DE102016211691A1

DE102016211691A1 - Apparatus and method for generating an output light emission

Info

Publication number: DE102016211691A1
Application number: DE102016211691.6A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schröder
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: WO2018001581A1; DE102016211691B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Erzeugen einer Ausgangslichtemission mit einer Lichtquelle (1) zum Emittieren von Licht. Die Vorrichtung (10) umfasst zumindest ein polarisierendes Strahlteilerelement (12, 14), auf welches zumindest ein Teil des emittierten Lichts auftrifft, wobei ein erstes reflektiertes Lichtbündel eines ersten Polarisationszustands und ein zweites transmittiertes Lichtbündel eines zweiten Polarisationszustands erzeugbar sind. Ferner umfasst sie ein Flüssigkristallelement (13, 13’, 16, 16'), welches zumindest zwei Zustände aufweist, die mittels eines Steuerelements (11a) in Abhängigkeit von einer an das Flüssigkristallelement (13, 13’, 16, 16') angelegten elektrischen Spannung ansteuerbar sind, und durch welches das erste und das zweite Lichtbündel zumindest zum Teil durchtreten. Dabei sind die Polarisationszustände des ersten und zweiten Lichtbündels in Abhängigkeit von dem Zustand des Flüssigkristallelements (13, 13’, 16, 16') veränderbar. Ferner treffen das erste und zweite Lichtbündel zumindest teilweise so auf das zumindest eine Strahlteilerelement (12, 14) oder auf ein weiteres Strahlteilerelement (12, 14), dass sie vereinigt werden. Die Erfindung betrifft ferner einen Scheinwerfer (11) mit einer Vielzahl von Vorrichtungen (10) sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer Ausgangslichtemission.The present invention relates to a device (10) for generating an output light emission with a light source (1) for emitting light. The device (10) comprises at least one polarizing beam splitter element (12, 14) on which at least part of the emitted light impinges, wherein a first reflected beam of a first polarization state and a second transmitted beam of a second polarization state can be generated. Furthermore, it comprises a liquid crystal element (13, 13 ', 16, 16') which has at least two states which are controlled by means of a control element (11a) in dependence on an electrical current applied to the liquid crystal element (13, 13 ', 16, 16') Voltage can be controlled, and through which at least partially pass through the first and the second light beam. In this case, the polarization states of the first and second light bundles are variable as a function of the state of the liquid crystal element (13, 13 ', 16, 16'). Furthermore, the first and second light beams at least partially meet the at least one beam splitter element (12, 14) or another beam splitter element (12, 14) in such a way that they are combined. The invention further relates to a headlight (11) having a plurality of devices (10) and a method for generating an output light emission.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Ausgangslichtemission. Die Erfindung betrifft ferner einen Scheinwerfer. The present invention relates to an apparatus and a method for generating an output light emission. The invention further relates to a headlight.

Die Verwendung von Flüssigkristallanzeigen (liquid crystal display, LCD) und verwandten Technologien ist weit verbreitet und ermöglicht eine flexible und einfache Erzeugung und Anpassung von Lichtverteilungen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche. Es gibt daher Bestrebungen, ihren Anwendungsbereich auch auf Scheinwerfer, insbesondere von Fahrzeugen, zu erweitern. Dafür wurden verschiedene Systeme vorgeschlagen:
Bei dem in der DE 10 2012 112 127 A1 vorgeschlagenen Lichtmodul ist eine LCD-Blende vorgesehen, die im stromlosen Zustand wenigstens in einem Abschnitt gegen Lichtdurchlass sperrt. The use of liquid crystal displays (LCDs) and related technologies is widely used, allowing flexible and easy generation and adjustment of light distributions for a wide variety of applications. There are therefore efforts to expand their scope also on headlights, especially of vehicles. Various systems have been proposed for this:
In the in the DE 10 2012 112 127 A1 proposed light module, an LCD panel is provided which locks in the de-energized state at least in a section against light transmission.

Ferner ist bei der in der DE 10 2013 020 549 A1 beschriebenen Vorrichtung zum Erzeugen von Lichtverteilungen eine variable Blendenvorrichtung vorgesehen, bei der zwischen zwei Polarisationsfiltern ein Flüssigkristall-Element angeordnet ist. Durch eine Ansteuerung des Flüssigkristall-Elements kann der Lichtdurchlass gesteuert werden. Furthermore, in the in the DE 10 2013 020 549 A1 described device for generating light distributions, a variable aperture device provided in which a liquid crystal element is arranged between two polarizing filters. By controlling the liquid crystal element, the light transmission can be controlled.

Die in der DE 10 2014 105 963 A1 beschriebene Scheinwerferanordnung umfasst eine Flüssigkristallschicht, bei der die Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkristalle einstellbar ist, um die Leuchtweite zu regulieren. The in the DE 10 2014 105 963 A1 described headlamp assembly comprises a liquid crystal layer in which the light transmittance of the liquid crystals is adjustable to regulate the beam width.

Die DE 10 2014 110 599 A1 schließlich sieht vor, dass zur Erzeugung eines Entblendungsbereichs in einer Fernlichtverteilung einzelne Pixel eines Flüssigkristall-Panels ansteuerbar sind. The DE 10 2014 110 599 A1 Finally, it provides that individual pixels of a liquid crystal panel can be controlled to generate a glare range in a high beam distribution.

Bei der Anwendung der üblichen Flüssigkristall-Panels mit hohen Lichtströmen, wie bei Scheinwerfern üblich, wird es jedoch als nachteilig empfunden, dass linear polarisiertes Licht verwendet wird und eine geringe Transmission von typischerweise weniger als 50% erreicht wird. Bekannte Lösungen, bei denen Licht einer für die Scheinwerferfunktion nicht verwendeten Polarisation wiedergewonnen wird, führen typischerweise zu einer Vergrößerung der Étendue, das heißt zu einer größeren Ausdehnung des abgestrahlten Lichts. Ferner wurde der Einsatz zusätzlicher optischer Elemente vorgeschlagen, welche die Komplexität der Konstruktion jedoch vergrößern und eine Kostensteigerung bedeuten würden. However, when using conventional liquid crystal panels with high luminous flux, as is common with headlamps, it is considered disadvantageous that linearly polarized light is used and low transmission is achieved, typically less than 50%. Known solutions, in which light is recovered from a polarization not used for the headlight function, typically lead to an increase in the étendue, that is, to a greater extent of the radiated light. Furthermore, the use of additional optical elements has been suggested, which, however, would increase the complexity of the design and increase costs.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Ausgangslichtemission bereitzustellen, bei denen eine möglichst hohe Lichtausbeute erreicht wird. It is the object of the present invention to provide an apparatus and a method for generating an output light emission, in which the highest possible light output is achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Scheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. According to the invention, this object is achieved by a device having the features of claim 1, a headlight having the features of claim 13 and a method having the features of claim 15. Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art umfasst eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht sowie zumindest ein polarisierendes Strahlteilerelement, auf welches zumindest ein Teil des emittierten Lichts auftrifft. Dabei sind ein erstes reflektiertes Lichtbündel eines ersten Polarisationszustands und ein zweites transmittiertes Lichtbündel eines zweiten Polarisationszustands erzeugbar. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Flüssigkristallelement, welches zumindest zwei Zustände aufweist, die mittels eines Steuerelements in Abhängigkeit von einer an das Flüssigkristallelement angelegten elektrischen Spannung ansteuerbar sind. Das erste und das zweite Lichtbündel treten zumindest zum Teil durch das Flüssigkristallelement hindurch. Dabei sind die Polarisationszustände des ersten und zweiten Lichtbündels in Abhängigkeit von dem Zustand des Flüssigkristallelements veränderbar. Das erste und zweite Lichtbündel treffen zumindest teilweise so auf das zumindest eine Strahlteilerelement oder auf ein weiteres Strahlteilerelement, dass sie vereinigt werden. The inventive device of the aforementioned type comprises a light source for emitting light and at least one polarizing beam splitter element, on which at least a part of the emitted light impinges. In this case, a first reflected light beam of a first polarization state and a second transmitted light beam of a second polarization state can be generated. The device further comprises a liquid crystal element which has at least two states that can be controlled by means of a control element as a function of an electrical voltage applied to the liquid crystal element. The first and second light beams at least partially pass through the liquid crystal element. In this case, the polarization states of the first and second light bundles are variable in dependence on the state of the liquid crystal element. The first and second light bundles at least partly strike the at least one beam splitter element or another beam splitter element so that they are combined.

Dadurch wird vorteilhafterweise das von der Lichtquelle emittierte Licht zunächst in zwei linear polarisierte Komponenten aufgespalten, ohne dabei das Licht einer bestimmten Polarisation zu absorbieren. Dadurch wird vorteilhafterweise eine hohe Effizienz des Systems erreicht. Die verwendeten polarisierenden Strahlteilerelemente können auf an sich bekannte Weise gebildet sein, insbesondere mittels Folien oder optischer Strukturen, die eine Reflexion und Transmission von Licht in Abhängigkeit von seiner linearen Polarisation erlauben. As a result, the light emitted by the light source is advantageously first split into two linearly polarized components, without absorbing the light of a specific polarization. As a result, a high efficiency of the system is advantageously achieved. The polarizing beam splitter elements used may be formed in a manner known per se, in particular by means of films or optical structures which allow reflection and transmission of light as a function of its linear polarization.

Die beiden aufgespaltenen Komponenten werden jeweils auf einen eigenen Lichtpfad umgelenkt und ihre Polarisation kann beim Durchtreten durch das Flüssigkristallelement gedreht werden. Durch anschließendes Vereinigen der Komponenten mittels eines Strahlteilerelements werden die verschiedenen Polarisationen wieder überlagert und eine Ausgangslichtemission kann so ausgekoppelt werden, deren Intensität mittels der Zustands des Flüssigkristallelements und der damit verbundenen Rotation der Polarisation gesteuert werden kann. In diesem Fall wird das Strahlteilerelement somit umgekehrt, das heißt zum Vereinigen zweier Strahlen, verwendet. The two split components are each redirected to a separate light path and their polarization can be rotated as it passes through the liquid crystal element. By subsequently combining the components by means of a beam splitter element, the different polarizations are superimposed again and an output light emission can be coupled out, the intensity of which can be controlled by means of the state of the liquid crystal element and the associated rotation of the polarization. In this case, the beam splitter element is thus used in reverse, that is, for combining two beams.

Das von der Lichtquelle emittierte Licht ist dabei hinsichtlich seiner Polarisation nicht eingeschränkt, es ist aber insbesondere zirkular polarisiert. Eine solche Polarisierung wird bei typischen Glühlampen und Leuchtdioden (light emitting diode, LED) erhalten sowie bei gebräuchlichen Laserbeleuchtungen, deren Licht zunächst auf ein phosphoreszierendes Plättchen gelenkt wird, um eine polychromatische Lichtemission zu erzeugen. Die Vorrichtung kann ferner mit einer linear polarisierten Lichtquelle betrieben werden. Das von einer Lichtquelle emittierte Licht kann dabei auch von mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen verwendet werden, beispielsweise um anhand des von einer Lichtquelle emittierten Lichts mittels mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen eine bestimmte Lichtverteilung zu erzeugen. The light emitted by the light source is not restricted in terms of its polarization, but it is in particular circularly polarized. Such polarization is obtained in typical incandescent and light-emitting diodes (LED) as well as in conventional laser illumination, the light of which is first directed onto a phosphorescent plate to produce a polychromatic light emission. The device can also be operated with a linearly polarized light source. The light emitted by a light source can also be used by a plurality of devices according to the invention, for example in order to generate a specific light distribution by means of a plurality of devices according to the invention by means of the light emitted by a light source.

Die Veränderung der Polarisationszustände durch das Flüssigkristallelement ist an sich bekannt. Dabei wird insbesondere eine Rotation der Polarisation des durchtretenden Lichts erreicht. Ferner ist es an sich bekannt, durch Anlegen einer Spannung einen Zustand des Flüssigkristallelements so zu verändern, dass eine bestimmte Veränderung des Polarisationszustands des durchtretenden Lichts erreicht wird. The change of polarization states by the liquid crystal element is known per se. In particular, a rotation of the polarization of the transmitted light is achieved. Furthermore, it is known per se to change a state of the liquid crystal element by applying a voltage such that a certain change in the polarization state of the transmitted light is achieved.

Bei der Vereinigung der Lichtbündel im Sinne der Erfindung wird eine Überlagerung des Lichts vorgenommen, sodass keine räumliche Trennung zwischen den Lichtbündeln mehr besteht. Das Licht der Ausgangslichtemission tritt also nicht entsprechend den verschiedenen Lichtbündeln räumlich getrennt aus, sondern es kann ein Lichtbündel mit einer Überlagerung von Licht der beiden am ersten Strahlteilerelement getrennten Lichtbündel ausgekoppelt werden. Durch die Vereinigung der Lichtbündel kann erreicht werden, dass die Étendue der erzeugten Ausgangslichtemission nicht unnötig vergrößert wird. In the union of the light bundles in the sense of the invention, an overlay of the light is made so that there is no longer a spatial separation between the light bundles. The light of the output light emission thus does not occur spatially separated according to the different light bundles, but a light bundle with a superposition of light of the two light bundles separated at the first beam splitter element can be coupled out. By combining the light beams, it is possible to ensure that the intensity of the generated output light emission is not increased unnecessarily.

Bei einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Ausgangslichtemission eine erste und eine zweite Emissionsrichtung auf, wobei die Intensitäten der Ausgangslichtemission in der ersten und der zweiten Emissionsrichtung anhand des Zustands des Flüssigkristallelements steuerbar sind. Dadurch kann vorteilhafterweise durch die an das Flüssigkristallelement angelegte Spannung gesteuert werden, wie viel Licht in die eine oder andere Emissionsrichtung der Ausgangslichtemission gelenkt wird. In one embodiment of the device according to the invention, the output light emission has a first and a second emission direction, wherein the intensities of the output light emission in the first and the second emission direction can be controlled on the basis of the state of the liquid crystal element. As a result, it can be advantageously controlled by the voltage applied to the liquid crystal element, how much light is directed in one or the other emission direction of the output light emission.

Insbesondere können die beiden Emissionsrichtungen der Ausgangslichtverteilung zur Auskoppelung von Licht für verschiedene Lichtfunktionen verwendet werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung verwendet werden, um das Licht eines Scheinwerfers in einem bestimmten Bereich abzublenden und das Licht in dem abgeblendeten Bereich stattdessen für eine weitere Lichtfunktion zu verwenden oder es kann wieder in die Ausgangslichtemission einfließen, etwa durch eine Einkoppelung in die Lichtemission der Lichtquelle. Auf diese Weise wird eine besonders effiziente Nutzung des zur Verfügung stehenden Lichts erreicht. In particular, the two emission directions of the output light distribution can be used to decouple light for different light functions. For example, the device can be used to block the light of a headlamp in a certain area and to use the light in the dimmed area instead for another light function, or it can be fed back into the output light emission, such as by coupling into the light emission of the light source. In this way, a particularly efficient use of the available light is achieved.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Licht der Ausgangslichtemission bei einem bestimmten Zustand des Flüssigkristallelements vollständig in eine der Emissionsrichtungen emittiert wird. Insbesondere können zwei Zustände für zwei Emissionsrichtungen vorgesehen sein, etwa um zwischen den beiden Emissionsrichtungen hin und her schalten zu können. Ferner können Zwischenzustände vorgesehene sein, bei denen Licht in beide Emissionsrichtungen der Ausganslichtemission emittiert wird, sodass das Verhältnis der emittierten Intensitäten zueinander gesteuert werden kann. It may be provided that the light of the output light emission is emitted completely in one of the emission directions at a certain state of the liquid crystal element. In particular, two states can be provided for two emission directions, for example in order to be able to switch back and forth between the two emission directions. Furthermore, intermediate states may be provided, in which light is emitted in both emission directions of the output light emission, so that the ratio of the emitted intensities to one another can be controlled.

Bei einer weiteren Ausbildung ist die Summe der Lichtintensitäten der ersten und zweiten Emissionsrichtung im Wesentlichen konstant. Insbesondere hängt diese Summe der Intensitäten von der Intensität des von der Lichtquelle emittierten Lichts ab. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass das zur Verfügung stehende Licht optimal genutzt wird und unabhängig von dem Zustand des Flüssigkristallelements eine konstante Ausgangslichtemission erzeugt wird, wobei sich das Verhältnis der Emissionsrichtungen zueinander ändern kann. In a further embodiment, the sum of the light intensities of the first and second emission directions is substantially constant. In particular, this sum of the intensities depends on the intensity of the light emitted by the light source. As a result, it is advantageously achieved that the available light is optimally utilized and a constant output light emission is generated independently of the state of the liquid crystal element, it being possible for the ratio of the emission directions to each other to change.

Bei einer Weiterbildung ist das von der Lichtquelle emittierte Licht sowie die Ausgangslichtemission in der ersten und der zweiten Emissionsrichtung zirkular polarisiert. Die Ausgangslichtemission kann ferner elliptisch polarisiert sein. Dies wird durch eine Überlagerung von Licht verschiedener Polarisationsrichtungen erreicht. Dadurch werden vorteilhafterweise Probleme bei der Anwendung von linear polarisiertem Licht vermieden. Beispielsweise kann linear polarisiertes Licht durch eine polarisierende Brille ganz oder teilweise absorbiert werden, was zu einer eingeschränkten Sichtbarkeit führt, die möglicherweise unerwünscht ist. In a development, the light emitted by the light source and the output light emission in the first and the second emission direction is circularly polarized. The output light emission may also be elliptically polarized. This is achieved by superimposing light of different polarization directions. This advantageously avoids problems in the use of linearly polarized light. For example, linearly polarized light may be wholly or partially absorbed by polarizing glasses, resulting in limited visibility that may be undesirable.

Bei einer Ausgestaltung umfasst die Lichtquelle eine Leuchtdiode oder eine Glühlampe. Die Vorrichtung kann dadurch vorteilhafterweise mit bereits bestehenden Techniken zur Erzeugung einer Lichtemission verwendet werden. Ferner kann zudem eine Leuchtstoffröhre oder eine Laserlichtquelle verwendet werden. In one embodiment, the light source comprises a light-emitting diode or a light bulb. The device can thereby be advantageously used with already existing techniques for generating a light emission. Furthermore, a fluorescent tube or a laser light source can also be used.

Das von Leuchtdioden und Glühlampen emittierte, zirkular polarisierte Licht wird in verbreiteten Scheinwerfern und Beleuchtungseinrichtungen verwendet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nun dazu verwendet werden, anhand des von einer solchen Lichtquelle emittierten Lichts eine Ausgangsemission zu steuern und dynamisch zu gestalten, wobei die verschiedenen, anhand der angelegten Spannung ansteuerbaren Zustände des Flüssigkristallelements genutzt werden. The circularly polarized light emitted by light emitting diodes and incandescent light is used in popular headlamps and lighting devices. The device according to the invention can now be used to detect a light emitted by such a light source To control output and dynamically design, the various, based on the applied voltage controllable states of the liquid crystal element can be used.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Flüssigkristallelement mehrere Segmente, wobei mittels des Steuerelements eine an den einzelnen Segmenten des Flüssigkristallelements anliegende elektrische Spannung steuerbar ist. Dadurch kann das Flüssigkristallelement vorteilhafterweise so gebildet sein, dass der Polarisationszustand von Licht, das in verschiedenen räumlichen Bereichen durch das Flüssigkristallelement hindurchtritt, in verschiedener Weise verändert wird. In one development of the invention, the liquid-crystal element comprises a plurality of segments, wherein by means of the control element an electrical voltage applied to the individual segments of the liquid-crystal element can be controlled. Thereby, the liquid crystal element can be advantageously formed so that the polarization state of light passing through the liquid crystal element in different spatial regions is changed in various ways.

Beispielsweise kann das Flüssigkristallelement Segmente aufweisen, die insbesondere in einer Matrix nach Art von Bildelementen (picture elements, Pixel) angeordnet sein können. Solche Segmente können als einzelne Flüssigkristallelemente betrachtet werden. Insbesondere kann an die einzelnen Segmente jeweils eine Spannung angelegt werden, sodass die Veränderung des Polarisationszustands durchtretender Lichtbündel separat für die einzelnen Segmente gesteuert werden kann. By way of example, the liquid-crystal element may comprise segments, which may be arranged in particular in a matrix in the manner of picture elements (pixels). Such segments can be considered as single liquid crystal elements. In particular, a voltage can be applied to the individual segments, so that the change in the polarization state of light beams passing through can be controlled separately for the individual segments.

Ferner kann die Vorrichtung für jedes der Segmente jeweils eine erste und eine zweite Emissionsrichtungen aufweisen, sodass die Richtung der Ausgangslichtemission anhand der Segmente gesteuert werden kann. Das von der Lichtquelle emittierte Licht kann beispielsweise mehrere ursprüngliche Lichtbündel umfassen, die unter verschiedenen Winkeln emittiert werden. Durch das Strahlteilerelement werden diese ursprünglichen Lichtbündel jeweils in erste und zweite Lichtbündel verschiedener Polarisation geteilt. Das zu den ursprünglichen Lichtbündeln gehörige Licht tritt in jeweils verschiedenen Bereichen, insbesondere bei verschiedenen Segmenten, durch das Flüssigkristallelement hindurch. Durch die bei den Segmenten anliegende Spannung werden die Polarisationszustände des durchgetretenen Lichts und damit die gesamte Ausgangslichtemission gesteuert. Insbesondere kann so die Ausgangslichtemission anhand der Verteilung der an die Segmente des Flüssigkristallelements angelegten Spannung gesteuert werden. Furthermore, the device can have a first and a second emission directions for each of the segments, so that the direction of the output light emission can be controlled on the basis of the segments. For example, the light emitted by the light source may include a plurality of original light beams emitted at different angles. By means of the beam splitter element, these original light beams are respectively divided into first and second light beams of different polarization. The light belonging to the original light bundles passes through the liquid crystal element in respectively different regions, in particular at different segments. The voltage applied to the segments controls the polarization states of the transmitted light and thus the total output light emission. In particular, the output light emission can thus be controlled by the distribution of the voltage applied to the segments of the liquid crystal element.

Beispielsweise kann auf diese Weise eine Projektion erfolgen, wobei die Verteilung der Ausgangslichtemission mittels der Verteilung der an den Segmenten des Flüssigkristallelements anliegenden Spannung gesteuert werden kann. Beispielsweise kann so die Ausgangslichtemission in einem bestimmten Bereich abgedunkelt oder abgeblendet werden. Ferner kann ein Symbol projiziert werden. For example, in this way a projection can take place, wherein the distribution of the output light emission can be controlled by means of the distribution of the voltage applied to the segments of the liquid crystal element. For example, the output light emission can be darkened or dimmed in a certain range. Furthermore, a symbol can be projected.

Bei einer weiteren Ausgestaltung treten das erste und das zweite Lichtbündel durch dasselbe Flüssigkristallelement hindurch. Dies erlaubt vorteilhafterweise eine besonders einfach und kostengünstige Konstruktion. Ferner werden die Polarisationszustände des ersten zweiten Lichtbündels so in der gleichen Weise verändert, beispielsweise wird eine bestimmte Rotation der Polarisation um den gleichen Winkel erreicht. In a further embodiment, the first and the second light beam pass through the same liquid crystal element. This advantageously allows a particularly simple and inexpensive construction. Further, the polarization states of the first second light beam are changed in the same manner, for example, a certain rotation of the polarization is achieved by the same angle.

Ferner kann vorgesehen sein, dass nur eines der Lichtbündel durch das Flüssigkristallelement tritt, sodass lediglich die Polarisation eines der Lichtbündel verändert werden kann. Ferner können zwei Flüssigkristallelemente so vorgesehen sein, dass die beiden Lichtbündel jeweils durch eines davon durchtreten. Dies ermöglicht eine separate Veränderung der Polarisationen in unterschiedlichem Maße. Furthermore, it can be provided that only one of the light beams passes through the liquid crystal element, so that only the polarization of one of the light beams can be changed. Further, two liquid crystal elements may be provided so that the two light beams pass through one of them, respectively. This allows a separate change in the polarizations to varying degrees.

Bei einer Ausbildung umfasst die Vorrichtung ferner zumindest ein Reflexionselement, das zur Reflexion von Licht geeignet ist. Die von dem Licht im Bereich der Vorrichtung beschriebenen Pfade können so vorteilhafterweise einfach geführt werden. In one embodiment, the device further comprises at least one reflection element which is suitable for the reflection of light. The paths described by the light in the area of the device can thus advantageously be easily guided.

Insbesondere werden Spiegel verwendet, die flach sind oder eine gebogene Oberfläche aufweisen. Insbesondere wirkt sich die Reflexion an einem Spiegel nicht auf die Polarisation des reflektierten Lichts aus. Ferner kann ein Lichtleiter verwendet werden, wobei insbesondere totale Reflexion an einer Grenzfläche zweier optischer Medien zur Lichtführung und -leitung ausgenutzt wird. In diesem Fall können verschiedene Reflexionseigenschaften in Abhängigkeit von dem Polarisationszustand des reflektierten Lichts zu berücksichtigen sein. In particular, mirrors are used which are flat or have a curved surface. In particular, the reflection on a mirror does not affect the polarization of the reflected light. Furthermore, a light guide can be used, wherein in particular total reflection at an interface of two optical media is utilized for guiding and guiding the light. In this case, different reflection characteristics depending on the polarization state of the reflected light may be considered.

Bei einer weiteren Ausbildung umfasst die Vorrichtung ein erstes und ein zweites polarisierendes Strahlteilerelement, wobei das erste und das zweite Lichtbündel vor dem Durchtreten durch das Flüssigkristallelement auf das erste polarisierende Strahlteilerelement treffen und nach dem Durchtreten durch das Flüssigkristallelement auf das zweite polarisierende Strahlteilerelement treffen. Dadurch kann vorteilhafterweise durch eine geeignete Auswahl und Anordnung des ersten und des zweiten polarisierenden Strahlteilerelements eine bestimmte Ausgangslichtemission erzeugt werden. In a further embodiment, the device comprises a first and a second polarizing beam splitter element, wherein the first and the second light beam meet the first polarizing beam splitter element before passing through the liquid crystal element and strike the second polarizing beam splitter element after passing through the liquid crystal element. As a result, a specific output light emission can advantageously be generated by a suitable selection and arrangement of the first and the second polarizing beam splitter element.

Bei einer Weiterbildung treten das erste und das zweite Lichtbündel genau einmal durch das Flüssigkristallelement. Dadurch kann vorteilhafterweise eine besonders einfacher Aufbau der Vorrichtung realisieret werden. In a further development, the first and the second light beam pass through the liquid crystal element just once. As a result, advantageously a particularly simple construction of the device can be realized.

Beispielsweise kann das Flüssigkristallelement so gebildet sein, dass in einem ersten Zustand keine Drehung der Polarisation des durchtretenden Lichts bewirkt wird und in einem zweiten Zustand eine Drehung der Polarisation um 90° bewirkt wird. Beispielsweise kann der erste Zustand ohne Anlegen einer Spannung und der zweite Zustand bei Anlegen einer bestimmten Spannung an das Flüssigkristallelement angesteuert werden. Wenn die beiden Lichtbündel jeweils genau einmal durch das Flüssigkristallelement treten, kann ihre Polarisation je nach dessen Zustand beibehalten oder verändert werden. Durch eine geeignete Ansteuerung der an das Flüssigkristallelement angelegten Spannung können Zwischenzustände zur Erzeugung weiterer Polarisationszustände erreicht werden. For example, the liquid crystal element may be formed so that in a first state no rotation of the polarization of the transmitted light is effected and in a second state, a rotation of the polarization is effected by 90 °. For example, the first state without applying a voltage and the second state are driven upon application of a certain voltage to the liquid crystal element. If the two light beams pass through the liquid crystal element exactly once, their polarization can be maintained or changed according to its state. By suitable control of the voltage applied to the liquid crystal element, intermediate states can be achieved for generating further polarization states.

Bei einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung genau ein polarisierendes Strahlteilerelement. Die Vorrichtung kann dadurch besonders kostengünstig hergestellt werden und der Aufbau kann wegen der reduzierten Zahl der Bauteile besonders einfach erfolgen. In one embodiment, the device comprises exactly one polarizing beam splitter element. The device can be made particularly inexpensive and the structure can be particularly simple because of the reduced number of components.

Bei einer weiteren Ausgestaltung treten das erste und das zweite Lichtbündel genau zweimal durch das Flüssigkristallelement hindurch. Die Vorrichtung kann so vorteilhafterweise besonders kompakt ausgebildet sein. In a further embodiment, the first and the second light beam pass through the liquid crystal element exactly twice. The device can thus advantageously be designed to be particularly compact.

Beispielsweise kann das Flüssigkristallelement so gebildet sein, dass in einem ersten Zustand keine Drehung der Polarisation des durchtretenden Lichts bewirkt wird und in einem zweiten Zustand eine Drehung der Polarisation um 45° bewirkt wird. Beispielsweise kann der erste Zustand ohne Anlegen einer Spannung und der zweite Zustand bei Anlegen einer bestimmten Spannung an das Flüssigkristallelement angesteuert werden. Wenn die beiden Lichtbündel jeweils genau zweimal durch das Flüssigkristallelement treten, kann ihre Polarisation je nach dessen Zustand beibehalten oder bei den Durchtritten jeweils verändert werden. Insbesondere kann bei einer zweimaligen Rotation der Polarisationsrichtung um 45° eine Gesamtrotation um 90° erreicht werden. Die Rotation der Polarisation beim einmaligen Durchtritt durch das Flüssigkristallelement wird dabei zweimal angewandt und kann insbesondere mittels einer geringeren angelegten Spannung erreicht werden. Durch eine geeignete Ansteuerung der an das Flüssigkristallelement angelegten Spannung können Zwischenzustände zur Erzeugung weiterer Polarisationszustände erreicht werden. For example, the liquid crystal element may be formed so that in a first state, no rotation of the polarization of the transmitted light is effected and in a second state, a rotation of the polarization is effected by 45 °. For example, the first state can be driven without applying a voltage and the second state when a certain voltage is applied to the liquid crystal element. If the two light beams each pass through the liquid crystal element exactly twice, their polarization can be maintained depending on its state or changed at each of the passages. In particular, with a two-fold rotation of the polarization direction by 45 °, a total rotation by 90 ° can be achieved. The rotation of the polarization in the single passage through the liquid crystal element is applied twice and can be achieved in particular by means of a lower applied voltage. By suitable control of the voltage applied to the liquid crystal element, intermediate states can be achieved for generating further polarization states.

Bei einer Weiterbildung umfasst die Vorrichtung ferner ein Auskopplungselement und die Ausgangslichtemission wird in zumindest der ersten oder der zweiten Emissionsrichtung ausgekoppelt. Die Intensität des in eine Emissionsrichtung ausgekoppelten Lichts kann durch die Steuerung des Zustands des Flüssigkristallelements gesteuert werden. In a further development, the device further comprises a coupling-out element and the output light emission is coupled out in at least the first or the second emission direction. The intensity of the light coupled out in an emission direction can be controlled by controlling the state of the liquid crystal element.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Licht der beiden Emissionsrichtungen ausgekoppelt wird, sodass ein möglichst effiziente Nutzung ermöglicht wird. Beispielsweise können verschiedene Lichtfunktionen mittels der beiden Emissionsrichtungen realisiert werden. Insbesondere kann die Auskopplung mittels eines Lichtleiters oder einer funktionell vergleichbaren Einrichtung vorgenommen werden. Ferner kann zumindest Licht einer Emissionsrichtung der Ausgangslichtemission direkt aus der Vorrichtung austreten und beispielsweise im Sinne eines Scheinwerferlichts verwendet werden. In particular, it can be provided that light of the two emission directions is coupled out, so that the most efficient possible use is possible. For example, different light functions can be realized by means of the two emission directions. In particular, the decoupling can be carried out by means of a light guide or a functionally comparable device. Furthermore, at least light of an emission direction of the output light emission can exit directly from the device and be used, for example, in the sense of a searchlight light.

Der erfindungsgemäße Scheinwerfer umfasst zumindest eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art. Insbesondere kann der Scheinwerfer eine Vielzahl von Vorrichtungen der oben beschriebenen Art umfassen. Auf diese Weise kann insbesondere eine Matrix unabhängig voneinander steuerbarer Vorrichtungen gebildet werden, wobei mittels einer räumlichen Verteilung der einzelnen Ausgangslichtemissionen eine Lichtverteilung gebildet wird. Dadurch kann vorteilhafterweise eine besonders einfach und flexibel steuerbare Lichtverteilung erzeugt werden. The headlamp according to the invention comprises at least one device of the type described above. In particular, the headlamp may comprise a plurality of devices of the type described above. In this way, in particular a matrix can be formed independently controllable devices, wherein by means of a spatial distribution of the individual output light emissions, a light distribution is formed. As a result, it is advantageously possible to generate a particularly simple and flexible controllable light distribution.

Der Scheinwerfer kann auch eine einzelne Vorrichtung der beschriebenen Art umfassen, wobei das Flüssigkristallelement Segmente umfasst, welche insbesondere als Matrix angeordnet sind. Auch kann die räumliche Verteilung der Ausgangslichtemission gesteuert werden, etwa um Blendungen anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden, um bestimmte Bereiche besonders gut auszuleuchten oder um eine Darstellung, etwa einen Schriftzug, zu projizieren. The headlight may also comprise a single device of the type described, wherein the liquid crystal element comprises segments, which are arranged in particular as a matrix. The spatial distribution of the output light emission can also be controlled, for example in order to avoid dazzling of other road users, to illuminate certain areas particularly well or to project a representation, such as a lettering.

Bei einer Ausgestaltung des Scheinwerfers sind durch die Vorrichtungen jeweils Ausgangslichtemissionen mit zumindest zwei Emissionsrichtungen erzeugbar und der Scheinwerfer umfasst ferner eine Auskopplungseinrichtung, durch welche Licht einer der Emissionsrichtungen auskoppelbar ist. Dadurch kann vorteilhafterweise das in eine Emissionsrichtung emittierte Licht für eine separate Lichtfunktion genutzt werden. In one embodiment of the headlamp, output light emissions with at least two emission directions can be generated by the devices, and the headlamp further comprises an outcoupling device, by means of which light of one of the emission directions can be coupled out. As a result, the light emitted in an emission direction can advantageously be used for a separate light function.

Insbesondere kann Licht der beiden Emissionsrichtungen separat ausgekoppelt und für verschiedene Lichtfunktionen genutzt werden. Beispielsweise kann das Licht einer Emissionsrichtung für eine Fernlicht- und/oder Abblendlichtverteilung genutzt werden, während das Licht der weiteren Emissionsrichtung für eine Nahfeldbeleuchtung genutzt wird. In particular, light of the two emission directions can be coupled out separately and used for different light functions. For example, the light of one emission direction can be used for a high-beam and / or low-beam distribution, while the light of the further emission direction is used for near-field illumination.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen einer Ausgangslichtemission wird durch eine Lichtquelle Licht emittiert. Zumindest ein Teil des emittierten Lichts trifft auf zumindest ein polarisierendes Strahlteilerelement, wobei ein erstes reflektiertes Lichtbündel eines ersten Polarisationszustands und ein zweites transmittiertes Lichtbündel eines zweiten Polarisationszustands erzeugt werden. Ferner treten das erste und das zweite Lichtbündel zumindest zum Teil durch ein Flüssigkristallelement. Dabei weist das Flüssigkristallelement zumindest zwei Zustände auf, wobei die Polarisationszustände des ersten und zweiten Lichtbündels in Abhängigkeit von dem Zustand des Flüssigkristallelements veränderbar sind. Dabei wird mittels eines Steuerelements eine an das Flüssigkristallelement angelegte elektrische Spannung so gesteuert, dass ein bestimmter Zustand des Flüssigkristallelements erzeugt wird. Das erste und zweite Lichtbündel treffen dabei zumindest teilweise so auf das zumindest eine Strahlteilerelement oder auf ein weiteres Strahlteilerelement, dass sie vereinigt werden. In the method according to the invention for generating an output light emission, light is emitted by a light source. At least a portion of the emitted light strikes at least one polarizing beam splitter element, wherein a first reflected beam of a first polarization state and a second transmitted beam of a second polarization state are generated. Further, the first and second light beams at least partially pass through a liquid crystal element. In this case, the liquid crystal element has at least two states, wherein the polarization states of the first and second light beams are variable in dependence on the state of the liquid crystal element. In this case, by means of a control element, an electrical voltage applied to the liquid crystal element is controlled so that a certain state of the liquid crystal element is generated. In this case, the first and second light bundles at least partly strike the at least one beam splitter element or a further beam splitter element in such a way that they are combined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren zu implementieren. Das Verfahren weist somit dieselben Vorteile auf wie die erfindungsgemäße Vorrichtung. The device according to the invention is in particular designed to implement the method according to the invention. The method thus has the same advantages as the device according to the invention.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert. The invention will now be explained by means of embodiments with reference to the drawings.

1A und 1B zeigen den Aufbau und die Funktionsweise einer LCD-Einheit, 1A and 1B show the structure and operation of an LCD unit,

2A und 2B zeigen den Aufbau und die Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2A and 2 B show the structure and operation of a first embodiment of the device according to the invention,

3A bis 3D zeigen den Aufbau und die Funktionsweise eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 3A to 3D show the structure and operation of a second embodiment of the device according to the invention and

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers. 4 shows an embodiment of the headlight according to the invention.

Bei den Erläuterungen wird von idealen optischen Elementen ausgegangen, das heißt, es werden insbesondere unerwünschte Absorptionen, Transmissionen und Reflexionen, insbesondere an Grenzflächen und Strukturen des Vorrichtungsaufbaus, als vernachlässigbar angesehen. Bei einer tatsächlichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind derartige Effekte jedoch zu beachten, wie es dem Fachmann ohne weiteres klar ist. The explanations are based on ideal optical elements, that is, in particular unwanted absorptions, transmissions and reflections, especially at interfaces and structures of the device structure, are considered negligible. In an actual embodiment of the device according to the invention, however, such effects are to be considered, as will be readily apparent to those skilled in the art.

Mit Bezug zu den 1A und 1B wird zunächst der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise einer LCD-Einheit erläutert. Related to the 1A and 1B First, the basic structure and operation of an LCD unit will be explained.

Die schematisch dargestellte LCD-Einheit umfasst eine Lichtquelle 1, die Licht mit einer zirkularen(SP-)Polarisation emittiert. In dem Beispiel ist dies eine Leuchtdiode, es kann jedoch prinzipiell jede andere Lichtquelle verwendet werden, insbesondere auch eine Glühlampe. Die Lichtquelle 1 kann ferner Licht für mehrere LCD-Einheiten erzeugen, die 1A und 1B zeigen jedoch der Einfachheit halber lediglich eine davon. The schematically illustrated LCD unit comprises a light source 1 which emits light with a circular (SP) polarization. In the example, this is a light-emitting diode, but in principle any other light source can be used, in particular also an incandescent lamp. The light source 1 can also generate light for multiple LCD units, the 1A and 1B However, for the sake of simplicity, only one of them is shown.

Das Licht trifft auf einen ersten Polarisationsfilter 2, der eine P-polarisierte Komponente des ursprünglich zirkular SP-polarisierten Lichts absorbiert und von dem eine S-polarisierte Komponente durchgelassen wird. Nach dem Durchlaufen dieses Polarisationsfilters 2 steht also linear S-polarisiertes Licht zur Verfügung und es wurde die Hälfte des ursprünglich zirkular SP-polarisierten Lichts absorbiert. The light hits a first polarizing filter 2 which absorbs a P-polarized component of the originally circular SP-polarized light and from which an S-polarized component is transmitted. After passing through this polarizing filter 2 is thus available linearly S-polarized light and it was absorbed half of the originally circular SP polarized light.

Das linear S-polarisierte Licht trifft nun auf ein Flüssigkristallelement 3, an welchem in dem in 1A gezeigten Fall eine Spannung so anliegt, dass die Polarisation des durchtretenden Lichts gedreht wird. Insbesondere wird eine Rotation von 90° bewirkt, sodass das Licht nach dem Durchtritt P-polarisiert ist. Dieses P-polarisierte Licht trifft auf einen zweiten Polarisationsfilter, der eine S-polarisierte Komponente des auftreffenden Lichts absorbiert und eine P-polarisierte Komponente durchlässt. Da das auftreffende Licht in dem in 1A gezeigten Fall P-polarisiert ist, wird es vollständig durchgelassen und kann austreten oder auf an sich bekannte Weise ausgekoppelt werden. The linear S-polarized light now strikes a liquid crystal element 3 , in which in the in 1A a voltage is applied so that the polarization of the transmitted light is rotated. In particular, a rotation of 90 ° is effected, so that the light after the passage is P-polarized. This P-polarized light strikes a second polarizing filter that absorbs an S-polarized component of the incident light and transmits a P-polarized component. As the incident light in the in 1A If it is shown to be P-polarized, it will be completely transmitted and may exit or be coupled out in a manner known per se.

Bei dem in 1B gezeigten Fall liegt an dem Flüssigkristallelement 3 keine Spannung an und die Polarisation des durchtretenden Lichts wird nicht verändert. Das Licht ist also nach dem Durchtritt weiterhin S-polarisiert. Dieses S-polarisierte Licht trifft dann auf den zweiten Polarisationsfilter, der eine S-polarisierte Komponente des auftreffenden Lichts absorbiert und eine P-polarisierte Komponente durchlässt. Da das auftreffende Licht in dem in 1A gezeigten Fall S-polarisiert ist, wird es vollständig absorbiert. At the in 1B The case shown is due to the liquid crystal element 3 no voltage and the polarization of the transmitted light is not changed. The light is thus still S-polarized after passing through. This S-polarized light then impinges on the second polarizing filter, which absorbs an S-polarized component of the incident light and transmits a P-polarized component. As the incident light in the in 1A S-polarized, it is completely absorbed.

In weiteren Ausgestaltungen können verschiedene Konfigurationen vorgesehen sein. Beispielsweise können zwei Polarisationsfilter 2, 4 des gleichen Typs verwendet werden, sodass Licht aus der LCD-Einheit austreten kann, wenn keine Spannung am Flüssigkristallelement 3 anliegt, während es vollständig absorbiert wird, wenn eine bestimmte Spannung anliegt. In further embodiments, various configurations may be provided. For example, two polarizing filters 2 . 4 be used of the same type, so that light can escape from the LCD unit, when no voltage on the liquid crystal element 3 is applied while it is fully absorbed when a certain voltage is applied.

Ferner kann durch eine geeignete Regelung der am Flüssigkristallelement 3 anliegenden Spannung die Intensität des aus der LCD-Einheit austretenden Lichts geregelt werden. Furthermore, by a suitable control of the liquid crystal element 3 voltage applied to the intensity of the light emerging from the LCD unit are regulated.

Mit Bezug zu den 2A und 2B wird der Aufbau und die Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Related to the 2A and 2 B the structure and operation of a first embodiment of the device according to the invention and the inventive method will be explained.

In dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 wird – wie bereits mit Bezug zu den 1A und 1b für ein LCD-Element erläutert – durch die Lichtquelle 1 zirkular (SP-)polarisiertes Licht emittiert. Dieses trifft auf ein erstes polarisierendes Strahlteilerelement 12, das eine P-polarisierte Komponente des auftreffenden Lichts reflektiert und eine S-polarisierte Komponente durchlässt. Das heißt, im Gegensatz zu den in den 1A und 1B gezeigten Polarisationsfiltern wird hier im Wesentlichen kein Licht absorbiert, sondern das zirkular SP-polarisierte Licht wird geteilt und es werden zwei Lichtbündel erzeugt, die S- beziehungsweise P-polarisiert sind. In the embodiment of the device 10 will - as already related to the 1A and 1b explained for an LCD element - by the light source 1 circularly emitted (SP) polarized light. This applies to a first polarizing beam splitter element 12 which is a P-polarized component of reflects incident light and transmits an S-polarized component. That is, in contrast to those in the 1A and 1B In this case, essentially no light is absorbed in the polarization filters shown, but the circularly SP-polarized light is split and two light beams are generated, which are S- and P-polarized, respectively.

Die S- beziehungsweise P-polarisierten Lichtbündel treffen auf Spiegel 15, die in dem Ausführungsbeispiel als flache Spiegel 15 ausgeführt sind. Sie können in weiteren Ausführungsformen gebogen sein, alternativ oder zusätzlich können bei der Vorrichtung 10 auch Lichtleiter oder ähnliche Vorrichtungen zum Lenken des optischen Pfades vorgesehen sein. Die Lichtbündel werden so reflektiert, dass sie auf ein Flüssigkristallelement 13, 13' treffen. Bei der Reflexion bleibt insbesondere die Polarisation des reflektierten Lichtbündels erhalten. The S- or P-polarized light beams hit mirrors 15 in the embodiment as a flat mirror 15 are executed. They may be bent in further embodiments, alternatively or additionally, in the device 10 Also be provided light guide or similar devices for directing the optical path. The light beams are reflected to a liquid crystal element 13 . 13 ' to meet. In the reflection in particular the polarization of the reflected light beam is maintained.

In dem in 2A dargestellten Fall liegt an dem Flüssigkristallelement 13 eine Spannung an, die dazu geeignet ist, das Flüssigkristallelement 13 in einen Zustand zu bringen, sodass der Polarisationszustand des durchtretenden Lichts verändert wird. Konkret wird in dem dargestellten Fall eine Drehung der Polarisation um 90° bewirkt, etwa nach Art einer sogenannten λ/2-Platte. Das heißt, einfallendes S-polarisiertes Licht tritt P-polarisiert aus und einfallendes P-polarisiertes Licht tritt S-polarisiert aus. In dem dargestellten Fall werden also die Polarisationen der beiden Lichtbündel vertauscht. In the in 2A The illustrated case is due to the liquid crystal element 13 a voltage suitable for the liquid crystal element 13 in a state that the polarization state of the transmitted light is changed. Specifically, in the illustrated case, a rotation of the polarization is effected by 90 °, for example in the manner of a so-called λ / 2 plate. That is, incident S-polarized light emerges P-polarized, and incident P-polarized light emerges S-polarized. In the illustrated case, therefore, the polarizations of the two light beams are interchanged.

Die beiden Lichtbündel, deren Polarisation in der beschriebenen Art geändert wurde, werden nun wiederum durch die Spiegel 15 reflektiert und treffen auf ein weiteres polarisierendes Strahlteilerelement 14, welches S-polarisiertes Licht reflektiert und P-polarisiertes Licht durchlässt. Die Lichtbündel treffen so auf dieses polarisierende Strahlteilerelement 14, dass sie vereinigt werden und als zirkular SP-polarisiertes Licht aus der Vorrichtung 10 austreten oder ausgekoppelt werden können. In dem in 2A dargestellten Fall wird sämtliches austretendes Licht, das heißt die Ausgangslichtemission, in der Emissionsrichtung R1 emittiert. The two light bundles, the polarization of which has been changed in the described way, will now turn through the mirrors 15 reflected and meet another polarizing beam splitter element 14 which reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. The light beams thus hit this polarizing beam splitter element 14 in that they are combined and as circularly SP-polarized light from the device 10 exit or can be disconnected. In the in 2A In the case shown, all the emergent light, that is, the output light emission, is emitted in the emission direction R1.

Bei dem in 2B dargestellten Fall liegt dagegen an dem Flüssigkristallelement 13' keine Spannung an und das Flüssigkristallelement 13' ist in einem Zustand, sodass der Polarisationszustand des durchtretenden Lichts nicht verändert wird. Das heißt, die Polarisation des Lichts wird nicht gedreht und die Polarisationen der beiden Lichtbündel bleiben erhalten. At the in 2 B on the other hand, the case shown is on the liquid crystal element 13 ' no voltage on and the liquid crystal element 13 ' is in a state such that the polarization state of the transmitted light is not changed. That is, the polarization of the light is not rotated and the polarizations of the two light beams are maintained.

Die beiden Lichtbündel werden durch die Spiegel 15 reflektiert und treffen auf das weitere polarisierende Strahlteilerelement 14, das S-polarisiertes Licht reflektiert und P-polarisiertes Licht durchlässt. Die Lichtbündel treffen so auf dieses polarisierende Strahlteilerelement 14, dass sie vereinigt werden und als zirkular SP-polarisiertes Licht aus der Vorrichtung 10 austreten oder ausgekoppelt werden können. Im Unterschied zu dem in 2A dargestellten Fall wird gemäß 2B jedoch sämtliches austretendes Licht, das heißt die Ausgangslichtemission, in einer anderen Emissionsrichtung R2 emittiert. The two light beams are through the mirror 15 reflected and meet the other polarizing beam splitter element 14 that reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. The light beams thus hit this polarizing beam splitter element 14 in that they are combined and as circularly SP-polarized light from the device 10 exit or can be disconnected. Unlike the in 2A illustrated case is according to 2 B however, all the emitted light, that is, the output light emission, is emitted in another emission direction R2.

Durch Anlegen einer geeigneten Spannung können Mischformen der in den 2A und 2B gezeigten Fälle erzeugt werden. In einem solchen Fall kann zirkular SP-polarisiertes Licht in beide Emissionsrichtungen R1 und R2 emittiert werden. Die in die verschiedenen Emissionsrichtungen R1, R2 emittierten Lichtintensitäten sind mittels der angelegten Spannung steuerbar. In all diesen Fällen ist jedoch die Summe der in die Emissionsrichtungen R1 und R2 emittierten Lichtintensitäten konstant. By applying a suitable voltage mixed forms of the in the 2A and 2 B shown cases are generated. In such a case, circularly SP-polarized light may be emitted in both emission directions R1 and R2. The light intensities emitted in the different emission directions R1, R2 can be controlled by means of the applied voltage. In all these cases, however, the sum of the light intensities emitted in the emission directions R1 and R2 is constant.

Mit Bezug zu den 3A bis 3D wird der Aufbau und die Funktionsweise eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Lichtpfade eines ersten Falls in den 3A und 3B getrennt gezeigt, die Lichtpfade eines zweiten Falls in den 3C und 3D. Related to the 3A to 3D the structure and operation of a second embodiment of the device according to the invention and the inventive method will be explained. For ease of illustration, the light paths of a first case are in the 3A and 3B shown separately, the light paths of a second case in the 3C and 3D ,

Zunächst wird 3A erläutert: Wie mit Bezug zu den 2A und 2B bereits erläutert, emittiert die Lichtquelle 1 zirkular (SP-)polarisiertes Licht. Dieses trifft auf ein polarisierendes Strahlteilerelement 12, das eine P-polarisierte Komponente des auftreffenden Lichts reflektiert und eine S-polarisierte Komponente durchlässt. Das heißt, das emittierte zirkular SP-polarisierte Licht wird geteilt und es werden zwei Lichtbündel erzeugt, die S- beziehungsweise P-polarisiert sind. Die S- beziehungsweise P-polarisierten Lichtbündel treffen auf Spiegel 15 und werden dabei so reflektiert, dass sie auf ein Flüssigkristallelement 16 treffen. First, will 3A explains: As related to the 2A and 2 B already explained, emits the light source 1 circular (SP) polarized light. This applies to a polarizing beam splitter element 12 which reflects a P-polarized component of the incident light and transmits an S-polarized component. That is, the emitted circularly SP polarized light is split and two light beams are generated which are S- and P-polarized, respectively. The S- or P-polarized light beams hit mirrors 15 and are thereby reflected so as to be on a liquid crystal element 16 to meet.

In dem in den 3A und 3B dargestellten Fall liegt an dem Flüssigkristallelement 16 eine Spannung an, die dazu geeignet ist, das Flüssigkristallelement 16 in einen Zustand zu bringen, sodass der Polarisationszustand des durchtretenden Lichts verändert wird. Konkret wird in dem dargestellten Fall eine Drehung der Polarisation um 45° bewirkt, etwa nach Art einer sogenannten λ/4-Platte. Diese Drehung der Polarisation ist in den 3A und 3B als „S(1/2)“ (bei einfallendem P-polarisierten Licht) beziehungsweise „P(1/2)“ (bei einfallendem S-polarisierten Licht) angedeutet. In the in the 3A and 3B The illustrated case is due to the liquid crystal element 16 a voltage suitable for the liquid crystal element 16 in a state that the polarization state of the transmitted light is changed. Specifically, in the illustrated case, a rotation of the polarization is effected by 45 °, for example in the manner of a so-called λ / 4 plate. This rotation of polarization is in the 3A and 3B as "S (1/2)" (in incident P-polarized light) or "P (1/2)" (in incident S-polarized light) indicated.

3B zeigt, wie die beiden Lichtbündel, deren Polarisation in der beschriebenen Art geändert wurde, wiederum durch die Spiegel 15 zurückgeworfen werden und nochmals auf das polarisierende Strahlteilerelement 16 treffen, wobei ihr Polarisationszustand nochmals geändert wird. Dabei wird wieder eine Rotation der Polarisation um 45° bewirkt und das ursprünglich P-polarisierte Lichtbündel ist nunmehr S-polarisiert und das ursprünglich S-polarisierte Lichtbündel ist P-polarisiert. Die Lichtbündel treffen nun wiederum auf Spiegel 15 und anschließend so auf das polarisierende Strahlteilerelement 12, dass sie vereinigt werden und als zirkular SP-polarisiertes Licht aus der Vorrichtung 10 austreten oder ausgekoppelt werden können. In dem in 3B dargestellten Fall wird sämtliches austretendes Licht in der Emissionsrichtung R3 emittiert. 3B shows how the two light bundles, whose polarization has been changed in the manner described, again through the mirror 15 be thrown back and again on the polarizing beam splitter element 16 meet, with their polarization state is changed again. Again, a rotation of the polarization is effected by 45 ° and the original P-polarized light beam is now S-polarized and the original S-polarized light beam is P-polarized. The light bundles now hit mirrors again 15 and then so on the polarizing beam splitter element 12 in that they are combined and as circularly SP-polarized light from the device 10 exit or can be disconnected. In the in 3B In the illustrated case, all the emergent light is emitted in the emission direction R3.

Bei dem in den 3C und 3D gezeigten Fall liegt an dem Flüssigkristallelement 16' keine Spannung an und es ist in einem Zustand, sodass der Polarisationszustand des durchtretenden Lichts nicht verändert wird. Im Unterschied zu dem mit Bezug zu den 3A und 3B erläuterten Fall behalten die durchtretenden Lichtbündel also ihre jeweilige Polarisation. Dies führt dazu, dass sie nach ihrer Vereinigung an dem polarisierenden Strahlteilerelement 12 in einer weiteren Emissionsrichtung R4 emittiert werden, wobei diese Richtung R4 gemäß 3D auf die Lichtquelle 1 zurück weist. In the in the 3C and 3D The case shown is due to the liquid crystal element 16 ' no voltage and it is in a state that the polarization state of the transmitted light is not changed. In contrast to the related to the 3A and 3B explained case, the passing light beams thus retain their respective polarization. As a result, after being joined to the polarizing beam splitter element 12 be emitted in a further emission direction R4, this direction R4 according to 3D on the light source 1 rejects.

Auch hier kann die an das Flüssigkristallelement 16, 16' angelegte Spannung so gesteuert werden, dass Mischformen der in den 3A, 3B, 3C und 3D gezeigten Fälle erzeugt werden. In einem solchen Fall kann zirkular SP-polarisiertes Licht in beide Emissionsrichtungen R3 und R4 emittiert werden. Die in die verschiedenen Emissionsrichtungen R3, R4 emittierten Lichtintensitäten sind mittels der angelegten Spannung steuerbar, wobei die Summe der in die Emissionsrichtungen R3 und R4 emittierten Lichtintensitäten konstant bleibt. Again, the to the liquid crystal element 16 . 16 ' applied voltage can be controlled so that mixed forms in the 3A . 3B . 3C and 3D shown cases are generated. In such a case, circularly SP-polarized light may be emitted in both emission directions R3 and R4. The light intensities emitted in the different emission directions R3, R4 can be controlled by means of the applied voltage, the sum of the light intensities emitted in the emission directions R3 and R4 remaining constant.

In weiteren Ausführungsbeispielen können Elemente zum Auskoppeln des Lichts vorgesehen sein, um das in eine der Emissionsrichtungen R1, R2, R3, R4 emittierte Licht auszukoppeln und insbesondere umzulenken. Dabei kann auch vermieden werden, dass eine der Emissionsrichtungen R1, R2, R3, R4 auf die Lichtquelle 1 zurück weist. In further exemplary embodiments, elements for decoupling the light can be provided in order to decouple and in particular to deflect the light emitted in one of the emission directions R1, R2, R3, R4. It can also be avoided that one of the emission directions R1, R2, R3, R4 on the light source 1 rejects.

In weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Flüssigkristallelement 13, 13’, 16, 16' der in den 2A, 2B, 3A, 3B, 3C, 3D dargestellten Vorrichtungen mehrere Segmente, an die mittels des Steuerelements 11a jeweils eine bestimmte elektrische Spannung angelegt werden kann. Die Lichtquelle 1 emittiert nicht nur einen Lichtstrahl in eine bestimmte Richtung, sondern eine breitere Lichtverteilung, die insbesondere eine Vielzahl von Richtungen aufweist. Daher tritt das emittierte Licht nicht nur an einer Stelle durch das Flüssigkristallelement 13, 13’, 16, 16', sondern an verschiedenen Stellen, die insbesondere zu verschiedenen Segmenten gehören. In further embodiments, the liquid crystal element comprises 13 . 13 ' . 16 . 16 ' in the 2A . 2 B . 3A . 3B . 3C . 3D shown devices a plurality of segments to which by means of the control 11a in each case a specific electrical voltage can be applied. The light source 1 not only emits a light beam in a certain direction, but a wider light distribution, which in particular has a plurality of directions. Therefore, the emitted light does not pass through the liquid crystal element only at one location 13 . 13 ' . 16 . 16 ' but in different places, which belong in particular to different segments.

Insbesondere sind diese Segmente des Flüssigkristallelements 13, 13’, 16, 16' in einem Raster als Pixel angeordnet und die anliegende elektrische Spannung kann einzeln gesteuert werden. Auf diese Weise kann eine bestimmte Projektion in einer der Emissionsrichtungen R1, R2, R3, R4 ausgegeben werden, während das Inverse der Projektion in der jeweils anderen Emissionsrichtung R1, R2, R3, R4 ausgegeben wird. In particular, these segments are the liquid crystal element 13 . 13 ' . 16 . 16 ' arranged in a grid as a pixel and the applied voltage can be controlled individually. In this way, a specific projection can be output in one of the emission directions R1, R2, R3, R4, while the inverse of the projection is output in the respective other emission direction R1, R2, R3, R4.

Mit Bezug zu den 4 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers erläutert. Related to the 4 An embodiment of the headlight according to the invention will be explained.

Der Scheinwerfer 11, dessen Aufbau hier im Längsschnitt dargestellt ist, umfasst die Lichtquelle 1 und eine Vielzahl erfindungsgemäßer Vorrichtungen 10. Diese sind in dem Beispiel nach Art einer Matrix angeordnet, wobei durch die Vorrichtungen 10 jeweils Flächenelemente nach Art von Bildelementen (picture elements, Pixel) erzeugt werden. Die Größe der Flächenelemente kann insbesondere bei einer Pixel-Diagonale von 25 mm bis 60 mm liegen. Mit den Vorrichtungen 10 ist ferner ein Steuerelement 11a gekoppelt, durch das eine an die Flüssigkristallelemente 13, 13', 16, 16' der Vorrichtungen 10 angelegte Spannung so geregelt werden kann, dass Licht in einem bestimmten Verhältnis in die Emissionsrichtungen R1, R2, R3, R4 emittiert wird. Dabei hängt es von der Ausführungsform der Vorrichtungen 10 ab, wie die Emissionsrichtungen R1, R2, R3, R4 verlaufen. The headlight 11 , whose structure is shown here in longitudinal section, includes the light source 1 and a variety of devices according to the invention 10 , These are arranged in the example in the manner of a matrix, wherein by the devices 10 surface elements are generated in the manner of picture elements (pixels). The size of the surface elements can be in particular at a pixel diagonal of 25 mm to 60 mm. With the devices 10 is also a control 11a coupled through the one to the liquid crystal elements 13 . 13 ' . 16 . 16 ' of the devices 10 applied voltage can be controlled so that light is emitted in a certain ratio in the emission directions R1, R2, R3, R4. It depends on the embodiment of the devices 10 from how the emission directions R1, R2, R3, R4 run.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass bei zumindest einer der Vorrichtungen 10 des Scheinwerfers 11 das Flüssigkristallelement 13, 13’, 16, 16' mehrere Segmente umfasst. Wie oben beschrieben, kann in diesem Fall die Ausgangslichtemission durch eine an den Segmenten angelegte Spannung gesteuert werden, wobei für alle Segmente einer Vorrichtung 10 nur ein Satz optischer Elemente, insbesondere Lichtquelle 1, Spiegel 15 und Strahlteilerelement 12, 14, vorgesehen ist. In further embodiments, it is provided that in at least one of the devices 10 of the headlight 11 the liquid crystal element 13 . 13 ' . 16 . 16 ' includes several segments. As described above, in this case, the output light emission can be controlled by a voltage applied to the segments, wherein for all segments of a device 10 only a set of optical elements, in particular light source 1 , Mirror 15 and beam splitter element 12 . 14 , is provided.

Insbesondere kann der Scheinwerfer lediglich eine einzelne solche Vorrichtung 10 mit einer Vielzahl von Segmenten des Flüssigkristallelements 13, 13’, 16, 16' umfassen. In particular, the headlight can only be a single such device 10 with a plurality of segments of the liquid crystal element 13 . 13 ' . 16 . 16 ' include.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass mittels der Emissionsrichtungen R1, R2, R3, R4 der Vorrichtungen 10 verschiedene Lichtfunktionen betrieben werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Fernlichtverteilung und eine Nahfeldbeleuchtung implementiert werden, wobei jeweils das in eine der Emissionsrichtungen R1, R2, R3, R4 emittierte Licht für eine der Lichtfunktionen verwendet wird. In further embodiments, it is provided that by means of the emission directions R1, R2, R3, R4 of the devices 10 various light functions are operated. In particular, it is provided that a high beam distribution and a near field illumination are implemented, wherein in each case the light emitted in one of the emission directions R1, R2, R3, R4 is used for one of the light functions.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Lichtquelle light source
2 2: Polarisationsfilter (Absorption P, Transmission S) Polarizing filter (absorption P, transmission S)
3 3: Flüssigkristallelement (erster Zustand; λ/2) Liquid crystal element (first state, λ / 2)
3' 3 ': Flüssigkristallelement (zweiter Zustand; „off“) Liquid crystal element (second state, "off")
4 4: Polarisationsfilter (Absorption S, Transmission P) Polarizing filter (absorption S, transmission P)
10 10: Vorrichtung; LC-Elemente Contraption; LC elements
11 11: Scheinwerfer headlights
11a 11a: Steuerelement control
12 12: Polarisierendes Strahlteilerelement (Reflexion P, Transmission S) Polarizing beam splitter element (reflection P, transmission S)
13 13: Flüssigkristallelement (erster Zustand; λ/2) Liquid crystal element (first state, λ / 2)
13' 13 ': Flüssigkristallelement (zweiter Zustand; „off“) Liquid crystal element (second state, "off")
14 14: Polarisierendes Strahlteilerelement (Reflexion S, Transmission P) Polarizing beam splitter element (reflection S, transmission P)
15 15: Reflexionselement; Spiegel Reflection element; mirror
16 16: Flüssigkristallelement (erster Zustand; λ/4) Liquid crystal element (first state, λ / 4)
16' 16 ': Flüssigkristallelement (zweiter Zustand; „off“) Liquid crystal element (second state, "off")
P P: linear P-polarisiertes Licht linear P-polarized light
S S: linear S-polarisiertes Licht linear S-polarized light
SP SP: zirkular SP-polarisiertes Licht circular SP-polarized light
R1, R2, R3, R4R1, R2, R3, R4: Emissionsrichtungen emission directions

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012112127 A1 [0002]
DE 102013020549 A1 [0003]
DE 102014105963 A1 [0004]
DE 102014110599 A1 [0005]

Claims

Contraption ( 10 ) for generating an output light emission with a light source ( 1 ) for emitting light; at least one polarizing beam splitter element ( 12 . 14 ) incident on at least part of the emitted light, wherein a first reflected light beam of a first polarization state and a second transmitted light beam of a second polarization state can be generated; and a liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ), which has at least two states, which by means of a control element ( 11a ) depending on a to the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) are driven, and through which the first and the second light beam at least partially pass, wherein the polarization states of the first and second light beam in dependence on the state of the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) are changeable; wherein the first and second light bundles at least partially on the at least one beam splitter element ( 12 . 14 ) or to another beam splitter element ( 12 . 14 ) that they are united.

Contraption ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the output light emission has a first and a second emission direction, wherein the intensities of the output light emission in the first and the second emission direction based on the state of the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) are controllable.

Contraption ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the sum of the light intensities of the first and second emission directions is substantially constant.

Contraption ( 10 ) according to one of claims 2 or 3, characterized in that that of the light source ( 1 ) emitted light and the output light emission in the first and the second emission direction is circularly polarized.

Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) comprises a plurality of segments, wherein by means of the control element ( 11a ) one at the individual segments of the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) applied voltage is controllable.

Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second light beam are separated by the same liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ).

Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 10 ) furthermore at least one reflection element ( 15 ) suitable for reflection of light.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a first and a second polarizing beam splitter element ( 12 . 14 ), wherein the first and the second light beam before passing through the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) to the first polarizing beam splitter element ( 12 . 14 ) and after passing through the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) to the second polarizing beam splitter element ( 12 . 14 ) to meet.

Device according to claim 8, characterized in that the first and the second light beam pass through the liquid crystal element (once). 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) to step.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the device exactly one polarizing beam splitter element ( 12 . 14 ).

Contraption ( 10 ) according to claim 10, characterized in that the first and second light beams pass through the liquid crystal element exactly twice ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) to step.

Contraption ( 10 ) According to claims 2 to 11, characterized in that the apparatus further comprises a decoupling element, and the light emission output is coupled in at least the first or the second direction of emission.

Headlights ( 11 ) with at least one device ( 10 ) according to one of claims 1 to

Headlights ( 11 ) according to claim 13, characterized in that by the devices ( 10 ) each output light emissions can be generated with at least two emission directions and the headlight ( 11 ) further comprises a decoupling device, by which light of one of the emission directions can be coupled out.

Method for generating an output light emission, by which a light source ( 1 ) Light is emitted; at least a part of the emitted light onto at least one polarizing beam splitter element ( 12 . 14 ), wherein a first reflected light beam of a first polarization state and a second transmitted light beam of a second polarization state are generated; the first and the second light beam at least partially by a liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) occur, wherein the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) has at least two states, the polarization states of the first and second light bundles being dependent on the state of the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) are changeable; whereby by means of a control ( 11a ) one to the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) is controlled so that a certain state of the liquid crystal element ( 13 . 13 ' . 16 . 16 ' ) is produced; wherein the first and second light bundles at least partially on the at least one beam splitter element ( 12 . 14 ) or to another beam splitter element ( 12 . 14 ) that they are united.