DE102014110599A1

DE102014110599A1 - Lighting device for vehicles

Info

Publication number: DE102014110599A1
Application number: DE102014110599.0A
Authority: DE
Inventors: Bernd Fischer; Benjamin WILLEKE
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2016-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Scheinwerfer, mit einer Lichtquelle und mit einer Optikeinrichtung zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinrichtung eine Linse mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen aufweist, wobei die Optikeinrichtung eine der Lichtquelle zugewandten Primäroptikeinheit aufweist, die auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite Parallelisierungsmittel zur Parallelisierung von durch die Lichtquelle abgesandtem Licht aufweist, dass die Mikrolinsen in einer Matrix verteilt und senkrecht zu einer optischen Achse der Lichtquelle angeordnet sind, sodass ein Zwischenbild mit einer der Anzahl der Mikrolinsen übereinstimmenden Anzahl von vergrößerten und sich überlagernden Lichtverteilungssegmenten gebildet wird, und dass die Optikeinrichtung in Hauptabstrahlrichtung vor der Primäroptikeinheit eine Sekundäroptikeinheit aufweist zur Abbildung zumindest eines Teils des Zwischenbildes entsprechend der vorgegeben Lichtverteilung.The invention relates to a lighting device for vehicles, in particular headlights, with a light source and with an optical device for generating a predetermined light distribution, wherein the optical device comprises a lens having a plurality of microlenses, wherein the optical device has a primary optical unit facing the light source, which on one of Paralleling means for parallelizing light emitted by the light source, the microlenses distributed in a matrix and arranged perpendicular to an optical axis of the light source, so that an intermediate image formed with the number of microlenses corresponding number of enlarged and overlapping light distribution segments is, and that the optical device in Hauptabstrahlrichtung before the primary optics unit comprises a secondary optics unit for imaging at least a portion of the intermediate image according to the vo gives light distribution.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Scheinwerfer, mit einer Lichtquelle und mit einer Optikeinrichtung zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinrichtung ein Optikelement mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen aufweist.The invention relates to a lighting device for vehicles, in particular headlights, with a light source and with an optical device for generating a predetermined light distribution, wherein the optical device comprises an optical element having a plurality of microlenses.

Zur Erzeugung von adaptiven Lichtverteilungen ist es aus der DE 10 2008 027 320 A1 bekannt, eine Lichtquelle mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten LED-Lichtquellen und eine in Hauptabstrahlrichtung vor derselben angeordnete Optikeinrichtung vorzusehen. Eine Verkehrsraum-Erfassungseinheit, bspw. eine CCD-Kamera, ist vorgesehen, um den Verkehrsraum (Vorfeld des Fahrzeuges) nach Verkehrsobjekten zu detektieren, die durch die Lichtverteilung nicht geblendet werden sollen. In Abhängigkeit von der aktuellen Lage des Verkehrsobjekts sind die LED-Lichtquellen derart ansteuerbar bzw. ein- und ausschaltbar, sodass eine blendfreie Fernlichtverteilung erzeugt wird, die einen Entblendungsbereich aufweist, in der sich das nicht zu blendende Verkehrsobjekt befindet. Bei diesem bekannten Scheinwerfer wird somit eine adressierbare Fernlichtfunktion bereitgestellt, die eine Entblendung der im Verkehrsraum befindlichen anderen Verkehrsobjekte ermöglicht. Die mit diesem Scheinwerfer erzeugte Fernlichtverteilung setzt sich aus mehreren abgebildeten Lichtflecken zusammen, die auf einem Messschirm nebeneinander angeordnet sind. Wünschenswert ist es, die Erzeugung adaptiver Lichtverteilungen robuster und effektiver zu gestalten. For the production of adaptive light distributions, it is from the DE 10 2008 027 320 A1 It is known to provide a light source with a plurality of LED light sources arranged in the manner of a matrix and an optical device arranged in front of the same in the main emission direction. A traffic space detection unit, for example a CCD camera, is provided in order to detect the traffic space (apron of the vehicle) for traffic objects which are not to be blinded by the light distribution. Depending on the current position of the traffic object, the LED light sources can be controlled or switched on and off, so that a glare-free high beam distribution is generated, which has a Entblendungsbereich in which the non-glaring traffic object is. In this known headlight thus an addressable high beam function is provided, which allows a glare of the other traffic objects located in the traffic area. The high beam distribution generated by this headlamp is composed of a plurality of imaged light spots, which are arranged side by side on a screen. It is desirable to make the generation of adaptive light distributions more robust and effective.

Aus der DE 10 2012 107 427 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der eine als Linse ausgebildete Optikeinrichtung mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen vorgesehen ist. Die dort eingesetzten Mikrolinsen bewirken eine Streuung der Lichtstrahlen bezüglich einer Hauptrichtung. From the DE 10 2012 107 427 A1 For example, an illumination device for vehicles is known in which an optical device designed as a lens is provided with a plurality of microlenses. The microlenses used there cause a scattering of the light rays with respect to a main direction.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass eine Lichtverteilung effektiver, insbesondere hinsichtlich der Homogenität und Leuchtintensität, gestaltet werden kann. Object of the present invention is to develop a lighting device for vehicles such that a light distribution can be made more effective, in particular with regard to the homogeneity and luminous intensity.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinrichtung eine der Lichtquelle zugewandten Primäroptikeinheit aufweist, die auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite Parallelisierungsmittel zur Parallelisierung von durch die Lichtquelle abgesandtem Licht aufweist, dass die Mikrolinsen in einer Matrix verteilt und senkrecht zu einer optischen Achse der Lichtquelle angeordnet sind, sodass ein Zwischenbild mit einer der Anzahl der Mikrolinsen übereinstimmenden Anzahl von vergrößerten und sich überlagernden Lichtverteilungssegmenten gebildet wird, und dass die Optikeinrichtung in Hauptabstrahlrichtung vor der Primäroptikeinheit eine Sekundäroptikeinheit aufweist zur Abbildung zumindest eines Teils des Zwischenbildes entsprechend der vorgegeben Lichtverteilung.To solve this problem, the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that the optical device comprises a primary optics unit facing the light source, which has on a side facing the light source parallelizing means for parallelizing light emitted by the light source, that the microlenses in a matrix distributed and arranged perpendicular to an optical axis of the light source, so that an intermediate image with a number of microlenses corresponding number of enlarged and overlapping light distribution segments is formed, and that the optical device in the main emission in front of the primary optics unit has a secondary optical unit for imaging at least one Part of the intermediate image according to the given light distribution.

Nach der Erfindung ist eine Optikeinrichtung vorgesehen, die aus einer Primäroptikeinheit und einer Sekundäroptikeinheit besteht. Die Primäroptikeinheit ermöglicht eine ausgeleuchtete Fläche (Zwischenbild) homogener Strahlungsstärke und homogener Farbe in einer Zwischenbildebene. Die Sekundäroptikeinheit ermöglicht die Abbildung eines in der Zwischenbildebene erzeugten Zwischenbildes der Primäroptikeinheit in den Verkehrsraum (Vorfeld des Fahrzeuges) zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung. Dadurch, dass die Primäroptikeinheit eine Matrix von Mikrolinsen aufweist, kann effektiv ein hoher Grad von Homogenität der Lichtverteilung bewirkt werden. Die Primäroptikeinheit weist Parallelisierungsmittel auf zur Parallelisierung von durch die Lichtquelle abgesandtem Licht, das dann auf die Matrix von Mikrolinsen trifft. Somit wird mittels der jeweiligen Mikrolinsen der Matrix jeweils die gesamte bzw. gleiche Lichtverteilung erzeugt. Bei Verschmutzung oder Abschattung nur eines oder weniger Mikrolinsen einer Mikrolinse oder weniger Mikrolinsen erfolgt zwar eine Lichtschwächung; die vorgegebene Lichtverteilung selbst bleibt jedoch erhalten. Das in der Zwischenbildebene erzeugte Zwischenbild setzt sich aus überlagernden Lichtverteilungssegmenten zusammen, die jeweils durch die Mikrolinsen der Matrix in vergrößerter Form abgebildet werden. According to the invention, an optical device is provided which consists of a primary optical unit and a secondary optical unit. The primary optics unit allows an illuminated surface (intermediate image) of homogeneous radiation intensity and homogeneous color in an intermediate image plane. The secondary optics unit makes it possible to image an intermediate image of the primary optics unit generated in the intermediate image plane into the traffic space (apron of the vehicle) for generating the predetermined light distribution. By having the primary optics unit having a matrix of microlenses, a high degree of homogeneity of the light distribution can be effectively effected. The primary optics unit has parallelizing means for parallelizing light emitted by the light source which then strikes the matrix of microlenses. Thus, in each case the entire or the same light distribution is generated by means of the respective microlenses of the matrix. If soiling or shading of only one or fewer microlenses of a microlens or fewer microlenses, although a light attenuation takes place; however, the predetermined light distribution itself remains. The intermediate image generated in the intermediate image plane is composed of overlapping light distribution segments, which are each imaged in an enlarged form by the microlenses of the matrix.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Primäroptikeinheit ein Optikelement auf, das auf einer der Lichtquelle zugewandten ersten Fläche die Parallelisierungsmittel und auf einer der Lichtquelle abgewandten zweiten Fläche die Matrix der Mikrolinsen aufweist. Vorteilhaft kann hierdurch Bauraum sparend ein homogenisiertes Zwischenbild erzeugt werden. According to a preferred embodiment of the invention, the primary optics unit has an optical element which has the matrix of microlenses on a first surface facing the light source and the parallelizing means on a second surface facing away from the light source. Advantageously, this space-saving a homogenized intermediate image can be generated.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die erste Fläche des Optikelementes eine asphärischen oder sphärischen Verlauf oder bei einem asphärischen Verlauf zusätzlich eine totalreflektierende weitere Fläche auf. Vorteilhaft kann hierdurch eine Parallelisierung des Lichtes erfolgen, die mittels der Matrix von Mikrolinsen zu einem Zwischenbild in der Zwischenbildebene abgebildet wird, das zum einen eine homogene Strahlungsstärke und zum anderen eine homogene Lichtfarbe aufweist. According to a development of the invention, the first surface of the optical element has an aspherical or spherical profile or, in the case of an aspherical profile, additionally a totally reflecting further surface. This advantageously makes it possible to parallelize the light, which is imaged by means of the matrix of microlenses to form an intermediate image in the intermediate image plane which, on the one hand, has a homogenous radiation intensity and, on the other hand, a homogeneous light color.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Primäroptikeinheit einen in Hauptabstrahlrichtung vor dem Optikelement angeordnetes weiteres Optikelement auf zur Verkleinerung des Zwischenbildes in der Zwischenbildebene. Dieses weitere Optikelement kann als eine Linse oder als eine Freiformoptik ausgebildet sein, sodass das Zwischenbild eine gewünschte Dimension aufweist und dann mittels der Sekundäroptikeinheit in den Verkehrsraum projiziert werden kann. According to a development of the invention, the primary optics unit has a further optical element arranged in the main emission direction in front of the optical element for reducing the intermediate image in the intermediate image plane. This further Optic element may be formed as a lens or as a free-form optics, so that the intermediate image has a desired dimension and then can be projected by means of the secondary optics unit in the traffic area.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das weitere Optikelement eine Anzahl von Mikrolinsen auf, sodass eine weiter Homogenisierung der Strahlungsstärke eintritt. According to a development of the invention, the further optical element has a number of microlenses, so that a further homogenization of the radiation intensity occurs.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das auf die Primäroptikeinheit treffende Licht vorpolarisiert ausgebildet. Das vorpolarisierte Licht kann mittels der Primäroptikeinheit auf eine beliebige Fläche in der Zwischenbildebene projiziert werden. Dieses Zwischenbild weist über die gesamte Dimension eine homogene Strahlungsstärke und ein homogene Lichtfarbe auf. Dadurch, dass das Licht vorpolarisiert ist, fallen Strahlungsverluste von bis zu 50% weg, die bei Verwendung von unpolarisiertem Licht, bspw. von LED´s erzeugt, vorliegen würden. According to a development of the invention, the light striking the primary optics unit is formed prepolarized. The pre-polarized light can be projected by means of the primary optical unit onto any surface in the intermediate image plane. This intermediate image has a homogeneous radiation intensity and a homogeneous light color over the entire dimension. As a result of the fact that the light is pre-polarized, radiation losses of up to 50% are lost, which would be present when using unpolarized light, for example from LEDs.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtquelle durch eine Anzahl von Laserdioden gebildet, die vorzugsweise unterschiedliche Emissionswellenlängen aufweisen und durch Überlagerung Licht weißer Lichtfarbe erzeugen. Durch die vorpolarisierte Laserstrahlung kann der Einsatz von Polarisatoren vermieden werden, was den Energieaufwand verringert. Dadurch, dass die Laserdioden quasi eine punktförmig emittierende Fläche aufweisen, kann der optische Wirkungsgrad von Primäroptik, Flüssigkristall-Panels und Sekundäroptik erhöht werden. According to a preferred embodiment of the invention, the light source is formed by a number of laser diodes, which preferably have different emission wavelengths and generate by superposition light white light color. By pre-polarized laser radiation, the use of polarizers can be avoided, which reduces the energy consumption. The fact that the laser diodes have a quasi-point-emitting surface, the optical efficiency of primary optics, liquid crystal panels and secondary optics can be increased.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sekundäroptikeinheit ein Flüssigkristall-Panel und eine Projektionslinse auf, wobei Pixel des Flüssigkristall-Panels in Abhängigkeit von durch eine Verkehrsraum-Erfassungseinheit bereitgestellten Sensordaten ansteuerbar sind. Damit kann eine blendfreie Fernlichtverteilung erzeugt werden, die einen Entblendungsbereich aufweist, in dem sich ein anderes Verkehrsobjekt befindet. Durch Ansteuerung der Pixel werden dynamisch der Leuchtbereich sowie der Entblendungsbereich der Lichtverteilung eingestellt. Vorteilhaft kann hierdurch eine homogene Lichtverteilung hoher Leuchtdichte erzeugt werden, wobei zur Vermeidung von Blendung anderer Verkehrsobjekte dynamisch Teilbereiche der Lichtverteilung, nämlich im Entblendungsbereich, ausgeschaltet sind. Die tatsächliche Lichtverteilung wird durch Ansteuerung des Flüssigkeitskristall-Panels erzeugt, das in oder in der Nähe der Zwischenbildebene angeordnet ist. According to a development of the invention, the secondary optics unit has a liquid crystal panel and a projection lens, with pixels of the liquid crystal panel being controllable as a function of sensor data provided by a traffic space detection unit. Thus, a glare-free high beam distribution can be generated, which has a Entblendungsbereich in which another traffic object is located. By controlling the pixels, the luminous range and the glare range of the light distribution are set dynamically. Advantageously, a homogeneous light distribution of high luminance can thereby be generated, with portions of the light distribution, namely in the glare control area, being switched off dynamically in order to avoid dazzling of other traffic objects. The actual light distribution is generated by driving the liquid crystal panel, which is arranged in or near the intermediate image plane.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Sekundäroptikeinheit auch ein Mikrospiegelfeld und/oder eine Reflektoreinheit mit Mikroreflektorflächen zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung aufweisen. Vorzugsweise kann die Beleuchtungsvorrichtung für Scheinwerfer eingesetzt werden, bei der eine Fernlichtverteilung erzeugt wird. Alternativ kann die Beleuchtungsvorrichtung auch zur Erzeugung von Heckleuchten dienen. Bspw. kann eine rote Lichtfarbe abstrahlende Laserdiode genutzt werden, um eine homogene Beleuchtung einer Fläche in einer Rückleuchte, bspw. Schlusslicht- und/oder Bremslicht zu realisieren. According to a development of the invention, the secondary optics unit can also have a micromirror field and / or a reflector unit with microreflector surfaces for generating the predetermined light distribution. Preferably, the lighting device can be used for headlights, in which a high beam distribution is generated. Alternatively, the lighting device can also be used to generate tail lights. For example. For example, a laser diode emitting red light color can be used in order to realize a homogeneous illumination of a surface in a rear light, for example tail light and / or brake light.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Further advantages of the invention will become apparent from the further subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigt: It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Primäroptikeinheit bestehend aus zwei Optikelementen und 1 a schematic representation of a lighting device with a primary optics unit consisting of two optical elements and

2 eine schematische Darstellung einer adaptiven Fernlichtverteilung. 2 a schematic representation of an adaptive high beam distribution.

Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung kann als Scheinwerfer zur Erzeugung einer vorgegeben Lichtverteilung, bspw. Fernlichtverteilung oder als eine Heckleuchte in einem Fahrzeug eingesetzt werden. A lighting device according to the invention can be used as a headlight for generating a predetermined light distribution, for example. High beam distribution or as a tail light in a vehicle.

Nach einer in der 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung dient die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer adaptiven Fernlichtverteilung, die einen Entblendungsbereich E aufweist, in dem sich ein nicht zu blendendes Verkehrsobjekt O in einem Vorfeld 20 des Fahrzeugs befindet. Die Lage des Entblendungsbereiches E ändert sich dynamisch in Abhängigkeit von der aktuell detektierten Lage des Verkehrsobjektes O. After one in the 1 illustrated embodiment, the illumination device for generating an adaptive high beam distribution, which has a Entblendungsbereich E, in which a non-glaring traffic object O in an apron 20 of the vehicle. The position of the antiglare area E changes dynamically as a function of the currently detected position of the traffic object O.

Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine RGB-Lichtquelleneinheit 1 sowie eine in Hauptabstrahlrichtung H vor derselben angeordnete Optikeinrichtung 2 auf, mittels derer die Fernlichtverteilung FL erzeugt wird. The lighting device has an RGB light source unit 1 and an optical device arranged in the main emission direction H in front of the same 2 on, by means of which the high beam distribution FL is generated.

Die RGB-Lichtquelleneinheit 1 weist eine erste Laserdiode 3 auf, die Licht roter Lichtfarbe abstrahlt. Die RGB Lichtquelleneinheit 1 weist eine zweite Laserdiode 4 auf, die Licht grüner Lichtfarbe abstrahlt. Die RGB-Lichtquelleneinheit 1 weist eine dritte Laserdiode 5 auf, die Licht blauer Lichtfarbe abstrahlt. The RGB light source unit 1 has a first laser diode 3 on, which emits light of red light color. The RGB light source unit 1 has a second laser diode 4 on, which emits light of green light color. The RGB light source unit 1 has a third laser diode 5 on, which emits light of blue light color.

Die Optikeinrichtung 2 weist eine den Laserdioden 3, 4, 5 zugeordnete Primäroptikeinheit 6 zur Erzeugung eines Zwischenbildes 7 in einer Zwischenbildebene 8 auf. Die Zwischenbildebene 8 ist vorzugsweise senkrecht zu optischen Achsen 9 der Laserdioden 3, 4, 5 angeordnet. Ferner weist die Optikeinrichtung 2 eine Sekundäroptikeinheit 10 auf, die in Hauptabstrahlrichtung H vor der Primäroptikeinheit 6 angeordnet ist. Die Sekundäroptikeinheit 10 dient zur Abbildung des Zwischenbildes 7 auf einer Messwand bzw. in dem Verkehrsraum (Vorfeld 20) entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung (Fernlichtverteilung FL). The optical device 2 has one the laser diodes 3 . 4 . 5 associated primary optics unit 6 for generating an intermediate image 7 in an intermediate image plane 8th on. The intermediate image plane 8th is preferably perpendicular to optical axes 9 the laser diodes 3 . 4 . 5 arranged. Furthermore, the optical device 2 a secondary optics unit 10 in the main radiation direction H before the primary optics unit 6 is arranged. The secondary optics unit 10 serves to image the intermediate image 7 on a measuring wall or in the traffic area (apron 20 ) according to the given light distribution (high beam distribution FL).

Die Primäroptikeinheit 6 weist eine zu der Anzahl der Laserdioden 3, 4, 5 übereinstimmende Anzahl von ersten Optikelementen 11 sowie in Hauptabstrahlrichtung H vor denselben angeordneten zweiten Optikelementen 12 auf. The primary optics unit 6 has one to the number of laser diodes 3 . 4 . 5 matching number of first optical elements 11 and in the main emission direction H before the same arranged second optical elements 12 on.

Die ersten Optikelemente 11 sind jeweils als eine Linse ausgebildet mit einer den jeweiligen Laserdioden 3, 4, 5 zugewandten ersten Fläche 13, die zur Parallelisierung von durch die jeweiligen Laserdioden 3, 4, 5 abgestrahlten Licht L dienen. Die erste Fläche 13 ist vorzugsweise konvexförmig ausgebildet. Ferner weist das erste Optikelement 11 auf einer in Hauptabstrahlrichtung H vorderen Fläche 14 eine Anzahl von matrixartig angeordneten Mikrolinsen 15 auf. Die Mikrolinsen 15 können in einer Matrix von n Zeilen und m Spalten angeordnet sein. Die zweite Fläche 14 ist vorzugsweise eben und senkrecht zu der optischen Achse 9 der jeweiligen Laserdiode 3, 4, 5 angeordnet. The first optical elements 11 are each formed as a lens with a respective laser diodes 3 . 4 . 5 facing first surface 13 for the parallelization of the respective laser diodes 3 . 4 . 5 radiated light L serve. The first area 13 is preferably convex. Furthermore, the first optical element 11 on a front in the main radiation direction H surface 14 a number of microlenses arranged in a matrix 15 on. The microlenses 15 may be arranged in a matrix of n rows and m columns. The second area 14 is preferably flat and perpendicular to the optical axis 9 the respective laser diode 3 . 4 . 5 arranged.

Auf der zweiten Fläche 14 sind die Mikrolinsen 15 unmittelbar nebeneinander angeordnet. Die n × m Mikrolinsen 15 unterteilen in einer Projektion der zweiten Fläche 14 in n × m Lichtverteilungssegmente, die vergrößert und unter Überlagerung derselben in das Zwischenbild 7 der Zwischenbildebene 8 abgebildet werden. Die zweite Fläche 14 des ersten Optikelementes 11 dient somit zur Homogenisierung des Lichtes in dem Zwischenbild 7. On the second surface 14 are the microlenses 15 arranged directly next to each other. The n × m microlenses 15 divide into a projection of the second surface 14 in n × m light distribution segments, which are enlarged and superimposed in the intermediate image 7 the intermediate image plane 8th be imaged. The second area 14 of the first optical element 11 thus serves to homogenize the light in the intermediate image 7 ,

Die erste Fläche 13 des ersten Optikelementes 11 dient zur Parallelisierung des Lichtes L. Das Zwischenbild 7 setzt sich somit als Überlagerung aller Lichtverteilungssegmente der jeweils den Laserdioden 3, 4, 5 zugeordneten ersten Optikelementen 11 zusammen. Durch die Überlagerung von den n × m Lichtverteilungssegmenten der drei ersten Optikelemente 11 werden Inhomogenitäten derselben ausgeglichen. Es ergibt sich ein homogenes Zwischenbild 7. The first area 13 of the first optical element 11 serves to parallelize the light L. The intermediate image 7 thus sets itself as a superposition of all light distribution segments of each of the laser diodes 3 . 4 . 5 associated first optical elements 11 together. By the superposition of the n × m light distribution segments of the three first optical elements 11 Inhomogeneities are compensated. This results in a homogeneous intermediate image 7 ,

Das zweite Optikelement 12 ist in einem Abstand f2 zu dem ersten Optikelement 11 angeordnet. Der Abstand f2 entspricht der Brennweite der Mikrolinsen 16 des zweiten Optikelementes 12. Bspw. können die Mikrolinsen 15 eine Brennweite aufweisen, die der Brennweite f2 der Mikrolinsen 16 des zweiten Optikelementes 12 entsprechen. Die Mikrolinsen 15 des ersten Optikelementes 11 fokussieren das Licht L auf die Mikrolinsen 16. Die Mikrolinsen 16 des zweiten Optikelementes bilden das Licht L in das Unendliche ab.The second optical element 12 is at a distance f2 to the first optical element 11 arranged. The distance f2 corresponds to the focal length of the microlenses 16 of the second optical element 12 , For example. can the microlenses 15 have a focal length, the focal length f2 of the microlenses 16 of the second optical element 12 correspond. The microlenses 15 of the first optical element 11 focus the light L on the microlenses 16 , The microlenses 16 of the second optical element image the light L into the infinite.

Die Geometrie der Mikrolinsen 15 ist maßgeblich für den Raumwinkel der Strahlungsverteilung in Hauptabstrahlrichtung H vor dem ersten Optikelement 11. Grundflächen der Mikrolinsen 15, die rechteckig ausgebildet sind, führen zu einem rechteckförmigen Zwischenbild 7. In Abhängigkeit von der Form bzw. Dimension der Mikrolinse 15 kann eine entsprechende Form des Zwischenbildes 7 mit einer homogenen Strahlungsstärkeverteilung erzeugt werden. Die Mikrolinsen 15 können eine Länge in einem Bereich zwischen 50µm und 800µm sowie eine Breite in einem Bereich zwischen 100µm und 500µm aufweisen. The geometry of the microlenses 15 is decisive for the solid angle of the radiation distribution in the main emission direction H before the first optical element 11 , Base areas of the microlenses 15 , which are rectangular, lead to a rectangular intermediate image 7 , Depending on the shape or dimension of the microlens 15 can be a corresponding form of the intermediate image 7 be generated with a homogeneous radiation intensity distribution. The microlenses 15 can have a length in a range between 50 .mu.m and 800 .mu.m and a width in a range between 100 .mu.m and 500 .mu.m.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die erste Fläche 13 des ersten Optikelementes 11 auch einen asphärischen oder sphärischen Verlauf aufweisen. Weist die erste Fläche 13 einen asphärischen Verlauf auf, kann sie zusätzlich eine totalreflektierende weitere Fläche aufweisen. Sie dienen als Parallelisierungsmittel zur Parallelisierung des von den jeweiligen Laserdioden 3, 4, 5 abgesandten Lichtes L. According to an alternative embodiment of the invention, not shown, the first surface 13 of the first optical element 11 also have an aspherical or spherical shape. Indicates the first area 13 an aspherical shape, it may additionally have a total reflecting further surface. They serve as a parallelizing means for the parallelization of the respective laser diodes 3 . 4 . 5 emitted light L.

Das zweite Optikelement 12 ist zur Verkleinerung des durch das erste Optikelement 11 erzeugten Zwischenbildes 7 vorgesehen. Es weist bspw. eine Linse, eine Freiformoptik oder ein anderes optisches System auf, mittels derer die homogene Fläche in der Zwischenbildebene 8 verkleinert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das zweite Optikelement 12 auf eine dem ersten Optikelement 11 zugewandten Seite eine Anzahl von Mikrolinsen 16 auf, die zu einer weiteren Homogenisierung der Strahlstärke führen. Bspw. kann die Anzahl der Mikrolinsen 16 des zweiten Optikelements 12 gleich der Anzahl der Mikrolinsen 15 des ersten Optikelementes 11 sein. Auf einer dem ersten Optikelement 11 abgewandten Seite weist das zweite Optikelement 12 eine Linsenfläche 19 auf, welche die Mikrolinsen des zweiten Optikelementes auf in das Unendliche abbildet.The second optical element 12 is for the reduction of the through the first optical element 11 generated intermediate image 7 intended. It has, for example, a lens, a free-form optical system or another optical system, by means of which the homogeneous surface in the intermediate image plane 8th is reduced. In the present embodiment, the second optical element 12 on a the first optical element 11 facing side a number of microlenses 16 on, which lead to a further homogenization of the radiant intensity. For example. can the number of microlenses 16 of the second optical element 12 equal to the number of microlenses 15 of the first optical element 11 be. On a first optic element 11 opposite side has the second optical element 12 a lens surface 19 on, which images the microlenses of the second optical element to the infinite.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das zweite Optikelement 12 auch weggelassen werden, sodass allein das Optikelement 11 zur Abbildung des von den Laserdioden 3, 4, 5 erzeugten Lichtes L in der Zwischenbildebene 8 dient. Da das Optikelement 11 lediglich zwei optische Flächen 13, 14 aufweist und vorzugsweise Laserdioden als Lichtquelle eingesetzt werden, kann ein relativ hoher Wirkungsgrad erzielt werden. Je höher die Anzahl der Mikrolinsen 15 ist, desto größer ist der Homogenisierungsgrad des Optikelementes 11. According to an alternative embodiment of the invention, not shown, the second optical element 12 can also be omitted, so that only the optical element 11 for imaging of the laser diodes 3 . 4 . 5 generated light L in the intermediate image plane 8th serves. Because the optical element 11 only two optical surfaces 13 . 14 and preferably laser diodes are used as the light source, a relatively high efficiency can be achieved. The higher the number of microlenses 15 is, the greater the degree of homogenization of the optical element 11 ,

Durch Verwendung lediglich der Optikelemente 11 ohne das zweite Optikelement 12 kann die Bautiefe der Beleuchtungsvorrichtung sehr gering gehalten werden. By using only the optical elements 11 without the second optical element 12 The depth of the lighting device can be kept very low.

Da jede Mikrolinse 15 zudem die gleiche Dimension des Zwischenbildes 7 abbildet, kann durch Verschmutzung oder Abdeckung von Teilbereichen des Optikelementes 11 nur der gesamte Lichtstrom reduziert, nicht aber die resultierende Lichtverteilung FL verändert werden. Because every microlens 15 In addition, the same dimension of the intermediate image 7 may be due to contamination or coverage of portions of the optic element 11 only the total luminous flux is reduced, but the resulting light distribution FL is not changed.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die Primäroptikeinheit 6 neben den ersten Optikelementen 11 und den zweiten Optikelementen 12 auch zusätzlich noch eine fokussierende Linse aufweisen. According to an alternative embodiment not shown, the primary optics unit 6 next to the first optical elements 11 and the second optical elements 12 also additionally have a focusing lens.

Die Sekundäroptikeinheit 10 weist ein Flüssigkristall-Panel 17 sowie eine Linse 19 auf. Die Linse 19 ist als Projektionslinse ausgebildet zur Abbildung des Zwischenbildes 7 entsprechend der Fernlichtverteilung FL. In einer ersten Betriebsweise der Sekundäroptikeinheit 10 sind alle Pixel des Flüssigkristall-Panels 18 eingeschaltet, sodass eine statische Fernlichtverteilung FL erzeugt wird (ohne Entblendungsbereich E). In einer zweiten Betriebsweise der Sekundäroptikeinheit 10 sind die Pixel des Flüssigkristall-Panels 17 einzeln ansteuerbar, sodass sie in Abhängigkeit von mittels einer Verkehrsraumerfassungseinheit bereitgestellter Sensordaten ein- und ausschaltbar bzw. dimmbar sind. Auf diese Weise wird der Entblendungsbereich E der Fernlichtverteilung FL erzeugt, der dynamisch so verändert wird, dass das im Ausleuchtbereich des Scheinwerfers befindliche Verkehrsobjekt O nicht geblendet wird. Es wird somit eine blendfreie Fernlichtverteilung FL erzeugt. The secondary optics unit 10 has a liquid crystal panel 17 as well as a lens 19 on. The Lens 19 is designed as a projection lens for imaging the intermediate image 7 according to the high beam distribution FL. In a first mode of operation of the secondary optical unit 10 are all pixels of the liquid crystal panel 18 switched on, so that a static high beam distribution FL is generated (without glare zone E). In a second mode of operation of the secondary optical unit 10 are the pixels of the liquid crystal panel 17 can be controlled individually, so that they can be switched on and off or dimmed as a function of sensor data provided by means of a traffic space detection unit. In this way, the glare range E of the high beam distribution FL is generated, which is dynamically changed such that the traffic object O located in the illumination area of the headlight is not dazzled. Thus, a glare-free high beam distribution FL is generated.

Die Verkehrsraumerfassungseinheit kann bspw. als eine CCD-Kamera ausgebildet sein, die die Sensordaten einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Flüssigkristall-Panels 17 liefert. In Abhängigkeit von der durch die Verkehrsraumerfassungseinheit erkannten Änderung der Verkehrssituation werden die Pixel des Flüssigkristall-Panels 17 ein- oder ausgeschaltet, sodass nur ein Teil des homogenen leuchtenden Zwischenbildes 7 mittels der Linse 19 in dem Straßenraum abgebildet wird. The traffic space detection unit may, for example, be embodied as a CCD camera which records the sensor data of a drive unit for controlling the liquid crystal panel 17 supplies. Depending on the change in the traffic situation detected by the traffic space detection unit, the pixels of the liquid crystal panel become 17 switched on or off, so that only part of the homogeneous luminous intermediate image 7 by means of the lens 19 pictured in the street space.

Nach einer alternativen Ausbildung der Erfindung kann die Sekundäroptikeinheit 10 auch ein Mikrospiegelfeld und/oder eine Reflektoreinheit mit Mikroreflektorflächen aufweisen, die zur „Abschaltung“ von Teilen des Zwischenbildes 7 dienen. According to an alternative embodiment of the invention, the secondary optics unit 10 also have a micromirror field and / or a reflector unit with microreflector surfaces, which is used to "switch off" parts of the intermediate image 7 serve.

Gemäß dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überlagert sich das Licht L der drei Laserdioden 3, 4, 5 zu einer homogenen weißen Lichtfarbe. Da jede Mikrolinse 15 zudem die gleiche Dimension des Zwischenbildes 7 abbildet, kann durch Lichtquellen verschiedenen Lichtes eine gezielte Farbmischung erfolgen. Das Licht L der Laserdioden liegt als vorpolarisierte Strahlung vor. According to the in the 1 illustrated embodiment, the light L superimposed on the three laser diodes 3 . 4 . 5 to a homogeneous white light color. Because every microlens 15 In addition, the same dimension of the intermediate image 7 can be made by light sources of different light, a targeted color mixing. The light L of the laser diodes is present as pre-polarized radiation.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auch eine einzige Laserdiode 3 vorgesehen sein zur Erzeugung einer homogenen Beleuchtungsfläche, damit eine Rückleuchte, bspw. eine Schluss/Bremsleuchte, gebildet werden kann. Die Sekundäroptikeinheit 10 ist für diesen Anwendungsfall nicht erforderlich. According to an alternative embodiment of the invention may also be a single laser diode 3 be provided to produce a homogeneous illumination surface, so that a tail light, for example. A tail / brake light, can be formed. The secondary optics unit 10 is not required for this application.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann statt der Laserdioden 3, 4, 5 auch eine Laserdiode eingesetzt werden, der ein Konverter zugeordnet ist. Der Konverter ermöglicht die Umwandlung des Laserlichtes mittels eines Leuchtstoffes in weißes Licht. According to an alternative embodiment, not shown, instead of the laser diodes 3 . 4 . 5 Also, a laser diode can be used, which is associated with a converter. The converter allows the conversion of the laser light by means of a phosphor into white light.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Lichtquelleneinheit statt Laserdioden auch eine Matrix aus LED´s aufweisen. Aufgrund der erforderlichen Polarisation des von den LED´s abgegeben Lichtes ist der optische Wirkungsgrad jedoch reduziert. According to an alternative embodiment of the invention, instead of laser diodes, the light source unit can also have a matrix of LEDs. Due to the required polarization of the light emitted by the LEDs, however, the optical efficiency is reduced.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die in 1 dargestellten ersten Optikelemente 11 einstückig miteinander verbunden sein. Darüber hinaus können die zweiten Optikelemente 12 einstückig miteinander verbunden sein. Die ersten Optikelemente bilden somit ein erstes Optikelement Array bzw. die zweiten Optikelemente 12 bilden ein zweites Optikelement Array. Vorteilhaft kann hierdurch die Montage und die Justierung zu den Lichtquellen 1 vereinfacht werden. According to an alternative embodiment of the invention, the in 1 shown first optical elements 11 be integrally connected. In addition, the second optical elements 12 be integrally connected. The first optical elements thus form a first optical element array or the second optical elements 12 form a second optical element array. Advantageously, thereby the assembly and the adjustment to the light sources 1 be simplified.

Gemäß der Ausführungsform nach 1 sind die ersten Optikelemente 11 und die zweiten Optikelemente 12 separat zueinander angeordnet, wobei eine gesonderte Justierung dieser Bauteile erforderlich ist. According to the embodiment according to 1 are the first optical elements 11 and the second optical elements 12 arranged separately from each other, with a separate adjustment of these components is required.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: RGB-Lichtquelleneinheit RGB light source unit
22: Optikeinrichtung optical device
33: Erste Laserdiode First laser diode
44: Zweite Laserdiode Second laser diode
55: Dritte Laserdiode Third laser diode
66: Primäroptikeinheit Primary optical unit
77: Zwischenbild intermediate image
88th: Zwischenbildebene Intermediate image plane
99: Optische Achse Optical axis
1010: Sekundäroptikeinheit Secondary optics unit
1111: Erstes Optikelement First optic element
1212: Zweites Optikelement Second optic element
1313: Erste Fläche First surface
1414: Zweite Fläche Second surface
15, 1615, 16: Mikrolinsen microlenses
17 17: Flüssigkristall-Panel Liquid crystal panel
1818: Linse lens
1919: Linsenfläche lens surface
2020: Vorfeld advance
Ee: Entblendungsbereich Entblendungsbereich
OO: Verkehrsobjekt Transportation Estate
HH: Hauptabstrahlrichtung main radiation
FLFL: Fernlichtverteilung Beam light distribution
LL: Licht light
nn: Zeilen row
mm: Spalten columns

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008027320 A1 [0002]
DE 102012107427 A1 [0003]

Claims

Lighting device for vehicles, in particular headlights, with a light source and with an optical device for generating a predetermined light distribution, wherein the optical device has an optical element with a plurality of microlenses, characterized in that the optical device ( 2 ) one of the light source ( 1 ) facing primary optics unit ( 6 ) located on one of the light sources ( 1 ) facing side parallelizing means ( 13 ) for the parallelization of the light source ( 1 ) emitted light (L), that the microlenses ( 15 ) distributed in a matrix and perpendicular to an optical axis ( 9 ) of the light source ( 1 ) are arranged so that in an intermediate image plane ( 8th ) an intermediate image ( 7 ) with one of the number of microlenses ( 15 ) is formed corresponding number of enlarged and overlapping light distribution segments, and that the optical device ( 2 ) in the main emission direction (H) in front of the primary optics unit ( 6 ) a secondary optical unit ( 10 ) for imaging at least part of the intermediate image ( 7 ) according to the given light distribution (FL).

Lighting device according to claim 1, characterized in that the parallelizing means of the primary optics unit ( 6 ) on one of the light sources ( 1 ) facing first surface ( 13 ) of an optical element ( 11 ) and that the matrix of microlenses ( 15 ) on one of the light sources ( 1 ) facing away from the second surface ( 14 ) of the optical element ( 11 ) are arranged.

Lighting device according to claim 2, characterized in that the first surface ( 13 ) of the optical element ( 11 ) has an aspherical or spherical course or, in the case of an aspherical course, additionally has a totally reflecting further area.

Lighting device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the primary optics unit ( 6 ) in the main emission direction (H) in front of the optical element ( 11 ) arranged further optical element ( 12 ) has to reduce the intermediate image ( 7 ) in the intermediate image plane ( 8th ).

Lighting device according to claim 4, characterized in that the further optical element ( 12 ) a number of microlenses ( 16 ) having.

Lighting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the primary optics unit ( 6 ) incident light (L) is formed as pre-polarized light.

Lighting device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light source ( 1 ) as a laser diode ( 3 . 4 . 5 ) or is designed as an LED.

Lighting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the light source ( 1 ) by a number of laser diodes ( 3 . 4 . 5 ) of different emission wavelengths is formed, each of which the same optical elements are assigned.

Lighting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the light source ( 1 ) is formed by a laser diode and a converter which converts the radiation of the laser diode into white light.

Lighting device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the secondary optical unit ( 10 ) a liquid crystal panel ( 17 ) and a lens ( 18 ), wherein pixels of the liquid crystal panel ( 17 ) are controllable in dependence on sensor data provided by a traffic space detection unit for generating a high beam distribution (FL) comprising a glare control area (E) in which another traffic object (O) is located.

Lighting device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the secondary optical unit ( 10 ) has a micromirror field and / or a reflector unit with microreflector surfaces.

Lighting device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the first optical elements ( 11 ) and / or the second optical elements ( 12 ) are present as separate components or that the first optical elements ( 11 ) are integrally connected to each other or that the second optical elements ( 12 ) are integrally connected.