DE102017213102A1

DE102017213102A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit einer lichtquelle zur emission von beleuchtungslicht

Info

Publication number: DE102017213102A1
Application number: DE102017213102.0A
Authority: DE
Inventors: Sergey Khrushchev
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-01-31
Also published as: US10416464B2; US20190033605A1; CN109323215A; CN109323215B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle (2), einem Mikrospiegel-Array (30) und einer Beleuchtungsoptik (8), wobei in einem Aus-Strahlenbündel (10), das in einer Aus-Kippstellung neben die Beleuchtungsoptik (8) reflektiert wird, eine optische Sensoreinheit (7) angeordnet ist, und zwar mit ihrer sensitiven Sensorfläche (32) schräg zu einer Haupt-Einfallsrichtung (33) der Strahlung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle zur Emission von Beleuchtungslicht, einem Mikrospiegel-Array und einer Beleuchtungsoptik.
Stand der Technik
Ein Mikrospiegel-Array ist aus einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Mikrospiegel aufgebaut, die als Aktoren unabhängig voneinander schalt- und damit verkippbar sind. Bei Projektionsanwendungen werden solche Mikrospiegel-Arrays als Bildgeber genutzt. Es entspricht also jeder Mikrospiegelaktor einem Pixel, wobei je nach Kippstellung das in jeweiligen Zeitpunkten darauf fallende Licht bestimmter Farbe (z. B. Rot, Grün und Blau) zur Bildgebung in einem Ein-Strahlenbündel auf die Projektionsfläche weitergeleitet wird, oder in einem Aus-Strahlenbündel neben die Beleuchtungsoptik geführt und nicht genutzt wird.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvorrichtung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Diese weist eine optische Sensoreinheit mit einer sensitiven Sensorfläche auf, die in dem Aus-Strahlenbündel angeordnet ist und der Erfassung einer in dem Aus-Strahlenbündel geführten Strahlung dient. Dabei ist die Sensoreinheit derart orientiert, dass die Sensorfläche schräg zu einer Haupt-Einfallsrichtung der Strahlung liegt, also nicht senkrecht dazu (und auch nicht parallel). Die Sensoreinheit kann bspw. zur Überwachung der Lichtquelle bzw. des Mikrospiegel-Arrays genutzt werden, wobei die Anordnung im Aus-Strahlenbündel z. B. Effizienzvorteile bieten kann (das dort geführte Beleuchtungslicht wird beleuchtungsseitig ohnehin nicht benötigt). Mit der schräg zur Haupt-Einfallsrichtung orientierten Sensorfläche können bspw. Rückreflexe von der Sensorfläche zu dem Mikrospiegel-Array zumindest verringert werden. Dies kann bspw. hinsichtlich der Bilderzeugung bzw. Erzeugung einer bestimmten Lichtstärkeverteilung beleuchtungsseitig vorteilhaft sein, die anderenfalls durch Rückreflexe von der Sensoreinheit über das Mikrospiegel-Array durch die Beleuchtungsoptik gestört sein könnte. Rückreflexe können auch für die Lichtquelle störend sein.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
Mit der Sensoreinheit kann z. B. die Funktionalität des Mikrospiegel-Arrays (im Folgenden auch nur „Array“) überwacht werden, insbesondere im Falle einer ortsaufgelösten Erfassung (siehe unten). Es können bspw. Mikrospiegelaktoren (im Folgenden auch nur „Aktoren“) beschädigt sein, etwa aufgrund lokal hoher Leistungsdichten nicht mehr funktionsgemäß verkippen („verbacken“). Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet liegt im Bereich der Kfz-Beleuchtung (siehe unten), wobei insbesondere Vibrationen bzw. die mechanische Belastung generell, auch in Verbindung mit stark unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, ursächlich für eine Beschädigung des Arrays oder auch der Lichtquelle sein können.
Ein Überwachen der Lichtquelle kann bspw. auch von Interesse sein, um ein unerwünschtes Austreten von Strahlung mit hoher Strahldichte in einem Fehlerfall, etwa bei einer beschädigten Lichtquelle, erkennen und vermeiden zu können. Die Lichtquelle kann bspw. eine Pumpstrahlungsquelle und ein Leuchtstoffelement zur zumindest anteiligen Konversion der Pumpstrahlung aufweisen (siehe unten im Detail), und es könnte bei einem beschädigten, etwa gebrochenen/gerissenen Leuchtstoffelement, die in der Regel gebündelte Pumpstrahlung zur Beleuchtungsanwendung hin austreten. Dies kann beleuchtungsanwendungsseitig ein erhebliches photobiologisches Risiko darstellen, etwa für einen Betrachter eine Schädigung der Netzhaut und schlimmstenfalls einen Verlust der Sehkraft zur Folge haben. Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann bspw. eine Auswerteeinheit, die eine Unregelmäßigkeit in dem Messsignal der Sensoreinheit feststellt, eine Steuereinheit der Lichtquelle zumindest zu einer Leistungsreduktion (Dimmen) oder auch einem vollständigen Abschalten veranlassen, dies kann für die Lichtquelle insgesamt oder auch ortsaufgelöst nur in Teilbereichen erfolgen (siehe unten).
Bei einer Lichtquelle mit Leuchtstoffelement kann sich dieses mitunter auch im Gesamten aus einer mechanischen Halterung oder von einem Träger lösen, etwa aufgrund einer versagenden Fügeverbindungsschicht. Auch in diesem Fall könnte sich die Pumpstrahlung gebündelt zur Beleuchtungsanwendung hin ausbreiten. Im Übrigen muss sich aber eine unerwünschte/gefährliche Strahlungsausbreitung auch nicht zwingend aus einem Defekt der Lichtquelle selbst ergeben, sondern kann bspw. auch ein Defekt eines der optischen Elemente zur Strahlführung ursächlich sein.
Zur Illustration werden nun zunächst verschiedene Möglichkeiten vorab diskutiert, worum es sich bei der „Strahlung“, zu deren Erfassung die Sensoreinheit vorgesehen ist, handeln kann (Details finden sich nachstehend). Im Falle einer Lichtquelle mit Pumpstrahlungsquelle und Leuchtstoffelement kann die Sensoreinheit bspw. zur Erfassung der Pumpstrahlung eingerichtet sein, bspw. auch ausschließlich der Pumpstrahlung. Im Falle eines in Vollkonversion betriebenen Leuchtstoffelements, bei dem die gesamte Pumpstrahlung konvertiert wird, würde dann im Normalbetrieb auf die Sensoreinheit gar keine Strahlung fallen, sondern erst in einem Fehlerfall (gebrochenes/gerissenes/abgefallenes Leuchtstoffelement). Andererseits kann aber auch bereits im Normalbetrieb Strahlung auf die Sensorfläche fallen, die Sensoreinheit kann nämlich bspw. zur Erfassung des Beleuchtungslichts eingerichtet sein. Aber auch im Falle einer Pumpstrahlungserfassung ist eine gewisse Detektion im Normalbetrieb möglich, wenn das Beleuchtungslicht anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung enthält (sog. Teilkonversion, siehe unten).
Generell ergibt sich im Rahmen dieser Offenbarung eine „Hauptrichtung“ von Strahlung bzw. Licht (z. B. die Haupt-Einfallsrichtung) als im zeitlichen Integral gebildeter Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren, entlang welcher sich die jeweilige Strahlung bzw. das jeweilige Licht im jeweiligen Abschnitt ausbreitet, wobei bei dieser Mittelwertbildung jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Strahlstärke gewichtet wird. Die Betrachtung erfolgt im zeitlichen Integral, weil sich üblicherweise nicht sämtliche Aktoren gleichzeitig in derselben Kippstellung befinden, vgl. auch die nachstehenden Anmerkungen. Die Haupt-Einfallsrichtung liegt „schräg“ zu der Sensorfläche, weicht also zumindest ein Stück weit von einer dazu senkrechten oder parallelen Orientierung ab.
Bevorzugt wird das Mikrospiegel-Array für eine adaptive Straßenausleuchtung genutzt, bei welcher bspw. andere Verkehrsteilnehmer zur Vermeidung einer Blendung selektiv von der Beleuchtung ausgenommen werden (siehe unten im Detail). Das von der Lichtquelle emittierte Beleuchtungslicht wird an den Mikrospiegelaktoren des Mikrospiegel-Arrays reflektiert, also je Aktor ein jeweiliges Teil-Strahlenbündel. In Abhängigkeit von der Kippstellung des jeweiligen Aktors wird das jeweilige Teil-Strahlenbündel über die Beleuchtungsoptik zur Beleuchtungsanwendung (Ein-Kippstellung) oder daneben reflektiert und der Beleuchtungsanwendung nicht zugeführt. Über die Kippstellung der Aktoren lässt sich somit gezielt eine Lichtverteilung im Fernfeld einstellen.
Die Gesamtheit aller Teil-Strahlenbündel, die von den Aktoren jeweils in Ein-Kippstellung reflektiert werden, bildet das „Ein-Strahlenbündel“; die Gesamtheit aller von den Aktoren in jeweiliger Aus-Kippstellung reflektierten Teil-Strahlenbündel bildet das Aus-Strahlenbündel. Das Ein- und das Aus-Strahlenbündel ergeben sich jeweils im zeitlichen Integral (nicht sämtliche Aktoren gleichzeitig in derselben Kippstellung bzw. generell oszillierend betrieben). Ein zeitliches Integral kann eine Zeitdauer im Mikrosekundenbereich und/oder Millisekundenbereich und/oder Sekundenbereich und/oder Minutenbereich und/oder länger umfassen.
Zwischen dem Ein- und dem Aus-Strahlenbündel kann es auch noch ein weiteres Strahlenbündel (Transient-Strahlenbündel) geben, das einem nicht ausgelenkten Zustand der Aktoren entsprechen kann, sog. Transient Flat State, der nicht weiter genutzt wird, vgl. auch das Ausführungsbeispiel zur Illustration. Andererseits können Ein- und Aus-Strahlenbündel aber auch direkt nebeneinander liegen, kann also in anderen Worten der Transient Flat State auch aktiv genutzt werden.
Dem Mikrospiegel-Array ist die Beleuchtungsoptik derart zugeordnet, dass das von unterschiedlichen Mikrospiegelaktoren in Ein-Kippstellung durch die Beleuchtungsoptik geführte Beleuchtungslicht in unterschiedliche Raumrichtungen gelangt. Die Lichtverteilung im Ortsraum in der Array-Ebene wird also in eine Lichtverteilung im Winkelraum des Fernfelds übersetzt. Durch selektives Ein-/Ausschalten eines jeweiligen Aktors kann dementsprechend eine jeweilige Raumrichtung bzw. ein Raumwinkelbereich selektiv mit Beleuchtungslicht versorgt werden, oder eben nicht.
Ein von bspw. einem Kamerasystem des Kraftfahrzeugs (Kfz) erfasstes, vorausfahrendes oder entgegenkommendes Fahrzeug kann so bspw. gezielt aus dem Lichtkegel ausgenommen werden, indem also die jeweilig zugeordneten Aktoren ausgeschaltet (in eine entsprechende Kippstellung) gebracht werden (eine jeweilige Kippstellung muss auch innerhalb einer Betriebsperiode nicht zwingend dauerhaft eingenommen werden, es kann auch ein oszillierendes Hin- und Herklappen überlagert sein). Dies soll ein vorteilhaftes und insoweit auch bevorzugtes Anwendungsgebiet illustrieren, den Erfindungsgedanken aber nicht in seiner Allgemeinheit beschränken.
Die Beleuchtungsoptik kann im Allgemeinen auch einen Reflektor aufweisen; bevorzugt ist eine ausschließlich refraktive Beleuchtungsoptik. Im Allgemeinen ist auch eine nicht-abbildende Beleuchtungsoptik denkbar, vorzugsweise ist sie jedoch abbildend. Die Beleuchtungsoptik kann bspw. eine Linse aufweisen, bevorzugt eine Sammellinse, wobei die Linse auch nach Art eines Linsensystems aus mehreren Einzellinsen aufgebaut sein kann (in Bezug auf die Durchleuchtung aufeinanderfolgend angeordnet). Bevorzugt ist eine Anordnung derart, dass die Beleuchtungsoptik das Mikrospiegel-Array, also die Aktoren, ins Unendliche abbildet.
Das „Mikrospiegel-Array“ (prinzipiell können auch ein MEMS-Array, LCOS bzw. ein Grating Light Valve und vergleichbare einstellbar reflektive Anordnungen in Betracht kommen, bevorzugt ist ein Digital Micromirror Device, DMD) kann bspw. mindestens 10, 100, 500, 1.000, 5.000, 10.000 bzw. 30.000 Mikrospiegelaktoren und (davon unabhängig) z. B. nicht mehr als 1×10^8, 1×10⁷ bzw. 1×10⁶ Mikrospiegelaktoren aufweisen (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Die Aktoren sind bevorzugt Teil desselben Halbleiter-Bauteils (Chips). Sie sind nicht notwendigerweise vollständig unabhängig voneinander schaltbar, sondern können bspw. auch bereits Chip-seitig in Gruppen zusammengefasst sein. Es können also bspw. auch mehrere nebeneinander angeordnete Mikrospiegelaktoren gemeinschaftlich einen Raumwinkelbereich versorgen, oder eben nicht, also dann sämtlich ein- oder ausgeschaltet sein. Auch hinsichtlich bestimmter Betriebsmodi, wie z. B. Fernlicht, Abblendlicht, Tagfahrlicht etc., ist auch ein bereits originäres gruppenweises Zusammenfassen möglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Haupt-Einfallsrichtung mit der Sensorfläche einen Neigungswinkel ein, der mindestens 10°, weiter und besonders bevorzugt mindestens 15° bzw. 20° beträgt. Bevorzugte Obergrenzen, die im Allgemeinen auch unabhängig von den Untergrenzen von Interesse sein können und offenbart sein sollen, liegen bei in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 80°, 70°, 60° bzw. 50°. Der Neigungswinkel ist der kleinere von zwei Winkeln, den die Haupt-Einfallsrichtung mit der Sensorfläche einschließt (aufaddiert ergeben die beiden Winkel 180°). Im Falle einer nicht planen Sensorfläche wird der Neigungswinkel gegenüber einer Tangentialebene an die Sensorfläche genommen (die Tangentialebene liegt im geometrischen Flächenschwerpunkt). Bevorzugt ist die Sensorfläche jedoch plan, auch generell.
In bevorzugter Ausgestaltung ist in dem Aus-Strahlenbündel eine abbildende Optik angeordnet, die eine Aktorenfläche des Arrays auf die Sensorfläche abbildet. Die Aktorenfläche ist jene Fläche, in der die Reflexionsflächen der Aktoren liegen, bspw. im stromlosen Zustand. Als abbildende Optik ist vorzugsweise eine Sammellinse vorgesehen, bevorzugt eine Einzellinse. Die Verwendung einer Einzellinse kann aus Platz- bzw. auch Gewichtsgründen von Vorteil sein (es wird auch auf die nachstehenden Anmerkungen zu dem CCD-Sensor verwiesen). Unabhängig von der Ausgestaltung der abbildenden Optik im Einzelnen wird damit von jedem Aktor bzw. jeder Gruppe von Aktoren das jeweilig darüber geführte Licht jeweils auf einen eigenen, definierten Bereich der Sensorfläche gebracht (eine Ortsverteilung auf dem Array korreliert mit einer Ortsverteilung auf der Sensorfläche).
In bevorzugter Ausgestaltung hat das in dem Aus-Strahlenbündel geführte Beleuchtungslicht an dem Mikrospiegel-Array eine Haupt-Ausfallsrichtung, die schräg zu der Aktorenfläche des Arrays liegt, also nicht senkrecht dazu (und auch nicht parallel). Bezüglich der „Haupt-Ausfallsrichtung“ wird auf die vorstehenden Anmerkungen zur Hauptrichtung verwiesen. Es stehen dann also sowohl die Sensorfläche als auch die Aktorenfläche jeweils schräg in dem Strahlenbündel, und zwar jeweils mit unterschiedlichem Vorzeichen (in entgegengesetzten Richtungen schräg), was die Genauigkeit der Abbildung verbessern helfen kann (den theoretischen Hintergrund kann das sogenannte Scheimpflug-Prinzip illustrieren). Es lässt sich bspw. die Schärfe der Abbildung erhöhen und ein sogenannter „Crosstalk“ verringern bzw. vermeiden, also die Überlagerung einzelner Pixelstrahlenbündel.
Besonders bevorzugt kann eine Anordnung sein, bei welcher tan (ψ) = ((m+1)/m) · tan (θ) gilt, wobei m die optische Vergrößerung der Sensoroptik ist, θ der Winkel zwischen der Linsenebene (LP) der Sensoroptik und der Bildebene (IP) ist und ψ der Winkel zwischen Bildebene (IP) und Fokusebene (POF) ist. Dabei liegt die Aktorenfläche in der Fokusebene und die Sensorfläche in der Bildebene (und ist die jeweilige Ebene entsprechend definiert). Zur Illustration wird auch auf 2 verwiesen.
Die Haupt-Ausfallsrichtung kann mit der Aktorenfläche einen Neigungswinkel (siehe vorne) von bspw. mindestens 10°, 20°, 30° bzw. 35° einschließen, mit möglichen (davon unabhängigen) Obergrenzen bei bspw. höchstens 80°, 70°, 60° bzw. 55° (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Besonders bevorzugt können bspw. 42° sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoreinheit für eine über die Sensorfläche ortsaufgelöste Strahlungserfassung ausgelegt, bevorzugt ist eine matrixförmige Ortsauflösung (in Zeilen und Spalten). Als Sensoreinheit kann ein CMOS-Sensor oder bevorzugt ein CCD-Sensor vorgesehen sein. Die Ortsauflösung kann eine gewisse Zuordnung einer mit der Sensoreinheit erfassten Abweichung ermöglichen. Es kann bspw. eine Schädigung („verbacken“, mechanischer Bruch etc.) eines Aktors bzw. einer Gruppe von Aktoren festgestellt und zugeordnet werden, was z. B. je nach Relevanz für die typischerweise zu erzeugenden Lichtverteilungen bereits im Betrieb eine Kategorisierung ermöglichen kann (weniger kritisch / kritisch). Auch bei einer Schädigung des Leuchtstoffelements (Riss, Bruch etc.) kann eine Zuordnung vorteilhaft sein, weil eine Ortsverteilung auf einer Abstrahlfläche des Leuchtstoffelements bevorzugt mit einer Ortsverteilung auf dem Array korreliert (die Ortsverteilung auf dem Array korreliert dann ihrerseits bevorzugt mit einer Ortsverteilung auf der Sensorfläche, siehe vorne). Generell ist zwischen Leuchtstoffelement und Array bevorzugt eine abbildende Optik vorgesehen („Zuführoptik“).
Die entsprechenden Aktoren können dann bspw. dauerhaft im Aus-Zustand bleiben. Bei der Kfz-Anwendung kann dem Fahrzeugführer der Defekt angezeigt werden, um ihn zum Aufsuchen einer Werkstatt anzuhalten, etwa über eine Kontrollleuchte im Fahrzeuginneren oder dergleichen. Es können dann bspw. nur noch einige der Aktoren, die von den dem Schadensbereich zugeordneten Aktoren hinreichend beabstandet sind, in einem Notlichtbetrieb betrieben werden. Die Lokalisierung der Schädigung kann auch ausgelesen werden, etwa in der Werkstatt, oder auch automatisch an den Hersteller ausgegeben werden, um bspw. die Bereitstellung passender Ersatzteile zu veranlassen. Im Falle mehrerer Defektstellen und/oder großflächiger Defektstellen kann auch ein Dimmen oder gar komplettes Abschalten der Lichtquelle ausgeführt werden.
Ein CCD-Sensor kann aber auch unabhängig von einer Fehlerzuordnung Vorteile gegenüber z. B. einer Fotodiode bieten und entsprechend bevorzugt sein, nämlich aufgrund der größeren Sensorfläche. Die Sensorfläche bevorzugter CCD-Sensoren hat eine Flächendiagonale von mindestens 6 mm, weiter und besonders bevorzugt mindestens 8 mm, bzw. 10 mm, wobei mögliche Obergrenzen (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 50 mm, 40 mm, 30 mm, 20 mm, 18 mm, 16 mm bzw. 14 mm liegen können. Besonders bevorzugt können bspw. 12 mm sein, wohingegen übliche Fotodioden in der Regel eine Fläche von nur rund 1 × 2 mm² haben. Der Vorteil der größeren Sensorfläche zeigt sich in einer Etenduebetrachtung: geht man von einem am Array vorgegebenen Öffnungswinkel aus, erfordert die Abbildung auf eine kleinere Bildfläche (Fotodiode) eine stärker brechende Linse bzw. komplexere Optik als die Abbildung auf die größere Sensorfläche des CCD-Sensors. Das Vorsehen einer einfacheren Optik, insbesondere einer Einzellinse (siehe vorne) kann aus Gewichts- und insbesondere Platzgründen (Bauraum) vorteilhaft sein. Auch in Fertigungshinsicht können sich Vorteile ergeben, wegen der einfacheren Halterung bzw. Justage.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lichtquelle eine Pumpstrahlungsquelle und ein bevorzugt dazu beabstandetes Leuchtstoffelement auf, womit sich sehr hohe Leuchtdichten realisieren lassen. Das Leuchtstoffelement konvertiert die Pumsptrahlung zumindest anteilig in ein Konversionslicht; dieses kann für sich (Vollkonversion) oder auch in Mischung mit anteilig nicht konvertierter Pumpstrahlung das Beleuchtungslicht bilden, bevorzugt ist letzteres. Auch wenn dabei Pumpstrahlung zu der Beleuchtungsanwendung gelangt, ist dies im Unterschied zu den beschriebenen Fehlerfällen in der Regel unkritisch, weil die anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung aufgefächert ist, bspw. aufgrund von Streuprozessen im Leuchtstoffelement. Ist das Leuchtstoffelement beschädigt, etwa gebrochen, oder auch vollständig abgefallen, gelangt mehr und zudem gebündelte Pumpstrahlung zu der Beleuchtungsanwendung.
Als Pumpstrahlungsquelle ist eine Laserquelle bevorzugt, die bspw. auch aus mehreren Einzel-Laserquellen aufgebaut sein kann. Bevorzugt ist als Laserquelle bzw. Einzel-Laserquelle eine Laserdiode vorgesehen. Das Leuchtstoffelement weist einen wellenlängenkonvertierenden Leuchtstoff auf, z. B. Cer-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce). Der Leuchtstoff kann bspw. in Partikelform in ein Matrixmaterial eingebettet sein, es können aber auch agglomerierte Leuchtstoffpartikel oder auch ein Einkristall des Leuchtstoffs das Leuchtstoffelement bilden. Das Beleuchtungslicht ist generell bevorzugt Weißlicht, was sich bspw. mit dem gelbes Konversionslicht emittierenden YAG:Ce bei einer Teilkonversion mit blauem Pumplicht erreichen lässt.
Die Pumpstrahlung fällt auf eine Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements, und das Konversionslicht wird an einer Abstrahlfläche abgeführt. Im Allgemeinen ist auch ein Betrieb in Reflexion möglich, können die Einstrahl- und die Abstrahlfläche also zusammenfallen, an der entgegengesetzten Seitenfläche des Leuchtstoffelements könnte dann bspw. ein Spiegel angeordnet sein. Bevorzugt wird das Leuchtstoffelement in Transmission betrieben, liegen also die Einstrahl- und die Abstrahlfläche einander entgegengesetzt. An der Einstrahlfläche kann bspw. eine dichroitische Beschichtung vorgesehen sein, die für die darauf fallende Pumpstrahlung transmissiv ist, für das im Leuchtstoffelement daraufhin erzeugte Konversionslicht jedoch reflektiv.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Aus-Strahlenbündel ein Strahlteiler angeordnet. An diesem wird die Strahlung nicht zwingend in jedem Zeitpunkt, aber jedenfalls bei einer Betrachtung im zeitlichen Integral aufgetrennt (über Normalbetrieb und Fehlerfall). Etwa im Falle eines Strahlteilers, der Pumpstrahlung und Konversionslicht auftrennt, kann nämlich bei einer Vollkonversion auf jenem Pfad dem Strahlteiler nachgelagert, der zum Führen der Pumpstrahlung vorgesehen ist, im Normalbetrieb auch gar keine Strahlung geführt sein, sondern erst im Fehlerfall. Andererseits kann aber auch bereits im Normalbetrieb das Beleuchtungslicht an dem Strahlteiler aufgetrennt werden, siehe unten.
Der Strahlteiler kann bevorzugt als Platte vorgesehen und der Sensorfläche vorgelagert angeordnet sein. „Platte“ bezeichnet insofern ein zuvor für sich hergestelltes optisches Bauteil, das dann mit der Sensoreinheit (und den übrigen Komponenten) zusammengesetzt wird. Die Platte wird bevorzugt zwischen einer abbildenden Optik (siehe vorne) und der Sensorfläche angeordnet, besonders bevorzugt kann sie auch direkt an die Sensorfläche gesetzt werden. Bevorzugt ist eine planparallele Platte, was z. B. Abbildungsfehlern vorbeugen helfen kann.
Die Platte steht bevorzugt schräg zur Hauptrichtung in dem Aus-Strahlenbündel, etwa unter einem Winkel von mindestens 30°, bevorzugt mindestens 40°, mit möglichen (davon unabhängigen) Obergrenzen bei bspw. höchstens 60°, bevorzugt höchstens 50°. Besonders bevorzugt können 45° sein, betrachtet wird der Winkel zwischen Plattenfläche und Richtung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Platte in dem Aus-Strahlenbündel versetzbar gelagert, bevorzugt schräg zu einer Hauptrichtung des Aus-Strahlenbündels, besonders bevorzugt parallel zur Sensorfläche. Die Lagerung kann bspw. auch ein lineares Verschieben ermöglichen, bevorzugt ist eine drehbare Lagerung. Die Platte kann also bspw. um eine zur Dickenrichtung der Platte parallele Rotationsachse drehbar sein. Unabhängig davon im Einzelnen lässt sich mit dem Versetzen der Platte der jeweilig bestrahlte Bereich verändern. In den unterschiedlichen Bereichen der Platte können bspw. unterschiedliche Spiegelschichten vorgesehen sein, etwa eine wellenlängenabhängige Spiegelschicht in dem einen und eine polarisationsabhängige Spiegelschicht in einem anderen Bereich (siehe auch unten). Mit dem Versetzen der Platte kann also der jeweilige Mechanismus der Strahlauftrennung verändert werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Strahlteiler als Beschichtung auf die Sensorfläche selbst oder auf ein Gehäusefenster der Sensoreinheit aufgebracht. Es wird also bspw. ein den Strahlteiler bildendes dichroitisches Schichtsystem (siehe unten) direkt auf die Sensorfläche abgeschieden. Im Allgemeinen können auch mehrere Strahlteiler vorgesehen sein, kann also die Sensorfläche beschichtet und zusätzlich eine Platte vorgesehen sein, bevorzugt sind dies Alternativen, ist in dem Aus-Strahlenbündel also nur genau ein Strahlteiler angeordnet.
Die nachstehend beschriebenen Möglichkeiten können sowohl bei einer Ausgestaltung als Beschichtung als auch im Falle einer Platte umgesetzt sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird über den Strahlteiler zumindest ein Teil des in dem Aus-Strahlenbündel geführten Beleuchtungslichts auf einen Absorber, bevorzugt in eine Strahlfalle geführt, also in einen Beam Dump. Im zeitlichen Integral können bezogen auf die Strahlungsintensität bspw. mindestens 50 %, 60 %, 70 % bzw. 80 % des Beleuchtungslichts in die Strahlfalle geführt werden; Obergrenzen können bei 95 % bzw. 90 % liegen, es kann aber auch das gesamte Beleuchtungslicht in die Strahlfalle geführt werden. Das zumindest teilweise Abtrennen von Beleuchtungslicht kann generell hinsichtlich der Sensoreinheit von Vorteil sein, bspw. eine übermäßig hohe Bestrahlungsstärke auf der Sensorfläche vermeiden helfen.
Der Strahlteiler kann bspw. auch spektral nicht-selektiv sein. Es kann also auf beiden Pfaden dem Strahlteiler nachgelagert Beleuchtungslicht derselben bzw. im Wesentlichen derselben spektralen Zusammensetzung geführt sein, wobei in der Regel der kleinere Teil auf die Sensoreinheit und der größere Teil in die Strahlfalle gelangt. Im Falle einer Lichtquelle mit Pumpstrahlungsquelle und Leuchtstoffelement kann eine entsprechende Ausgestaltung insbesondere von Interesse sein, wenn mit der Sensoreinheit das Pumpstrahlungs-/Konversionslicht-Verhältnis überwacht wird, z. B. als Blau/Gelb-Verhältnis.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, welche die Lichtquelle mit Pumpstrahlungsquelle und Leuchtstoffelement betrifft, ist der Strahlteiler derart eingerichtet, dass darüber zumindest im Fehlerfall die Pumpstrahlung auf die Sensorfläche gelangt. Der Strahlteiler kann für die Pumpstrahlung oder das Konversionslicht reflektiv sein, die jeweilig andere Strahlung jedoch transmittieren. Auf eine entsprechende Sensoreinheit kann etwa im Falle einer Teilkonversion auch im Normalbetrieb Pumpstrahlung gelangen, aber mit im Vergleich zum Fehlerfall geringerer Intensität bzw. Bestrahlungsstärke. In einer Auswerteeinheit kann bspw. ein Schwellwert hinterlegt sein, dessen Überschreiten einen Fehlerfall anzeigt (Threshold).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Strahlteiler eine wellenlängenabhängige Spiegelschicht auf, auch als „dichroitischer Spiegel“ bezeichnet. Eine entsprechende Schicht kann bspw. aus mehreren Einzelschichten aufgebaut sein, mit denen dielektrische Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes aufeinander folgen. Alternativ oder zusätzlich zu der wellenlängenabhängigen Selektion kann auch eine polarisationsabhängige Spiegelschicht vorgesehen sein, die z. B. nur für p-polarisierte Strahlung transmissiv ist, für s-polarisierte Strahlung jedoch reflektiv (oder umgekehrt). Die Pumpstrahlung ist dem Leuchtstoffelement vorgelagert bevorzugt linear polarisiert, besonders bevorzugt wird sie bereits linear polarisiert von der Pumpstrahlungsquelle emittiert (insbesondere im Fall einer Laserdiode).
Die polarisationsabhängige Schicht kann bspw. derart vorgesehen sein, dass im Normalbetrieb keine oder kaum Strahlung auf die Sensorfläche gelangt. Selbst im Falle einer Teilkonversion kann die polarisationsabhängige Spiegelschicht derart angeordnet werden, dass die anteilig nichtkonvertierte Pumpstrahlung, deren lineare Polarisation aufgrund von Streuprozessen etc. im Leuchtstoffelement weitgehend aufgehoben wird, nicht „passt“, also allenfalls anteilig Pumpstrahlung auf die Sensorfläche gelangt. In einem Fehlerfall (abgefallenes Leuchtstoffelement, aber auch Bruch etc.) gelangt die Pumpstrahlung dann hingegen überwiegend oder zumindest mit signifikant erhöhtem Abteil p-polarisiert auf die polarisationsabhängige Spiegelschicht und wird auf die Sensorfläche geführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Strahlteiler derart vorgesehen, dass er für die zumindest im Fehlerfall auf die Sensorfläche geführte Strahlung transmissiv ist. Für das bspw. in eine Strahlfalle geführte Beleuchtungslicht ist er dann hingegen reflektiv. In anderen Worten stellt der Strahlteiler in dem Pfad zur Sensoreinheit hin bevorzugt eine durchstrahlte planparallele Platte dar, was hinsichtlich der gewünschten Abbildung der Aktorenfläche auf die Sensorfläche einen einfacheren Aufbau ermöglichen kann. Im Allgemeinen kann die auf die Sensorfläche geführte Strahlung an dem Strahlteiler aber auch reflektiert werden.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Auswerteeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, das mit der Sensoreinheit erfasste Sensorsignal mit einem Sollwert abzugleichen. Etwa im Falle des CCD-Sensors können mit einer Ortsverteilung auch mehrere Sollwerte vorgesehen sein, also für jeden Aktor bzw. gruppenweise (ein Sollwert kann dann bspw. Information über Position, Größe und zu erwartende Strahlungsleistung enthalten). Ein Sollwert kann herstellerseitig hinterlegt sein, etwa als simulierter Wert oder bevorzugt als Messwert. Ein Messwert kann an einer baugleichen Beleuchtungsvorrichtung ermittelt sein, bevorzugt ist eine Kalibrierung jeder Beleuchtungsvorrichtung für sich, beispielsweise im Rahmen des jeweiligen Herstellungsprozesses bzw. der jeweiligen Ausgangsprüfung.
Bevorzugt kann auch eine Anpassung bzw. ggf. auch wiederholte Neuermittlung des Sollwerts sein, bspw. in Intervallen, etwa bei jeder Inbetriebnahme der Beleuchtungsvorrichtung. Dabei können die Aktoren sequentiell vermessen werden, es muss aber auch nicht jeder Aktor einzeln vermessen werden, sondern ist auch ein gruppenweises Zusammenfassen möglich, bspw. zeilenweise. Anhand entsprechender, bspw. bei der Inbetriebnahme ermittelter Sollwerte kann dann die Entwicklung über den Betrieb hinweg überwacht werden, ob sich also die gemessenen Werte von den Sollwerten wegentwickeln (unter Berücksichtigung gewisser Toleranzen etc.).
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung, bzw. einer Beleuchtungsvorrichtung mit Auswerteeinheit, wobei das Sensorsignal mit dem Sollwert abgeglichen wird. Es wird ausdrücklich auf die vorstehenden Absätze verwiesen.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung. Wenngleich im Allgemeinen auch Anwendungen im Projektionsbereich (Video, Kino), bei Effekt- und Entertainmentbeleuchtung oder auch im Architainmentbereich dankbar sind, betrifft die Erfindung in bevorzugter Ausgestaltung die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung zur Fahrzeugbeleuchtung, bevorzugt in einem Frontscheinwerfer. Im Allgemeinen ist auch ein Einsatz in einem Schiff bzw. auch Flugzeug oder Helikopter denkbar, bevorzugt ist ein Kraftfahrzeug (Kfz), insbesondere ein Personenkraftwagen (Pkw). Die bevorzugte Straßenausleuchtung ist bevorzugt adaptiv, es werden also andere Verkehrsteilnehmer zur Vermeidung einer Blendung selektiv von der Beleuchtung ausgenommen.
Ein Raumwinkelvolumen, welches der Beleuchtungslichtkegel maximal ausfüllen kann, ist segmentiert, bevorzugt in Zeilen und Spalten unterteilt, und es werden nur jene Segmente weggeschaltet, in denen der andere Verkehrsteilnehmer festgestellt wurde, bspw. ein anderes Kfz, oder auch ein Fußgänger oder Fahrradfahrer. Dabei können Aktoren auch gruppenweise zusammengefasst sein, bspw. mit je Gruppe mindestens 10, 50, 100 Aktoren und (davon unabhängig) z. B. nicht mehr als 1000 bzw. 500 Aktoren. Es lässt sich bspw. auch ein Kurvenlicht realisieren bzw. können Objekte (z. B. Wildtier am Fahrbahnrand oder auch Personen) auch gezielt beleuchtet werden, etwa zur Markierung (Gefahrenkennzeichnung).
In bevorzugter Ausgestaltung wird das Array in Abhängigkeit von einer Fahrzeugsensormessung betrieben, bevorzugt in Abhängigkeit von einem oder mehreren Kamerabildern. Die Kamerabilder können der Segmentierung des maximal zugänglichen Beleuchtungslichtkegels entsprechend unterteilt sein, wobei jedem Segment dann einer oder mehrere Aktoren des Arrays zugeordnet sind. Wird in einem Segment ein anderer Verkehrsteilnehmer festgestellt, werden die entsprechenden Aktoren in den Aus-Zustand gebracht.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt

1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in schematischer Darstellung zur Veranschaulichung der Strahlführung in unterschiedlichen Strahlenbündeln an einem Mikrospiegel-Array;
2 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einer detaillierten Darstellung der Strahlführung in einem Aus-Strahlenbündel des Mikrospiegel-Arrays;
3 die Bestrahlungsstärkeverteilung auf einer Sensoreinheit der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 2 bei einer exemplarischen Beschaltung des Mikrospiegel-Arrays.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einem Mikrospiegelaktor 1, der Teil eines Arrays an Aktoren ist (im Gesamten nicht dargestellt), und von einer Lichtquelle 2 mit Beleuchtungslicht 3 versorgt wird. Das Beleuchtungslicht 3 durchsetzt eine Sammellinse als Zuführoptik 4 und fällt in Form eines Zuführ-Strahlenbündels 5 auf das Mikrospiegel-Array. Aus Darstellungsgründen ist nur der eine Mikrospiegelaktor 1 des Arrays gezeigt, dennoch wird das zugeführte/reflektierte Licht anhand der Strahlenbündel veranschaulicht, also bezogen auf das Array im Gesamten.
Der Mikrospiegelaktor 1 ist im nicht ausgelenkten Zustand dargestellt. Er ist zwischen zwei Maximal-Kippstellungen, die strichliert angedeutet sind, hin und her verkippbar. Der nicht ausgelenkte Zustand wird als Transient Flat State bezeichnet, und vorliegend entspricht die eine Maximal-Kippstellung der Ein- und die andere der Aus-Kippstellung. In der Aus-Kippstellung reflektiert der Mikrospiegelaktor 1 das auf seine Spiegelfläche 6 fallende Beleuchtungslicht erfindungsgemäß auf eine Sensoreinheit 7. In der Ein-Kippstellung wird das Beleuchtungslicht hingegen durch eine Beleuchtungsoptik 8 (ein Linsensystem) geführt und damit vorliegend zur Erzeugung einer Lichtverteilung im Fernfeld genutzt, konkret zur adaptiven Straßenausleuchtung in einem Kfz-Frontscheinwerfer.
1 illustriert ferner, wie ein bedingt durch die Verkippbarkeit der Mikrospiegelaktoren 1 um vorliegend +/- 12° insgesamt zugänglicher Gesamt-Winkelbereich von 96° aufgeteilt sein kann. In diesem Gesamt-Winkelbereich sind zusätzlich zu dem Zuführ-Strahlenbündel 5 das Ein-Strahlenbündel 9 (zur Beleuchtungsoptik 8), das Aus-Strahlenbündel 10 (auf die Sensoreinheit 7) und das Transient-Strahlenbündel 11 dargestellt. Das Ein-Strahlenbündel 9 und das Aus-Strahlenbündel 10 sind über das Transient-Strahlenbündel 11 zueinander beabstandet, um für einen guten Kontrast soweit möglich unbeabsichtigte Reflexe aus dem Ein-Strahlenbündel 9 zu halten. Diese können im Transient Flat State vermehrt auftreten, weil die Spiegelflächen der Aktoren hier parallel zur Chip-Ebene liegen und so auch Reflexe von der übrigen Chipoberfläche (Verbindungsstege, Metallisierung etc.) eingetragen werden können.
Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung wird das in dem Aus-Strahlenbündel 10 geführte Beleuchtungslicht nicht in Gänze in einem Absorber (Beam Dump) vernichtet. Stattdessen wird die Strahlung über eine Sammellinse als Sensoroptik 12 auf die Sensoreinheit 7 geführt und für eine Zustandsüberwachung der Lichtquelle 2 genutzt. Dies ist insoweit vorteilhaft, als eben einerseits ein Überwachen der Lichtquelle 2 möglich wird, dies aber andererseits keinen Effizienzverlust bedeutet, weil die in dem Aus-Strahlenbündel 10 geführte Strahlung prinzipiell ohnehin nicht zur Beleuchtung genutzt wird (jedenfalls nicht für eine Primärlichtfunktion, allenfalls nach einem Recycling bzw. für eine Sekundärlichtfunktion).
Die Lichtquelle 2 ist aus einer Pumpstrahlungsquelle 20 und einem Leuchtstoffelement 22 aufgebaut. Als Pumpstrahlungsquelle 20 ist eine Laserdiode vorgesehen (auch mehrere Laserdioden sind möglich). Bei der davon emittierten Pumpstrahlung 21 handelt es sich vorliegend um blaues Laserlicht. Dieses fällt in der Regel kollimiert auf ein beabstandet dazu angeordnetes Leuchtstoffelement 22, konkret dessen Einstrahlfläche 23.
Auf die Anregung mit der Pumpstrahlung 21 hin emittiert das Leuchtstoffelement 22 ein Konversionslicht, welches anteilig das Beleuchtungslicht 3 bildet und an der Abstrahlfläche 24 abgeführt wird. Die Abstrahlfläche 24 wird mit der Zuführoptik 4 auf das Array abgebildet (die Zuführoptik 4 ist in 2 weiter im Detail gezeigt). Vorliegend weist das Leuchtstoffelement YAG:Ce als Leuchtstoff auf, das Konversionslicht ist gelbes Licht. Die Pumpstrahlung 21 wird nur anteilig konvertiert (Teilkonversion), ein verbleibender Teil des blauen Laserlichts bildet in Mischung mit dem gelben Konversionslicht Weißlicht als Beleuchtungslicht 3.
Das Leuchtstoffelement 22 wird in Transmission betrieben, die Abstrahlfläche 24 liegt der Einstrahlfläche 23 entgegengesetzt. Zur Erhöhung der Effizienz ist an der Einstrahlfläche 23 eine dichroitische Beschichtung 25 vorgesehen, welche für die Pumpstrahlung 21 transmissiv, für das Konversionslicht jedoch reflektiv ist. Das Leuchtstoffelement 22 ist auf einem Träger angeordnet, bspw. aus Saphir, der aber nicht dargestellt ist. Auch wenn vorliegend anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung 21 zur Beleuchtungsanwendung gelangt, ist dies unkritisch, weil die Pumpstrahlung 21 beim Durchstrahlen des Leuchtstoffelements 22 aufgefächert wird, etwa aufgrund von Streuprozessen, also nicht gebündelt zur Beleuchtungsanwendung gelangt.
Es sind jedoch verschiedene Fehlerfälle denkbar, in denen es anwendungsseitig zu einem kritischen Austritt von Pumpstrahlung 21 kommen kann. Das Leuchtstoffelement 22 kann bspw. im Gesamten von dem Träger abfallen, die kollimierte Pumpstrahlung kann sich jedoch auch bereits durch einen Riss/Bruch des Leuchtstoffelements 22 ausbreiten. Die vorliegende Beleuchtungsvorrichtung ist zur Detektion eines solchen Fehlers eingerichtet, um dann im Fehlerfall ein Abschalten der Pumpstrahlungsquelle 20 oder ein zumindest teilweises Wegschalten der Beleuchtung über das Array zu veranlassen.
2 zeigt die Strahlführung von dem Mikrospiegel-Array 30, konkret der Aktorenfläche 31, über die Sensoroptik 12 auf eine sensitive Sensorfläche 32 der Sensoreinheit 7 im Detail. Exemplarisch sind drei Teil-Strahlenbündel 10a,b,c gezeigt, jedes geht von einem anderen Bereich der Aktorenfläche 31 aus, vorliegend jeweils von genau einem Aktor (es können aber auch mehrere Aktoren gruppenweise zusammengefasst sein).
Über die Sensoroptik 12 wird die Aktorenfläche 31 auf die sensitive Sensorfläche 32 abgebildet. Wie aus 2 ersichtlich, liegt die Sensorfläche 32 schräg zu einer Haupt-Einfallsrichtung 33, entlang welcher die Strahlung darauf fällt (vorliegend das Beleuchtungslicht). Dies ist einerseits hinsichtlich der Abbildung von Vorteil, weil so trotz der schräg stehenden Aktorenfläche 31 jeder Punkt der Aktorenfläche 31 zumindest näherungsweise auf einen jeweiligen Punkt der Sensorfläche 32 abgebildet werden kann (vgl. auch die Beschreibungseinleitung). Ferner können mit der Schrägstellung Rückreflexe auf das Array 30 vermieden werden, die anderenfalls die Strahlführung über die Beleuchtungsoptik stören könnten. Die Beleuchtungsoptik ist in 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, es wird auf 1 verwiesen.
Die Haupt-Einfallsrichtung 33 schließt mit der Sensorfläche 32 einen Neigungswinkel 34 von rund 25° ein. An der Sensorfläche 32 ist ein Strahlteiler 35 angeordnet, der einen Teil 36 der in dem Aus-Strahlenbündel 10 geführten Strahlung in eine Strahlfalle 37 lenkt. Es gelangt also nur anteilig Strahlung auf die Sensorfläche 32 und wird in ein Messsignal umgesetzt.
Der Strahlteiler 35 kann als zuvor gesondert hergestellte Platte an die Sensorfläche 32 gesetzt sein, oder auch als Beschichtung auf die Sensorfläche 32 aufgebracht werden (vgl. die Beschreibungseinleitung). Der Strahlteiler kann als dichroitische Beschichtung z. B. nur für die Pumpstrahlung transmissiv, im Übrigen jedoch reflektiv sein. In einem Fehlerfall würde dann eine erhöhte Pumpstrahlungsintensität festgestellt. Mit dem Strahlteiler kann aber auch ohne spektrale Selektion anteilig Beleuchtungslicht in die Strahlfalle 37 geführt werden, um die Bestrahlungsstärke auf der Sensorfläche 32 nicht zu hoch werden zu lassen. Ferner ist auch ein polarisationsabhängiger Strahlteiler möglich bzw. sind es entsprechende Kombinationen, es wird ausdrücklich auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
In 2 ist ferner die Zuführoptik 4, über welche das Beleuchtungslicht 3 von dem Leuchtstoffelement 32 auf die Aktorenfläche 31 geführt wird, näher im Detail dargestellt. Neben drei Sammellinsen 4a,b,d ist ferner ein Lichtmischmittel 4c zu erkennen, nämlich ein Mikrolinsen-Array, das einer zumindest teilweisen Durchmischung des Beleuchtungslichts 3 dient, die Korrelation der Ortsverteilungen aber zumindest teilweise beibehält. Der Aktorenfläche 31 vorgelagert durchsetzt das Beleuchtungslicht 3 dann noch ein planparallele Platte 40.
Die Aktorenfläche 31 legt eine Fokusebene (POF) fest, die Sensoroptik 12 legt die Linsenebene (LP) fest und die Sensorfläche 32 legt die Bildebene (IP) fest. Ideal ist eine Anordnung, bei der tan(ψ)=((m+1)/m)·tan(θ), wobei m die Vergrößerung der Sensoroptik 12 ist. Für ein 4F-Teleskop-System ergibt sich m=1, lautet die Bedingung dann also tan(ψ)=2·tan(θ). Bei einer vorgegebenen Array-Größe und gegebenen Größe der Sensoreinheit kann andererseits die notwendige Vergrößerung m errechnet werden. Eine typisch Array-Größe kann bspw. bei einer Diagonalen von 7,62 mm (0,3 Zoll) liegen (bei einem Seitenverhältnis von 16:9). Sensoreinheiten sind in sehr unterschiedlichen Größen verfügbar und können bedarfsweise ausgewählt werden.
3 zeigt in schematischer Darstellung das Ergebnis einer Raytracing-Simulation zur Illustration der guten Abbildungseigenschaften der dargestellten Anordnung. Auf der Aktorenfläche 31 wird dabei ein Beleuchtungs-Schachbrettmuster eingestellt (einige Aktoren sind aus-, andere eingeschaltet), und 3 zeigt die Bestrahlungsstärke auf der Sensorfläche 32, das Schachbrettmuster wird gut abgebildet (Schärfe, kein „Crosstalk“, vgl. auch die Beschreibungseinleitung). Ein Schachbrettfeld kann dann bspw. genau einem bzw. einer definierten Gruppe von Sensorelement(en) des CCD-Sensors zugeordnet sein.
Bezugszeichenliste

Scheinwerfer		1
Pumpstrahlungseinheit		2
Mikrospiegelaktor		1
Lichtquelle		2
Beleuchtungslicht		3
Zuführoptik		4
	Sammellinsen davon	4a, b, d
	Lichtmischmittel davon	4c
Strahlenbündel		5
Sensoreinheit		7
Beleuchtungsoptik		8
Ein-Strahlenbündel		9
Aus-Strahlenbündel		10
	Teil-Strahlenbündel davon	10a,b,c
Sensoroptik		12
Pumpstrahlungsquelle		20
Pumpstrahlung		21
Leuchtstoffelement		22
Einstrahlfläche		23
Abstrahlfläche		24
Mikrospiegel-Array		30
Aktorenfläche		31
Sensorfläche		32
Haupt-Einfallsrichtung		33
Neigungswinkel		34
Strahlteiler		35
Teil (der in dem Aus-Strahlenbündel geführten Strahlung)		36
Strahlfalle		37
Planparallele Platte		40
Bildebene		IP
Fokusebene		POF
Linsenebene		LP

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle (2) zur Emission eines Beleuchtungslichts (3), einem Mikrospiegel-Array (30) mit einer Mehrzahl Mikrospiegelaktoren (1), einer Beleuchtungsoptik (8) und einer optischen Sensoreinheit (7) mit einer sensitiven Sensorfläche (32), wobei das von der Lichtquelle (2) emittierte Beleuchtungslicht (3) auf die Mikrospiegelaktoren (1) geführt und an diesen reflektiert wird und mit der Reflexion im zeitlichen Integral - ein Ein-Strahlenbündel (9) von den Mikrospiegelaktoren (1) in einer jeweiligen Ein-Kippstellung über die Beleuchtungsoptik (8) zu einer Beleuchtungsanwendung reflektiert wird und - ein Aus-Strahlenbündel (10) von den Mikrospiegelaktoren (1) in einer jeweiligen Aus-Kippstellung neben die Beleuchtungsoptik (8) reflektiert wird, wobei die optische Sensoreinheit (7) in dem Aus-Strahlenbündel (10) angeordnet ist, zur Erfassung einer zumindest in einem Fehlerfall in dem Aus-Strahlenbündel (10) geführten Strahlung, und wobei die optische Sensoreinheit (7) derart orientiert ist, dass die sensitive Sensorfläche (32) schräg zu einer Haupt-Einfallsrichtung (33) der Strahlung liegt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Haupt-Einfallsrichtung (33) mit der sensitiven Sensorfläche (32) einen Neigungswinkel (34) einschließt, der mindestens 10° und höchstens 80° beträgt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher in dem Aus-Strahlenbündel (10) eine abbildende Optik (12) angeordnet ist, die eine Aktorenfläche (31) des Mikrospiegel-Arrays (30) auf die sensitive Sensorfläche (32) abbildet.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das in dem Aus-Strahlenbündel (10) geführte Beleuchtungslicht an dem Mikrospiegel-Array (30) eine Haupt-Ausfallsrichtung hat, die schräg zu der Aktorenfläche (31) des Mikrospiegel-Arrays (30) liegt.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die optische Sensoreinheit (7) für eine an der sensitiven Sensorfläche (32) ortsaufgelöste Strahlungserfassung ausgelegt ist, insbesondere ein CMOS-Sensor oder CCD-Sensor ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Lichtquelle (2) eine Pumpstrahlungsquelle (20) zur Emission von Pumpstrahlung (21) aufweist, sowie ein Leuchtstoffelement (22) zur zumindest teilweisen Konversion der Pumpstrahlung (21) in ein Konversionslicht, welches zumindest anteilig das Beleuchtungslicht (3) bildet, welches Leuchtstoffelement (22) bevorzugt in Transmission betrieben wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher in dem Aus-Strahlenbündel (10) ein Strahlteiler (35) angeordnet ist, bevorzugt eine planparallele Platte.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher der Strahlteiler (35) als Platte vorgesehen ist, welche in dem Aus-Strahlenbündel (10) derart versetzbar gelagert ist, dass sich mit dem Versetzen ein in dem Aus-Strahlenbündel (10) jeweilig bestrahlter Bereich der Platte verändern lässt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die sensitive Sensorfläche (32) oder ein die sensitive Sensorfläche (32) abdeckendes Fenster eines Gehäuses der optischen Sensoreinheit (7) mit einer Beschichtung versehen ist, welche den Strahlteiler (35) bildet.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welcher zumindest ein Teil (36) des in dem Aus-Strahlenbündel (10) geführten Beleuchtungslichts über den Strahlteiler auf einen Absorber, insbesondere eine Strahlfalle (37) geführt wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6 in Verbindung mit einem der Ansprüche 7 bis 10, bei welcher der Strahlteiler (35) dazu eingerichtet ist, dass darüber zumindest in dem Fehlerfall die Pumpstrahlung (21) auf die sensitive Sensorfläche (32) geführt wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei welcher der Strahlteiler eine wellenlängenabhängige Spiegelschicht und/oder eine polarisationsabhängige Spiegelschicht aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Auswerteeinheit, die für ein Abgleichen eines mit der Sensoreinheit (7) erfassten Sensorsignals mit einem Sollwert eingerichtet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, bei welchem ein mit der Sensoreinheit (7) erfasstes Sensorsignal mit einem Sollwert abgeglichen wird.
Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Kfz-Scheinwerfer, insbesondere zur adaptiven Straßenausleuchtung.