、与微型入射光学器件(30)相关联的微型出射光学器件(31)以及微型光圈(32)，其中所有微型入射光学器件(30)形成入射光学器件(4)，所有微型出射光学器件(31)形成出射光学器件(5)，以及所有微型光圈(32)形成光圈装置(6)，其中所述光圈装置(6)设置在与投影装置(2)的主放射方向(Z)基本上正交的平面中，并且入射光学器件(4)、出射光学器件(5)和光圈装置(6)设置在基本上彼此平行的平面中，其中每个微型光学系统(3)的微型光圈(32)具有光学有效的边缘(320、320a、320b、320c、320d、320e)，其中将微型光学系统(3)的整体划分为至少两个微型光学系统组(G1、G2、G3)，其中在由不同的微型光学系统组(G1、G2、G3)构成微型光学系统(3)的情况下，光学有效的边缘(320、320a、320b、320c、320d、320e)相对于相应的微型出射光学器件(31)在中间图像平面内不同地定位。

Description

由微型光学器件构成的投影装置、光模块和机动车前照灯
技术领域
本发明涉及一种用于机动车前照灯的光模块的投影装置，所述投影装置由多个矩阵状设置的微型光学系统形成，其中每个微型光学系统具有微型入射光学器件、与微型入射光学器件相关联的微型出射光学器件以及设置在微型入射光学器件和微型出射光学器件之间的微型光圈(Mikro-Blende)，所述微型光学系统优选由这些元件构成，其中所有微型入射光学器件形成入射光学器件，所有微型出射光学器件形成出射光学器件，以及所有微型光圈形成光圈装置，其中所述光圈装置设置在(刚好一个)基本上与所述投影装置的主放射方向正交的平面中，设置在中间图像平面中(意即所有微型光圈位于相同的中间图像平面中)，并且所述入射光学器件、出射光学器件和光圈装置设置在基本上彼此平行的平面中。
本发明还涉及一种具有至少一个上文提及的投影装置的光模块和一种具有至少一个这种光模块的机动车前照灯。
背景技术
从现有技术中已知上述类型的投影装置(参见WO 2015/058227 A1、WO 2017/066817 A1、WO 2017/066818 A1)。这种投影装置经常在用于机动车前照灯的所谓的微型投影光模块中使用。名称“微型投影光模块”归因于各个光学器件--微型光学器件或微透镜--的表征性尺寸。所述尺寸，例如该光学器件的光入射面或光出射面的直径优选位于微米范围内，尤其位于亚毫米范围内。上文提及的微型入射光学器件和微型出射光学器件同样能够具有表征性尺寸，例如其光入射面的直径位于微米范围内，优选位于亚毫米范围内。在这种情况下，微型光圈具有相应的尺寸。在此应注意的是，所述微型光学器件-微型入射光学器件和/或微型出射光学器件能够不同地构成。
申请人的国际申请WO 2015/058227 A1示出一种用于机动车前照灯的微型投影光模块，所述微型投影光模块包括至少一个光源以及至少一个投影装置，所述投影装置将从至少一个光源出射的光以至少一个光分布的形式成像到位于机动车前方的区域中，其中所述投影装置包括：入射光学器件，所述入射光学器件由微型入射光学器件的阵列构成；出射光学器件，所述出射光学器件由微型出射光学器件的阵列构成，其中与每个微型入射光学器件关联有刚好一个微型出射光学器件，其中所述微型入射光学器件构成为和/或所述微型入射光学器件和微型出射光学器件相对于彼此设置为，使得从微型入射光学器件射出的光刚好仅射入相关联的微型出射光学器件中，并且其中由微型入射光学器件预成形的光由所述微型出射光学器件作为至少一个光分布成像到位于机动车前方的区域中。
在申请人的国际申请WO 2017/066817 A1中讨论了一种用于车辆前照灯的微型投影光模块，所述微型投影光模块包括至少一个光源以及至少一个投影装置，所述投影装置将由至少一个光源射出的光以至少一个光分布的形式成像到位于机动车前方的区域中，其中所述投影装置具有入射光学器件和出射光学器件，所述入射光学器件具有一个、两个或更多个微型入射光学器件，所述微型入射光学器件优选以阵列的形式设置，所述出射光学器件具有一个、两个或更多个微型出射光学器件，所述微型出射光学器件优选以阵列的形式设置，其中与每个微型入射光学器件关联有刚好一个微型出射光学器件，其中所述微型入射光学器件构成为和/或所述微型入射光学器件和所述微型出射光学器件相对于彼此设置为，使得基本上从微型入射光学器件射出的所有的光刚好仅射入相关联的微型出射光学器件中，并且其中由所述微型出射光学器件预成形的光由微型出射光学器件作为至少一个光分布成像到位于机动车前方的区域中。
此外，申请人的国际申请WO 2017/066818 A1示出一种用于机动车前照灯的微型投影光模块，所述微型投影光模块包括至少一个光源以及至少一个投影装置，所述投影装置将由至少一个光源射出的光以至少一个光分布的形式成像到位于机动车前方的区域中，其中所述投影装置包括入射光学器件和出射光学器件，所述入射光学器件具有一个、两个或更多个微型入射光学器件，所述微型入射光学器件优选以阵列的形式设置，所述出射光学器件具有一个、两个或更多个微型出射光学器件，所述微型出射光学器件优选以阵列的形式设置，其中与每个微型入射光学器件关联有刚好一个微型出射光学器件，其中所述微型入射光学器件构成为和/或所述微型入射光学器件和所述微型出射光学器件相对于彼此地设置为，使得基本上从微型入射光学器件射出的所有光刚好仅射入相关联的微型出射光学器件中，并且其中由所述微型出射光学器件预成形的光由微型出射光学器件作为至少一个光分布成像到位于机动车前方的区域中，其中在所述入射光学器件和所述出射光学器件之间设置有第一光圈装置。
上述类型的投影装置的入射光学器件、出射光学器件和光圈装置能够施加、例如压制或粘合到由玻璃或塑料制成的共同的基板上。对于涉及微型光学系统的其它细节，在此处参考WO 2015/058227 A1、WO 2017/066817 A1、WO 2017/066818 A1以及申请人的涉及微型投影光模块和系统的其它申请。因此，在前述微投影光模块中的入射光学器件、出射光学器件和光圈装置能够分别形成单个结构，其中这些结构彼此对齐，以便能够投射预设的光分布。优选的是，所述结构(入射光学器件、出射光学器件、光圈装置)在彼此对齐的状态下不可移动地相互连接，例如粘合，以便在行驶和随后的再调节期间能够避免失谐。
借助微型投影光模块产生的光分布形成为多个微型光分布-光分布的叠加，其通过各个微型光学系统成形。如果将微型光学系统合并成特定的微型光学系统组，那么每个微型光学系统组设立为用于使部分光分布成形。所述部分光分布同样是多个微型光分布的叠加。所述光分布或总体光分布是部分光分布的叠加。
上述投影装置或光模块的缺点例如在于，设定明暗过渡的锐度，例如设定近光分布的明暗边界的锐度系数是非常困难的并且也不能动态地改变。例如，在WO 2015031924A1中公开的用于借助于铣削来柔化梯度的光学结构施加到透镜的表面上。所述铣削对于透镜而言可能需要一天的时间。
明暗过渡的锐度或明暗边界的锐度系数通常也称为明暗过渡的或明暗边界的梯度。
发明内容
本发明的目的在于，从微型光学系统中消除常规的投影装置的缺点。
根据本发明，上述目的借助上述类型的投影装置通过如下方式实现：每个微型光学系统的微型光圈具有光学有效的边缘，所述边缘优选同样位于中间图像平面中，所述边缘优选设立为用于，能够形成/成形微型光分布的明暗边界，其中将微型光学系统的整体划分为至少两个微型光学系统组，其中在由不同的微型光学系统组构成的微型光学系统的情况下，所述光学有效的边缘相对于相应的微型出射光学器件在中间图像平面内不同地定位。
如通常那样，将光圈(微型光圈)的光学有效的边缘理解为：所述边缘在光图像中作为可见的对于光技术重要的明暗过渡，例如将可见的明暗边界成像。将对于照明技术重要的明暗过渡，例如明暗边界通常应理解为有针对性地生成的那些明暗过渡，如照明区段的边界或近光分布的明暗边界等。在照明技术方面不那么重要的明暗过渡的示例是远光分布的柔和的侧向扩展。
与在上文提及的在透镜表面上铣削光学结构的情况相比，例如借助于光刻法产生的微型光圈能够更快地制造并且能够更准确地定位。
能够有利地提出，对于在相同的微型光学系统组内的每个微型光学系统适用：微型光圈的光学有效的边缘相对于微型出射光学器件竖直地和/或水平地移动一定间距，并且该间距对于在相同的微型光学系统组内的所有微型光学系统而言是相等的，其中所述间距优选为大约0mm至大约0.1mm，例如为大约0.01mm至大约0.1mm，优选为大约0.03mm至大约0.06mm。意即，在相同的微型光学系统组内，所有光学有效的边缘都相对于相应的微型出射光学器件定位在相同的高度上。
如果所述间距等于0mm，那么对应于零位，在所述零位中，微型光圈的水平地直线地伸展的光学有效的边缘通过相应的微型光学系统成像为水平地在H-H线处伸展的微形明暗边界。
此外能够提出，每个微型光学系统组的至少一部分微型光学系统的光学有效的边缘构成为用于产生连续的水平的或竖直的部分明暗边界或具有不对称升高的部分明暗边界，其中每个这种光学有效的边缘优选构成为用于产生连续的水平的或竖直的微型明暗边界或具有不对称升高的微型明暗边界。
竖直伸展的明暗边界或明暗过渡例如能够在产生分段的部分远光分布时发生。能够期望的是，柔化竖直伸展的明暗过渡。
如上文提及的，借助于根据本发明的投影装置形成的所产生的光分布形成为多个部分光分布或微型光分布的叠加。在此适用下述术语：借助于单个微型光学系统形成微型光分布；借助于微型光学系统组形成部分光分布，所述部分光分布形成为借助于该微型光学系统组的微型光学系统形成的各个微型光分布的叠加，以及例如近光分布的光分布或整体光分布，借助于整个投影装置形成并且是各个部分光分布的叠加。例如，通过微型光学系统组形成的光分布能够彼此一致地，尤其是相同地形成(具有相同的形状)，但是相对于彼此偏移。术语微型明暗边界、部分明暗边界和明暗边界应类似地被解释。借助于唯一的微型光圈产生微型明暗边界。部分明暗边界作为微型明暗边界的叠加产生，所述微型明暗边界借助于同一微型光学系统组的微型光圈产生。光分布的或整体光分布的明暗边界作为部分明暗边界的叠加产生，所述部分明暗边界借助于形成所述投影装置的微型光学系统组产生。
此外能够有用的是，将每个微型光学系统组的微型光圈组合成微型光圈组，并且将所述微型光圈组构成为相同的，其中优选每个微型光圈构成为具有缺口的由不透光的材料制成的薄板。
在一个实施方式中能够提出，在不同的微型光学系统组中，微型入射光学器件相对于相应的微型出射光学器件定位在相同的高度上并且优选具有共同的光学轴线。在该实施方式中，不同的微型光学系统组具有不同的中间图像，所述中间图像通过将相应的微型光圈偏移产生。在此，光分布或整体光分布在这种情况下形成为具有不同定位的(例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移的)微型明暗边界的多个微型光分布的叠加。
在该处应注意的是，水平和竖直的偏移能够是不同的。在此能够实现，例如，水平地和竖直地伸展的明暗过渡的锐度被不同地设定，例如被柔化。例如有时可能有用的是，将部分远光分布的区段的竖直边界与区段的水平边界不同程度地柔化。
在另一实施方式中能够提出，在不同的微型光学系统组中，光学有效的边缘相对于相应的微型入射光学器件定位在相同的高度上，其中优选地，所述微型入射光学器件相对于相应的微型出射光学器件具有不同地伸展的(例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移的)光学轴线。由此得出，在该实施方式中，不同的微型光学系统组能够具有相同的中间图像。此外，在该实施方式中，不同的微型光学系统组的微型出射光学器件被不同地定位(例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移)。因此，不同的微型光学系统组的中间图像(相同的或不同的)以关于所述投影装置的光学轴线不同的角度进行投影。因此，光分布或整体光分布在该情况下作为多个的微型光分布的叠加形成，所述多个微型光分布具有定位在相同高度上的微型明暗边界，其中所述微型光分布的高度相对于彼此偏移(不同地，例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移地，定位)。
此外，能够提出，所述微型光学系统具有每0.1mm大约3°的成像比例。成像比例的其它值是可能的。
此外能够有用的是，不同的微型光学系统组彼此分开地构成并且优选相互间隔开地构成。在此能够产生进一步的制造优势。此外，在调整在不同的微型光学系统组之间的间距时能够减小串扰。
不言而喻，不同的微型光学系统组也能够是一件式的。在此，每个微型光学系统组的微型入射光学器件、微型出射光学器件和微型光圈能够分别形成单个结构。例如，所述单个结构能够施加在一个或多个玻璃或塑料基板上和/或在一个或多个玻璃或塑料基板上相互粘合。
上述目的也借助具有根据本发明的投影装置的用于机动车前照灯的光模块来实现，其中所述光模块还包括光源，所述光源优选是基于半导体的光源，尤其是LED光源，并且所述投影装置沿光放射方向位于光源的下游，并且由光源产生的优选基本上全部的光以光分布的形式投影到位于光模块前方的区域中，所述光分布例如是具有明暗边界的前区光分布或者具有或不具有信号灯光分布的近光分布，其中形成分别具有部分明暗边界的由多个彼此叠加的部分光分布构成的光分布，其中每个部分光分布由刚好一个微型光学系统组形成，并且所述部分明暗边界一起形成明暗边界。
因此，不同的部分光分布的部分明暗边界不同地设置(例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移)。
此外能够证明为有用的是，所述部分明暗边界沿着竖直线(关于H-H线)和/或水平线(关于V-V线)相对于彼此偏移一定角度，其中所述角度的值为大约0°至大约6°，例如为大约1°至大约3°，优选为大约2°。
术语H-H线对于本领域技术人员应是清楚的。通常将在照明技术实验室中在用于测量由机动车前照灯或机动车前照灯光模块产生的光分布的测量屏幕上的坐标系的水平的线(横坐标轴)称为H-H线。H-H线通常也称为水平线或水平方向。与H-H线正交的纵轴线被称为V-V线或竖直线。
在实践中已被证实的实施方式中能够提出，所述部分明暗边界(和因此而出现的明暗边界)基本上笔直地伸展或具有不对称升高。
优选的是，所述光源设立为用于产生准直光。
具体而言，所述光源能够包括用于准直光的光学元件和位于用于准直光的光学元件上游的、优选基于半导体的发光元件，例如LED光源(由多个，优选可单独控制的LED构成)，其中用于准直光的光学元件例如是准直器或用于准直光的前置光学器件(例如由硅树脂制成)或TIR透镜。“TIR”表示“全内反射”。
在光模块的一个特别有利的实施方案中能够提出，所述光源具有至少两个发光区域，其中每个单独的发光区域能够独立于所述光源的其它发光区域进行控制，例如可接通和关断，并且与每个发光区域关联有至少一个，优选刚好一个微型光学系统组，使得由相应的发光区域产生的光直接地(意即，不在其它光学活性的面、元件等上折射、反射、偏转或以其它方式和方法改变其强度和/或传播方向)并且仅射到与该发光区域相关联的微型光学系统组上。
附图说明
在下述附图中，除非另有说明，相同的附图标记表示相同的特征。
下面借助于在附图中图解说明的示例性的实施方式详细阐述本发明连同其它优点。在所述附图中示出：
图1示出具有由多个微型光学系统构成的投影装置的照明设备的立体图；
图1a示出图1的微型光学系统之一的分解图；
图1b示出图1a的微型光学系统的截面A-A；
图2a示出照明设备的立体图，所述照明设备具有带有多个发光区域的光源和带有并排设置的微型光学系统组的投影装置；
图2b示出具有上下叠置的微型光学系统组的投影装置的放大的局部；
图3示出照明设备的立体图，所述照明设备具有带有多个发光区域的光源和多个投影装置；
图4示出两个并排设置的微型光圈组；
图5a示出微型光圈组；
图5b示出图5a的微型光圈组的局部和微型光分布；和
图6示出具有信号灯光分布的近光分布。
具体实施方式
所述附图是仅示出对于解释本发明能够有帮助的这些组件的示意图。本领域技术人员立即认识到，投影装置和用于机动车前照灯的光模块能够具有在此未示出的多个另外的组件，如设定和调节装置、供电机构等等。
为了更易于读出并且在适当的情况下为附图设有参考轴线。所述参考轴线涉及本发明主题在机动车中的专业的安装方位，并且是机动车有关的坐标系。
此外应该清楚：与方向相关的术语，例如“水平”、“竖直”、“上方”、“下方”等应结合本发明以相对含义来理解，并且要么涉及本发明主题在机动车中的上文提及的专业的安装方位，要么涉及所放射的光分布在光图像中或在交通空间中的专业上常见的定向。
因此，所述参考轴线和方向相关的术语都不解释为限制性的。
图1示出用于机动车前照灯的照明设备1，所述照明设备能够对应于根据本发明的光模块。所述照明设备1包括投影装置2，所述投影装置由多个矩阵状设置的微型光学系统3形成，其中每个微型光学系统3具有微型入射光学器件30、与所述微型入射光学器件30相关联的微型出射光学器件31和设置在所述微型入射光学器件30和微型出射光学器件31之间的微型光圈32。优选地，每个微型光学系统3由刚好一个微型入射光学器件30、刚好一个微型出射光学器件31和刚好一个微型光圈32构成(参见在图1a中的这种微型光学系统的分解图)。在此，所有微型入射光学器件30形成例如一件式的入射光学器件4。类似地，所有微型出射光学器件31形成例如一件式的出射光学器件5，而所述微型光圈32形成例如一件式的光圈装置6。因此，所述入射光学器件4、所述出射光学器件5和所述光圈装置形成例如一件式的投影装置2。例如在图3中能够得出非一件式构成的投影装置2的一个示例。所述光圈装置6设置在与所述投影装置2的主放射方向Z基本上正交的平面中，设置在中间图像平面322中。因此，所有的微型光圈32同样位于中间图像平面322中。所述入射光学器件4、所述出射光学器件5和所述光圈装置6设置在基本上彼此平行的平面中。
此外，每个微型光学系统的微型光圈32具有光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e。优选地，所述光学有效的边缘同样位于微型中间图像平面322中。所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e能够设立或构成为用于，能够产生微型光分布的明暗边界，所谓的微型明暗边界3200、3201(参见图5b)。微型光分布通过穿过相应的微型光学系统3的光形成。因此，优选地，每个微型光学系统3形成刚好一个微型光分布，并且反之：每个微型光分布优选由刚好一个微型光学系统3形成。所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e能够具有不同的伸展走向。如果如在图1b中所示出的，所述微型光圈32构成为在否则不透光的薄板中的缺口，则在这种情况下构成为缺口边界的所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e具有封闭的形状。在此，所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e的至少一部分设立/构成为用于成形/形成微形明暗边界3200、3201。在图1a、4、5a和5b中所示出的微型光圈中，该部分是所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e的下部部分。
根据本发明，微型光学系统3的整体被分为至少两个微型光学系统组G1、G2、G3。各个微型光学系统组G1、G2、G3的区别在于，所述微型光学系统组包括微型光学系统3，所述微型光学系统3的光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于相应的微型出射光学器件31在中间图像平面322内不同地定位，例如竖直和/或水平地偏移。在此有用的是，所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于在相同的微型光学系统组G1、G2、G3内的相应的微型出射光学器件32的位置是相同的。
例如，所述微型光圈32能够整体地定位在微型光学系统组，例如G1内，使得所述微型光圈相对于相应的微型出射光学器件31不具有竖直和/或水平的偏移，这例如在此定心的微型光学系统3(参见下文)。如果该微型光圈32的光学有效的边缘320b、320d例如设立为用于，能够形成用于近光分布的微型明暗边界3200、3201，例如在图6中所示出，那么产生不具有竖直的(关于H-H线HH)和/或水平的(关于V-V线VV)偏移的部分明暗边界(即由微型光学系统组形成的明暗边界)。同时，所述微型光圈32能够整体地定位在另一微型光学系统组，例如G2中，使得所述微型光圈相对于相应的微型出射光学器件31竖直地(已示出)和/或水平地(未示出)偏移一定间距(不为零)，因此在光学有效的边缘的相对位置和不同的微型光学系统组G1、G2、G3的相应的微型出射光学器件之间产生差异。因此，图1的微型光学系统组G2的微型光学系统3能够用于产生用于近光分布的微型明暗边界，所述微型明暗边界关于H-H线HH例如竖直地偏移。如已经提到的，借助于不同的微型光学系统组G1、G2、G3提供的相对于彼此偏移的微型明暗边界在光图像中重叠，由此可以产生近光分布的对于人眼可感知为舒适的、柔和的明暗边界。
应清楚的是，上述示例不局限于近光分布的明暗边界，而是能够概况为一般的明暗过渡。
例如能够参考附图1a和1b可以理解地阐述，如何能够实现将光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于相应的微型出射光学器件31定位在不同的高度上。图1a示出唯一的微型光学系统3的立体图。图1b示出图1a的A-A截面。在这些附图中所示出的微型光学系统3定心：所述微型入射光学器件30和所述微型出射光学器件31具有共同的光学轴线MOA，并且所述微型光圈32定位在微型中间图像平面322中，使得其光学有效的边缘320，如在此所述，成形为用于构成具有不对称升高的微型明暗边界，其邻接所述微型光学系统3的光学轴线MOA。这表示：(从微型入射光学器件30的侧)入射到在图1a中示出的定心的微型光学系统3上的准直光束以微型光分布的形式成像，所述微型光分布具有至少部分地位于H-H线上的微型明暗边界。这种定心的微型光学系统例如能够组合成微型光学系统组，如在图1中的微型光学系统组G1。
如果例如图1a，1b的微型光圈32或微型出射光学器件31竖直地(沿着X方向)偏移。也能够考虑在此未示出的水平偏移(沿着Y方向)。在微型出射光学器件31偏移的情况下，整个微型光学系统3是偏心的，所述微型入射光学器件30的和所述微型出射光学器件31的光学轴线不再重合。在这两种情况下，所述微型光分布的微型明暗边界也会偏移。这种“非理想地定心的”微型光学系统例如能够组合成另一微型光学系统组，如在图1中的微型光学系统组G2。竖直的和/或水平的偏移还表示：所述光学有效的边缘和所述微型出射光学器件留在其原始平面中。
回到图1，图1示出两个并排设置的微型光学系统组G1、G2、G3，其中一个微型光学系统组，即所述微型光学系统组G2，由偏心的微型光学系统(所述微型出射光学器件31向下移动间距h2)形成(也参见图2a)。
如在图2b中可识别的，不同的微型光学系统组G1、G2、G3也能够上下相叠地设置。
所述投影装置2也能够包括多个微型光学系统组。
对于每个单独的微型光学系统组G1、G2、G3适宜的能够是，对于每个微型光学系统3在该一个微型光学系统组G1、G2、G3内适用，所述微型光圈32的所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于所述微型出射光学器件31竖直偏移间距h1、h2，并且该间距h1、h2对于在相同的微型光学系统组G1、G2、G3内的所有微型光学系统3而言是相等的，其中所述间距hl、h2优选为大约0(参见图1、2a的微型光学系统组G1)mm至大约0.1mm，例如为大约0.01mm至大约0.1mm，优选为大约0.03mm至大约0.06mm。
等于零的间距诸如例如在图1或2a中的h1对应于所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e的零位，并且当所述微型光学系统3是定心的(参见上文)时产生所述间距。借助设置在零位中的光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e能够产生在0°的情况下位于V-V线VV(与H-H线HH正交的坐标轴)上的微型明暗边界。
如已经提及的，每个微型光学系统组G1、G2、G3中的至少一部分微型光学系统3的光学有效的边缘能够构成为用于产生连续的、水平的明暗边界3200，例如在图4或图5a中的所述边缘320a、320c或320e，或者具有不对称升高的明暗边界3201，例如在图4或图5中的边缘320b和320d。
还从图4中能够得出，每个微型光学系统组G1、G2、G3的微型光圈32能够被组合成(刚好)一个微型光圈组MG1、MG2，其中所述微型光圈组MG1、MG2相同地构成。可设想的是，所述投影装置2的所有微型光圈32相同地构成。
尤其在图1a、4、5a和5b中能够识别，每个微型光圈32能够构成为具有缺口321、321a、321b、321c、321d、321e的由不透光的材料制成的薄板。如已经提及的，所述缺口的内边缘能够形成光学有效的边缘。在该情况下，所述光学有效的边缘的下部部分能够设立/构成为用于成形/形成用于近光分布的微型明暗边界。
如已经提及的，不同的微型光学系统组G1、G2、G3的微型入射光学器件30能够相对于相应的微型出射光学器件31定位在相同的高度上，并且优选具有共同的光学轴线OA。在此，属于不同的微型光学系统组G1、G2、G3并且能够组合成不同的微型光圈组MG1、MG2的微型光圈不同地(例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移地)定位。图4能够识别，微型光圈组，在此是第一微型光圈组MG1，关于(共同的)光学轴线OA(向下)移动间距h3。在此，另一微型光圈组，在此是第二微型光圈组MG2，能够关于(共同的)光学轴线OA移动另一间距h4。
图4示出一个示例，其中所述微型光圈组MG1、MG2沿相同方向偏移。不言而喻，所述微型光圈组能够沿不同的竖直方向(向上或向下)偏移。在间距h3、h4之间产生相对间距h34。所述微型光圈组也能够沿(不同的)水平方向偏移(未示出)。
如已经提及的，图1、2a、2b示出下述实施例，其中在不同的微型光学系统组G1、G2、G3中，所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于相应的微型入射光学器件31定位在相同的高度，其中优选地，所述微型入射光学器件30相对于相应的微型入射光学器件31具有不同地(例如竖直和/或水平偏移的)伸展的光学轴线，即是偏心的。
所述微型光学系统3例如能够具有每0.1mm大约3°的成像比例。能够设想其它成像比例，并且所述成像比例取决于所述微型光学系统3的相应的实施方案。也就是说，在这种微型光学系统3中所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于微型出射光学器件31相对偏移大约0.1mm引起大约3°的沿着V-V线VV(即在角空间中)的通过该光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e产生的明暗过渡，例如微型明暗边界的偏移。
在该处应注意的是，不同的微型光学系统组G1、G2、G3能够彼此分开地构成并且优选彼此间隔开。这例如能够在图3中可识别。
所述照明设备1还具有光源7，优选是基于半导体的光源，尤其是LED光源，其中所述投影装置2沿光放射方向Z位于所述光源7的下游，并且由光源7产生的优选基本上全部的光以光分布的形式投影到位于所述照明设备1前方的区域中，所述光分布例如呈具有明暗边界80，具有或不具有信号灯光分布81的近光分布8(参见图6)或者前区光分布形式。所述光分布通常由多个彼此叠加的部分光分布形成，所述部分光分布分别具有部分明暗边界，其中每个部分光分布由刚好一个微型光学系统组G1、G2、G3形成，并且所述部分明暗边界一起形成明暗边界。所述部分明暗边界本身由多个微型明暗边界形成。此外从上述内容中得出，不同的部分光分布的部分明暗边界不同地(例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移地)设置。
在此，部分明暗边界能够沿着竖直线(V-V线VV)或沿着水平线/水平面(H-H线HH)相互偏移一定角度，其中该角度的值为大约0°至大约3°，例如为大约1°至大约3°，优选为大约2°。因此在光图像中产生部分光分布与不同地(例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移地)定位的部分明暗边界的叠加。所述部分明暗边界(和因此出现的整个光分布的明暗边界)例如能够基本上笔直地伸展或具有不对称升高80。
所述光源7能够设立为用于产生准直光。
为此，所述光源7能够包括用于准直光的光学元件9和位于用于准直光的光学元件9上游的、优选基于半导体的发光元件10，例如LED光源，所述LED光源例如由多个、优选可单独控制的LED构成。在此，用于准直光的光学元件9例如是准直器或用于准直光的前置光学器件(例如由硅树脂制成)或TIR透镜。
如在图2a和3中能够识别的，所述光源7能够具有两个或更多个发光区域70、71、72，其中每个单独的发光区域能够独立于所述光源7的其它发光区域进行控制，例如可接通和关断。
此外，与每个发光区域70、71、72关联有至少一个，优选刚好一个微型光学系统组G1、G2、G3，使得由相应的发光区域70、71、72产生的光直接地，意即不在其它光学活性的面、元件等上折射、反射、偏转或以其它方式和方法改变其强度和/或传播方向，并且仅射到与该发光区域70、71、72相关联的微型光学系统组G1、G2、G3上。
图2a在此示出两个一件式构成的微型光学系统组G1和G2。在此，相应的微型入射光学器件、微型光圈和微型出射光学器件能够施加到同一玻璃基板上。
在图3中能够识别，所述光源7能够具有三个发光区域70、71、72，这三个发光区域与三个彼此分开地构成的并且优先彼此间隔开的微型光学系统组G1、G2、G3相关联。在此，与每个单独的发光区域70、71、72分别关联有刚好一个微型光学系统组G1、G2、G3。每个单独的发光区域能够独立于所述光源7的其它发光区域进行控制，例如可接通和关断。与每个发光区域70、71、72相关联的微型光学系统组G1、G2、G3优选设置为，使得由相应的发光区域70、71、72产生的光直接地，意即不在其它光学活性的面、元件等上折射、反射、偏转或以其它方式和方法改变其强度和/或传播方向地，射到所述微型光学系统组G1、G2、G3上。
所述发光区域70、71、72例如能够构成为基于半导体的光源并且尤其包括一个或多个LED光源。
借助根据本发明的投影装置，例如可行的是，能够设定、优选减小近光分布的明暗边界的锐度系数(也称为“梯度”)，或者通常设定、优选减小光分布的明暗过渡的锐度。如果所述微型入射光学器件和所述微型出射光学器件的表征性尺寸，例如它们的光入射面的直径位于微米范围内，优选位于亚毫米范围内，那么这尤其是有利的。在该尺寸的光学器件/透镜的情况下，借助于常规方法，例如将光学结构施加到光学器件的光出射面上，将梯度柔化(减小锐度系数)是极其困难的。通过上述根据本发明的投影装置能够减小锐度系数。
在该处应注意的是，根据ECE第112号规定，所述锐度系数目前位于0.13(最小锐度)和0.40(最大锐度)之间。
此外，根据本发明的光模块不仅能够实现梯度的静态柔化(参见上文)，而且也能够实现动态设定，优选减小锐度系数。将动态设定理解为在光模块运行期间的设定。对于能够实现动态设定的光模块的示例是具有光源的光模块，所述光源具有多个发光区域，其中所述发光区域如上所述能够单独地控制。例如，图2a和3的照明设备为能够实现动态设定锐度系数的光模块的示例。在此，如已经提及的，能够与例如构成为基于半导体的光源的发光区域关联有一个或多个微型光学系统组。这种系统：发光区域和与发光区域相关联的至少一个微型光学系统组能够设定为预设的锐度系数，意即，设立为用于，能够产生具有明暗边界的部分光分布，所述明暗边界具有预设的锐度系数。例如可设想一种光模块，所述光模块包括三个具有大约0.35的锐度系数的这种系统和一个具有大约0.19的锐度系数的系统。已证实的是，在接通光模块的所有四个系统的状态下产生具有大约0.28的锐度系数的明暗边界。此外得出，如果接通所有四个系统，则具有锐度系数为大约0.19的三个系统和锐度系数为大约0.35的一个系统的光模块产生具有锐度系数为大约0.21的明暗边界的光分布。该示例能够识别，具有带有不同的锐度系数的多个这种系统的光模块动态设定，减小和提高，所述光分布的明暗边界以及普遍地动态设定，减小和提高光分布的明暗过渡的锐度是可行的。因此能够实现可变的、优选与行驶情况相关的锐度系数。这在各种不同的行驶情况下能够是有利的。在黑暗的环境中(例如在乡间道路上)，柔和的(较小的)锐度系数是有利的，以便使明暗过渡，优选近光分布的明暗边界设计为更舒适的。另一方面，柔和的锐度系数会带来下述风险：对于迎面车辆和/或行人而言更加刺眼。因此，在具有环境照明的城市中能够有利的是，切换为更硬的(更高的)锐度系数。
能够根据预设的梯度来计算光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于相应的微型出射光学器件31在中间图像平面内的根据本发明的相对位置。因此，在光模块的情况下例如能够实现梯度(锐度系数)的柔化。
在常规的照明设备中，例如能够通过将光学结构施加到透镜表面上来柔化所述梯度(例如参见申请人的WO 2015031924 A1)。在此基于原始的(未经修改的)光分布，所述光分布具有带有需要柔化的梯度的明暗边界或明暗过渡。目标：柔化的梯度被预设。根据该规定计算/确定散射函数。通过借助该散射函数对未经修改的光分布进行卷积，产生修改后的光分布，该修改后的光分布具有根据规定变得柔和的梯度。在此，散射函数起到权重函数的作用。借助散射函数，为所述光学结构，在WO 2015031924A1的情况下，计算在透镜表面上各个凸起的形状。根据该计算，将所述光学结构(各个凸起)施加到透镜表面上。
如已经描述的，在本发明中，所述锐度系数会受到光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于相应的微型出射光学器件31的不同的相对位置的影响。因此，不再需要将所述光学结构耗费地施加到透镜表面上(铣削这种结构对于透镜而言可能需要花费一天的时间)。如也在上述方法中那样，将梯度预设为目标，所述梯度通常小于未经修改的光分布的梯度。根据此规定计算/确定散射函数。现在，对于所有微型光学系统组G1、G2、G3，所述散射函数能够换算所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于在中间图像平面内的相应的微型出射光学器件31的相对位置，使得在借助该散射函数对原始的(未修改的)光分布进行卷积时产生具有预设的梯度的光分布。在此，基础构思在于，光学有效的边缘相对于相应的微型出射光学器件从其零位(零位置)的偏移引起光分布或光图像的相应的、例如与成像比例相关的偏移。将零位理解为下述方位，在所述方位中光学有效的边缘不会相对于相应的微型出射光学器件偏移并且例如在微型近光分布的情况下成像为不偏移的明暗边界。因此通常情况下存在离散的(有限的)数量的光学有效的边缘，卷积能够理解为相应地相对于彼此偏移的微型光分布(微型远光分布或近光分布)的总和(叠加)。
如已经解释的那样，微型光圈相对于相应的微型出射光学器件的偏移表示光图像的与成像比例相关的偏移。由于这种关系，代表梯度的预设的变化的所述散射函数能够从在球坐标系中的角坐标([°])换算为笛卡尔坐标[mm]。根据散射函数在笛卡尔坐标中的显示，能够确定在每个微型光学系统组G1、G2、G3中所述光学有效的边缘320、320a、320b、320c、320d、320e相对于相应的微型出射光学器件31在所述中间图像平面内的相对位置以及在每个微型光学系统组G1、G2、G3中的微型光学系统的数量。
例如，光分布偏移2°能够对应于所述微型光圈偏移0.06mm。在此，所述强度值能够对应于相应的微型光学系统组G1、G2、G3中的微型光学系统的数量。也就是说，坎德拉加权因子被换算为多个不同的位置。
在权利要求中的附图标记仅用于更好地理解本发明，而在任何情况下都不表示对本发明的限制。
只要并非必然从上述实施方式之一的说明得出，就认为：所描述的实施方式能够任意进行相互组合。其中这表示，一个实施方式的技术特征也能够单独地和彼此无关地根据意愿与另一实施方式的技术特征组合，以便能够以这种方式实现本发明的另一实施方式。

Claims (15)

1.一种用于机动车前照灯的光模块(1)的投影装置(2)，所述投影装置由多个矩阵状设置的微型光学系统(3)形成，其中每个微型光学系统(3)具有微型入射光学器件(30)、与所述微型入射光学器件(30)相关联的微型出射光学器件(31)以及微型光圈(32)，其中所有微型入射光学器件(30)形成入射光学器件(4)，所有微型出射光学器件(31)形成出射光学器件(5)，以及所有微型光圈(32)形成光圈装置(6)，其中所述光圈装置(6)设置在与所述投影装置(2)的主放射方向(Z)正交的平面中，设置在中间图像平面中，并且所述入射光学器件(4)、所述出射光学器件(5)和所述光圈装置(6)设置在基本上彼此平行的平面中，
其特征在于，
每个微型光学系统(3)的所述微型光圈(32)具有光学有效的边缘(320、320a、320b、320c、320d、320e)，其中将所述微型光学系统(3)的整体划分为至少两个微型光学系统组(G1、G2、G3)，其中在由不同的微型光学系统组(G1、G2、G3)构成微型光学系统(3)的情况下，所述光学有效的边缘(320、320a、320b、320c、320d、320e)相对于相应的所述微型出射光学器件(31)在所述中间图像平面内不同地定位。
2.根据权利要求1所述的投影装置，
其特征在于，
对于在相同的微型光学系统组(G1、G2、G3)内的每个微型光学系统(3)适用：所述微型光圈(32)的所述光学有效的边缘(320、320a、320b、320c、320d、320e)相对于所述微型出射光学器件(31)竖直地和/或水平地移动一定间距(h1、h2、h3、h4)，并且该间距(h1、h2、h3、h4)对于在相同的微型光学系统组(G1、G2、G3)内的所有微型光学系统(3)而言是相等的，其中所述间距(h1、h2、h3、h4)优选为大约0mm至大约0.1mm，例如为大约0.01mm至大约0.1mm，优选为大约0.03mm至大约0.06mm。
3.根据权利要求1或2所述的投影装置，
其特征在于，
每个微型光学系统组(G1、G2、G3)的所述微型光学系统(3)的至少一部分的所述光学有效的边缘(320、320a、320b、320c、320d、320e)构成为用于产生连续的水平的或竖直的部分明暗边界或具有不对称升高的部分明暗边界，其中每个这种光学有效的边缘(320、320a、320b、320c、320d、320e)优选构成为用于产生连续的水平的或竖直的微型明暗边界(3200)或具有不对称升高的微型明暗边界(3201)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的投影装置，
其特征在于，
每个微型光学系统组(G1、G2、G3)的所述微型光圈(32)组合成微型光圈组(MG1、MG2)，并且所述微型光圈组(MG1、MG2)构成为相同的，其中优选每个微型光圈(32)构成为具有缺口(321、321a、321b、321c、321d、321e)的由不透光的材料制成的薄板。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的投影装置，
其特征在于，
在不同的微型光学系统组(G1、G2、G3)中，所述微型入射光学器件(30)相对于相应的所述微型出射光学器件(31)定位在相同的高度上并且优选具有共同的光学轴线。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的投影装置，
其特征在于，
在不同的微型光学系统组(G1、G2、G3)中，所述光学有效的边缘(320、320a、320b、320c、320d、320e)相对于相应的所述微型入射光学器件(30)定位在相同的高度上，其中优选地，所述微型入射光学器件(30)相对于相应的所述微型出射光学器件(31)具有不同地、例如竖直和/或水平地相对于彼此偏移地伸展的光学轴线。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的投影装置，
其特征在于，
所述微型光学系统(3)具有每0.1mm大约3°的成像比例。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的投影装置，
其特征在于，
不同的所述微型光学系统组(G1、G2、G3)彼此分开地构成并且优选相互间隔开。
9.一种用于机动车前照灯的光模块(1)，所述光模块具有根据权利要求1至7中任一项所述的投影装置(2)以及光源(7)，其中所述投影装置(2)沿光放射方向位于所述光源(7)的下游，并且由所述光源(7)产生的光以具有明暗边界(80)的光分布(8)的形式投影到位于所述光模块前方的区域中，其中所述光分布由多个分别具有部分明暗边界的彼此叠加的部分光分布形成，其中每个部分光分布由刚好一个微型光学系统组形成，并且这些部分明暗边界一起形成所述明暗边界(80)。
10.根据权利要求9所述的用于机动车前照灯的光模块，
其特征在于，
所述部分明暗边界沿着竖直线和/或水平线相对于彼此偏移一定角度，其中所述角度的值为大约0°至大约3°，例如为大约1°至大约3°，优选为大约2°。
11.根据权利要求9或10所述的光模块，
其特征在于，
所述部分明暗边界基本上是笔直的，例如竖直或水平地伸展或者具有不对称升高。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的光模块，
其特征在于，
所述光源(7)设立为用于产生准直光。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的光模块，
其特征在于，
所述光源(7)包括用于准直光的光学元件(9)和位于所述用于准直光的光学元件(9)上游的、优选基于半导体的发光元件(10)，例如LED光源，其中所述用于准直光的光学元件(9)例如是准直器或用于准直光的前置光学器件或TIR透镜。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的光模块，其特征在于，所述光源(7)具有至少两个发光区域(70、71、72)，其中每个单独的发光区域能够独立于所述光源(7)的其它发光区域进行控制，例如能够接通和关断，并且与每个发光区域(70、71、72)关联有至少一个，优选刚好一个微型光学系统组(G1、G2、G3)，使得由相应的所述发光区域(70、71、72)产生的光直接地并且仅射到与该发光区域(70、71、72)相关联的微型光学系统组(G1、G2、G3)上。
15.一种机动车前照灯，所述机动车前照灯具有根据权利要求9至14中任一项所述的至少一个光模块。
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