DE102019102134A1

DE102019102134A1 - Motor vehicle headlight light module

Info

Publication number: DE102019102134A1
Application number: DE102019102134.0A
Authority: DE
Inventors: Joachim Knittel
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Vorgestellt wird ein Kraftfahrzeugscheinwerfer-Lichtmodul, mit einer Laserlichtquelle, einer Scannereinheit, mit der Laserlicht auf erste Teilbereiche eines Wellenlängenkonverters reflektierbar ist, wodurch jeweils ein zweiter Teilbereich zur Abstrahlung von Fluoreszenzlicht angeregt wird, und wobei Laserlicht gestreut wird, und mit einer Projektionsoptik, die von dem Wellenlängenkonverter abgestrahltes Fluoreszenzlicht und gestreutes Laserlicht sammelt und in eine Beleuchtungszone richtet. Das Lichtmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionsoptik aus einem Achromaten und genau einer zusätzlichen asphärischen Linse besteht, wobei der Achromat chromatische Aberrationen korrigiert und die asphärische Linse eine geringere Brechkraft als der Achromat aufweist und eine sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus reduziert.

A motor vehicle headlight light module is presented, with a laser light source, a scanner unit, with which laser light can be reflected onto first sub-areas of a wavelength converter, whereby a second sub-area is excited to emit fluorescent light, and whereby laser light is scattered, and with a projection optics by fluorescent light emitted by the wavelength converter and scattered laser light are collected and directed into an illumination zone. The light module is characterized by the fact that the projection optics consist of an achromatic lens and exactly one additional aspherical lens, whereby the achromatic lens corrects chromatic aberrations and the aspherical lens has a lower refractive power than the achromatic lens and reduces spherical aberration, coma and astigmatism.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugscheinwerfer-Lichtmodul für einen Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Lichtmodul weist eine Laserlichtquelle auf, mit der Laserlicht abstrahlbar ist. Weiter weist das Lichtmodul eine Scannereinheit auf, mit der von der Laserlichtquelle abgestrahltes Laserlicht wiederholt auf erste Teilbereiche eines Wellenlängenkonverters reflektierbar ist. Zu jedem ersten Teilbereich ergibt sich jeweils ein zweiter Teilbereich, in dem der erste Teilbereich enthalten ist. Ein erster Teil des auf einen ersten Teilbereich des Wellenlängenkonverters einfallenden Laserlichtes regt eine Abstrahlung von Fluoreszenzlicht aus dem zugehörigen zweiten Teilbereich an. Ein zweiter Teil des auf den ersten Teilbereich einfallenden Laserlichtes wird (ohne Wellenlängenkonversion) gestreut. Eine Projektionsoptik sammelt von dem Wellenlängenkonverter abgestrahltes Fluoreszenzlicht und von dem Wellenlängenkonverter gestreutes Laserlicht und richtet das Licht, das zusammen ein im Wesentlichen weißes Mischlicht ergibt, in eine Beleuchtungszone des Lichtmoduls. Die Beleuchtungszone ist zum Beispiel ein von dem Lichtmodul beleuchteter Bereich auf einer Fahrbahn.The present invention relates to a motor vehicle headlight light module for a motor vehicle according to the preamble of claim 1. Such a light module has a laser light source with which laser light can be emitted. Furthermore, the light module has a scanner unit, with which laser light emitted by the laser light source can be repeatedly reflected on first partial areas of a wavelength converter. For each first partial area there is a second partial area in which the first partial area is contained. A first part of the laser light incident on a first section of the wavelength converter stimulates the emission of fluorescent light from the associated second section. A second part of the laser light incident on the first section is scattered (without wavelength conversion). Projection optics collect fluorescent light emitted by the wavelength converter and laser light scattered by the wavelength converter and direct the light, which together produces an essentially white mixed light, into an illumination zone of the light module. The lighting zone is, for example, an area on a roadway illuminated by the light module.

Ein solches Lichtmodul wird als per se bekannt vorausgesetzt.Such a light module is assumed to be known per se.

Mit Laserlichtquellen und Scannereinheiten arbeitende Kraftfahrzeugscheinwerfer-Lichtmodule können zur Erzeugung von Lichtverteilungen verwendet werden, die sich dynamisch an die Verkehrsverhältnisse anpassen lassen. Ein Beispiel eines solchen Lichtmoduls ist aus der EP 3 139 082 A1 bekannt. In diesen Scheinwerfer-Lichtmodulen wird ein Wellenlängenkonverter mit zum Beispiel blauem Laserlicht gescannt. Mit der steuerbar scannenden Bewegung des Laserlichtstrahls, dessen Lichtleistung gleichzeitig moduliert wird, wird ein Urbild einer gewünschten Lichtverteilung auf den Wellenlängenkonverter geschrieben. Der Wellenlängenkonverter wandelt das Laserlicht durch Streuung, Fluoreszenz und Mischung von gestreuten Lichtanteilen und Fluoreszenzlichtanteilen in weißes Licht um. Die Projektionsoptik bildet das Urbild als Lichtverteilung aus weißem Licht in die Beleuchtungszone ab.Motor vehicle headlight light modules working with laser light sources and scanner units can be used to generate light distributions which can be dynamically adapted to the traffic conditions. An example of such a light module is from the EP 3 139 082 A1 known. In these headlight light modules, a wavelength converter is scanned with blue laser light, for example. With the controllably scanning movement of the laser light beam, the light output of which is modulated at the same time, an archetype of a desired light distribution is written on the wavelength converter. The wavelength converter converts the laser light into white light through scattering, fluorescence and mixing of scattered light components and fluorescent light components. The projection optics reproduce the archetype as light distribution from white light into the lighting zone.

Die Ausgestaltung der Projektionsoptik beeinflusst die lichttechnische Effizienz und die Kosten des Scheinwerfer-Lichtmoduls in einem wesentlichen Umfang.
Projektionsoptiken sind auch für andere Scheinwerfersysteme, die mit Matrixlichtquellen ausgerüstet sind, von Interesse. Die DE 10 009 782 A1 zeigt eine Matrixanordnung von Halbleiterlichtquellen in Kombination mit einer Projektionslinse zur Erzeugung variabler Lichtverteilungen. The design of the projection optics influences the lighting efficiency and the costs of the headlight light module to a significant extent.
Projection optics are also of interest for other headlight systems that are equipped with matrix light sources. The DE 10 009 782 A1 shows a matrix arrangement of semiconductor light sources in combination with a projection lens for generating variable light distributions.

Kompakte Projektionslinsensysteme für mobile Anwendungen wie Smartphone oder Projektoren sind zum Beispiel aus der US 2012/0275029 A1 bekannt. Sie bestehen oft aus einer Vielzahl von Linsen (mehr als drei Linsen) und haben einen kleinen Arbeitsabstand (Entfernung zwischen Urbild und Projektionsoptik). Das macht sie für Anwendungen in Scheinwerfern mit reflektierenden Wellenlängenkonvertern ungeeignet, da diese einen großen Arbeitsabstand erfordern, damit ein Laserlichtstrahl seitlich an der Projektionsoptik vorbei auf den Wellenlängenkonverter gerichtet werden kann. Darüber hinaus erfordert eine Projektionsoptik für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer eine große numerische Apertur (größer als 0,3), um eine ausreichende lichttechnische Effizienz (Lichtstrom der abgestrahlten Lichtverteilung normiert auf Lichtstrom der Laserlichtquelle) zu erzielen.Compact projection lens systems for mobile applications such as smartphones or projectors are for example from the US 2012/0275029 A1 known. They often consist of a large number of lenses (more than three lenses) and have a small working distance (distance between original image and projection optics). This makes them unsuitable for applications in headlamps with reflecting wavelength converters, since they require a large working distance so that a laser light beam can be directed past the projection optics onto the wavelength converter. In addition, projection optics for a motor vehicle headlight require a large numerical aperture (greater than 0.3) in order to achieve sufficient lighting efficiency (luminous flux of the emitted light distribution normalized to luminous flux of the laser light source).

Aus der EP 2 306 074 A2 sind verschiedene Achromaten bekannt. Aus der EP 3 018 004 A1 sind Scheinwerfer mit Scannern und aufwändigen Objektiven bekannt. Die FR 3 044 743 A1 zeigt einen Scheinwerfer mit einem mehrere Linsen aufweisenden Objektiv.From the EP 2 306 074 A2 different achromats are known. From the EP 3 018 004 A1 headlights with scanners and complex lenses are known. The FR 3 044 743 A1 shows a headlight with a lens having multiple lenses.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Kraftfahrzeugscheinwerfer-Lichtmoduls der eingangs genannten Art, das aus möglichst wenigen Komponenten besteht, einfach herzustellen ist, eine hohe Lichteffizienz besitzt und einen großen Arbeitsabstand hat, um den Einsatz von reflektierenden Wellenlängenkonvertern zu ermöglichen.Against this background, the object of the invention is to provide a motor vehicle headlight light module of the type mentioned, which consists of as few components as possible, is easy to manufacture, has a high light efficiency and has a large working distance in order to enable the use of reflecting wavelength converters.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei unterscheidet sich die vorliegende Erfindung vom eingangs als per se bekannt vorausgesetzten Stand der Technik durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Danach besteht die Projektionsoptik aus einem Achromaten und genau einer zusätzlichen asphärischen Linse, wobei der Achromat dazu eingerichtet ist, chromatische Aberrationen zu korrigieren, und die asphärische Linse eine geringere Brechkraft als der Achromat aufweist und dazu eingerichtet ist, eine sphärische Aberration, Coma und Astigmatismus zu reduzieren.This object is achieved with the characterizing features of claim 1. The present invention differs from the prior art known at the beginning as known per se by the characterizing features of claim 1. According to this, the projection optics consist of an achromatic lens and exactly one additional aspherical lens, the achromatic device being set up to correct chromatic aberrations, and the aspherical lens has a lower refractive power than the achromatic and is designed to reduce spherical aberration, coma and astigmatism.

Achromate können als Standardprodukte der Optikindustrie kosteneffizient hergestellt werden. Sie haben den Vorteil guter und farbkorrigierter Abbildungseigenschaften für nahe der optischen Achse liegende Urbildpunkte. Sie haben aber den Nachteil, dass sie nur kleine Objektfelder (hier: kleine Bereiche des Wellenlängenkonverters) scharf abbilden können. Durch die zusätzliche Asphäre, welche im Strahlengang zwischen dem Wellenlängenkonverter und dem Achromaten angeordnet ist, werden die Abbildungseigenschaften für achsferne Urbildpunkte, also achsferne Punkte des Wellenlängenkonverters, signifikant verbessert. Die Asphäre hat eine geringere Brechkraft (Kehrwert der Brennweite) als der Achromat. Aus diesem Grund beeinflusst sie die Farbeigenschaften des Achromaten nur geringfügig. Die Asphäre vergrößert das Bildfeld des Achromaten. Achromats can be manufactured cost-effectively as standard products in the optics industry. They have the advantage of good and color-corrected imaging properties for primary image points lying close to the optical axis. However, they have the disadvantage that they can only sharply image small object fields (here: small areas of the wavelength converter). The additional asphere, which is arranged in the beam path between the wavelength converter and the achromatic lens, significantly improves the imaging properties for primary image points that are remote from the axis, that is, points of the wavelength converter that are remote from the axis. The asphere has a lower refractive power (reciprocal of the focal length) than the achromatic. For this reason, it only slightly influences the color properties of the achromatic lens. The asphere enlarges the image field of the achromatic lens.

Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die asphärische Linse eine Meniskuslinse mit einer dem Wellenlängenkonverter zugewandten konvexen Lichteintrittsfläche ist.A preferred embodiment is characterized in that the aspherical lens is a meniscus lens with a convex light entry surface facing the wavelength converter.

Bevorzugt ist auch, dass ein Arbeitsabstand des Kraftfahrzeugscheinwerfer-Lichtmoduls größer als zwei Drittel der Brennweite der Projektionsoptik ist.It is also preferred that a working distance of the motor vehicle headlight light module is greater than two thirds of the focal length of the projection optics.

Weiter ist bevorzugt, dass die asphärische Linse aus Kunststoff besteht. Die chromatischen Eigenschaften des Materials der Asphäre sind nicht wesentlich. Daher können auch Asphären aus Kunststoff, z.B. aus PMMA, verwendet werden, die eine relativ kleine Abbe-Zahl (= große Dispersion) aufweisen. Die Abbe-Zahl charakterisiert die Abhängigkeit des Brechungsindexes optischer Materialien von der Lichtwellenlänge (Dispersion). Je kleiner die Dispersion ist, desto größer ist die Abbe-Zahl. Asphären lassen sich aus Kunststoff einfach fertigen.It is further preferred that the aspherical lens is made of plastic. The chromatic properties of the material of the asphere are not essential. Aspheres made of plastic, e.g. made of PMMA, which have a relatively small Abbe number (= large dispersion). The Abbe number characterizes the dependence of the refractive index of optical materials on the light wavelength (dispersion). The smaller the dispersion, the greater the Abbe number. Aspheres are easy to manufacture from plastic.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die asphärische Linse aus Polymethylmetacrylat besteht.Another preferred embodiment is characterized in that the aspherical lens consists of polymethyl methacrylate.

Bevorzugt ist auch, dass eine Brennweite der asphärischen Linse wenigstens dreimal größer als eine gesamte Brennweite der Projektionsoptik oder des Achromaten ist.It is also preferred that a focal length of the aspherical lens is at least three times greater than a total focal length of the projection optics or the achromatic lens.

Weiter ist bevorzugt, dass die Projektionsoptik dazu eingerichtet ist, von einem auf einer optischen Achse der Projektionsoptik liegenden Punkt des Wellenlängenkonverters ausgehendes Fluoreszenzlicht in ein Fluoreszenzlichtscheibchen abzubilden und vom selben Punkt ausgehendes gestreutes Laserlicht in ein Laserlichtscheibchen abzubilden.It is further preferred that the projection optics are set up to image fluorescent light originating from a point of the wavelength converter lying on an optical axis of the projection optics in a fluorescent light disk and to image scattered laser light originating from the same point in a laser light disk.

Bevorzugt ist auch, dass die Projektionsoptik dazu eingerichtet ist, das Laserlichtscheibchen mit einem zugehörigen Laserlicht-Öffnungswinkel zu erzeugen, der größer als ein zu dem Fluoreszenzlichtscheibchen zugehöriger Fluoreszenzlicht-Öffnungswinkel ist. Dadurch werden unerwünschte Farbränder verringert.It is also preferred that the projection optics is set up to generate the laser light disk with an associated laser light opening angle that is larger than a fluorescence light opening angle associated with the fluorescent light disk. This reduces unwanted color borders.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionsoptik dazu eingerichtet ist, Laserlichtscheibchen und Fluoreszenzlichtscheibchen zu erzeugen, bei denen der zum Laserlichtscheibchen gehörende Öffnungswinkel bis zu 1,5 mal größer als der zum Fluoreszenzlichtscheibchen gehörenden Öffnungswinkel ist.Another preferred embodiment is characterized in that the projection optics are set up to produce laser light panes and fluorescent light panes in which the opening angle associated with the laser light pane is up to 1.5 times larger than the opening angle associated with the fluorescent light pane.

Bevorzugt ist auch, dass die asphärische Linse eine asphärische Lichteintrittsfläche und eine asphärische Lichtaustrittsfläche aufweist.It is also preferred that the aspherical lens has an aspherical light entry surface and an aspherical light exit surface.

Weiter ist bevorzugt, dass der Achromat eine sphärische Lichteintrittsfläche und eine sphärische Lichtaustrittsfläche aufweist. Achromate mit sphärischen Oberflächen sind Standardprodukte in der Optikindustrie und stehen daher preiswert zur Verfügung.It is further preferred that the achromatic has a spherical light entry surface and a spherical light exit surface. Achromats with spherical surfaces are standard products in the optics industry and are therefore available inexpensively.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Achromat aus zwei miteinander verklebten sphärischen Linsen besteht.Another preferred embodiment is characterized in that the achromatic consists of two spherical lenses glued together.

Weiter ist bevorzugt, dass eine numerische Apertur der Projektionsoptik größer als 0,3 ist.It is further preferred that a numerical aperture of the projection optics is larger than 0.3.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Wellenlängenkonverter ein reflektierender Wellenlängenkonverter ist.A further preferred embodiment is characterized in that the wavelength converter is a reflecting wavelength converter.

Ein reflektierender Wellenlängenkonverter besitzt eine verspiegelte Rückseite. Dadurch werden Rückstreuverluste, wie sie bei Verwendung eines transmittierenden Wellenlängenkonverters auftreten, vermieden. Vorteilhat ist auch, dass von der Rückseite her eine gute Kühlung ohne Störung der optischen Eigenschaften möglich ist.A reflective wavelength converter has a mirrored back. This avoids backscattering losses, such as occur when using a transmitting wavelength converter. Another advantage is that good cooling is possible from the rear without disturbing the optical properties.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further advantages result from the following description, the drawings and the subclaims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the description below.

Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerferlichtmoduls;
2 eine Draufsicht auf einen Wellenlängenkonverter aus 1;
3 ein Ausführungsbeispiel einer Projektionsoptik, die aus einem Achromaten und einer asphärischen Linse besteht;
4 einen Achromaten aus der 3 ohne eine asphärische Linse;
5 eine Abhängigkeit des Öffnungswinkels eines Lichtbündels, das von einem Punkt des Wellenlängenkonverters ausgeht, nach dem Passieren einer Projektionsoptik ohne zusätzliche asphärische Linse, von der Entfernung des Punktes zur optischen Achse;
6 eine Abhängigkeit des Öffnungswinkels eines Lichtbündels, das von einem Punkt des Wellenlängenkonverters ausgeht, nach dem Passieren einer Projektionsoptik mit einer zusätzlichen asphärischen Linse, von der Entfernung des Punktes zur optischen Achse;
7 eine Abhängigkeit des Öffnungswinkels eines Lichtbündels, das von einem Punkt oder zweiten Teilbereich des Wellenlängenkonverters ausgeht, nach dem Passieren einer Projektionsoptik ohne zusätzliche asphärische Linse, von der Wellenlänge; und
8 eine Abhängigkeit des Öffnungswinkels eines Lichtbündels, das von einem Punkt oder zweiten Teilbereich des Wellenlängenkonverters ausgeht, nach dem Passieren einer Projektionsoptik mit einer zusätzlichen asphärischen Linse, von der Wellenlänge.

Here show, each in schematic form:

1 an embodiment of a motor vehicle headlight light module according to the invention;
2nd a plan view of a wavelength converter 1 ;
3rd an embodiment of a projection optics, which consists of an achromatic lens and an aspherical lens;
4th an achromatic from the 3rd without an aspherical lens;
5 a dependence of the opening angle of a light beam, which emanates from a point of the wavelength converter after passing through projection optics without an additional aspherical lens, on the distance of the point to the optical axis;
6 a dependence of the opening angle of a light beam, which emanates from a point of the wavelength converter after passing through projection optics with an additional aspherical lens, on the distance of the point to the optical axis;
7 a dependency of the opening angle of a light beam, which emanates from a point or a second partial region of the wavelength converter, after passing through projection optics without an additional aspherical lens, on the wavelength; and
8th a dependency of the opening angle of a light beam, which emanates from a point or a second partial region of the wavelength converter, after passing through projection optics with an additional aspherical lens, on the wavelength.

Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente.The same reference numerals in different figures designate the same or at least functionally comparable elements.

Im Einzelnen zeigt die 1 einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 mit einem Gehäuse 12, dessen Lichtaustrittsöffnung von einer transparenten Abdeckscheibe 14 abgedeckt wird. In dem Gehäuse ist ein Kraftfahrzeugscheinwerfer-Lichtmodul 16 angeordnet. Das Lichtmodul 16 weist eine Laserlichtquelle 18 auf, mit der Laserlicht 20 abstrahlbar ist. Das Laserlicht 20 ist zum Beispiel, aber nicht zwingend, Licht aus dem blauen Teil des Spektrums des sichtbaren Lichts. Das Laserlicht 20 besitzt zum Beispiel eine Wellenlänge von 460nm. Die Laserlichtquelle 18 weist bevorzugt einen Kollimator 18.1 auf.The shows in detail 1 a motor vehicle headlight 10th with a housing 12th , whose light exit opening from a transparent cover 14 is covered. A motor vehicle headlight light module is in the housing 16 arranged. The light module 16 has a laser light source 18th on with the laser light 20 is radiated. The laser light 20 For example, but not mandatory, light is from the blue part of the visible light spectrum. The laser light 20 for example has a wavelength of 460nm. The laser light source 18th preferably has a collimator 18.1 on.

Das Lichtmodul 16 weist eine Scannereinheit 22 auf. Die Scannereinheit 22 weist wenigstens einen steuerbar beweglichen Mikrospiegel 22.1 und einen Spiegelsteller 22.2 auf. Der Mikrospiegel 22.1 ist mit einer reflektierenden Fläche im Strahlengang des kollimierten Laserlichtes 20 angeordnet. Mit dem von dem Mikrospiegel 22.1 ausgehenden reflektierten Laserlicht ist ein Wellenlängenkonverter 24 beleuchtbar. Je nach Spiegelstellung wird jeweils entweder ein Teilbereich des Wellenlängenkonverters 24 mit dem reflektierten Laserlicht beleuchtet, oder das reflektierte Laserlicht wird an dem Wellenlängenkonverter vorbei gerichtet. Solches Licht geht für die Erzeugung einer Lichtverteilung verloren. Sowohl die Spiegelstellung als auch die Laserlichtquelle werden von einem Steuergerät 25 gesteuert.The light module 16 has a scanner unit 22 on. The scanner unit 22 has at least one controllably movable micromirror 22.1 and a mirror plate 22.2 on. The micromirror 22.1 is with a reflecting surface in the beam path of the collimated laser light 20 arranged. With that from the micromirror 22.1 outgoing reflected laser light is a wavelength converter 24th illuminable. Depending on the mirror position, either a partial area of the wavelength converter is used 24th illuminated with the reflected laser light, or the reflected laser light is directed past the wavelength converter. Such light is lost for the generation of a light distribution. Both the mirror position and the laser light source are controlled by a control unit 25th controlled.

Der Wellenlängenkonverter 24 ist ein reflektierender Wellenlängenkonverter. Der reflektierende Wellenlängenkonverter 24 weist zum Beispiel eine verspiegelte Rückseite 24.1 und einen damit in thermischem Kontakt angeordneten Kühlkörper 26 auf.The wavelength converter 24th is a reflective wavelength converter. The reflective wavelength converter 24th has a mirrored back, for example 24.1 and a heat sink arranged therewith in thermal contact 26 on.

Das Lichtmodul weist eine Projektionsoptik 28 auf. Die Projektionsoptik 28 ist durch ihre Beschaffenheit und Anordnung dazu eingerichtet, von dem Wellenlängenkonverter 24 abgestrahltes Fluoreszenzlicht und von dem Wellenlängenkonverter 24 gestreutes Laserlicht zu sammeln und durch die transparente Abdeckscheibe 14 hindurch und aus dem Scheinwerfer 10 heraus in eine Beleuchtungszone des Lichtmoduls 16 zu richten.The light module has projection optics 28 on. The projection optics 28 is set up by the nature and arrangement of the wavelength converter 24th emitted fluorescent light and from the wavelength converter 24th to collect scattered laser light and through the transparent cover plate 14 through and out of the headlight 10th out into a lighting zone of the light module 16 to judge.

Die Projektionsoptik 28 zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus einem Achromaten 30 und genau einer zusätzlichen asphärischen Linse 32 besteht.The projection optics 28 is characterized by the fact that it consists of an achromatic lens 30th and exactly one additional aspherical lens 32 consists.

Der Achromat 30 ist dazu eingerichtet, chromatische Aberrationen zu korrigieren. Die zusätzliche asphärische Linse 32 weist eine geringere Brechkraft auf als der Achromat 30 und ist dazu eingerichtet, eine sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus zu reduzieren.The achromatic 30th is designed to correct chromatic aberrations. The additional aspherical lens 32 has a lower refractive power than the Achromat 30th and is designed to reduce spherical aberration, coma and astigmatism.

Ein Arbeitsabstand 34 des Lichtmoduls 16, unter dem hier ein Abstand des Wellenlängenkonverters 24 von einer dem Wellenlängenkonverter 24 zugewandten Lichteintrittsfläche der Projektionsoptik 28 verstanden wird, ist bevorzugt größer als zwei Drittel der Wellenlängenkonverter-seitigen Brennweite der Projektionsoptik 28.A working distance 34 of the light module 16 , below which there is a distance of the wavelength converter 24th from one of the wavelength converters 24th facing light entry surface of the projection optics 28 is understood, is preferably greater than two thirds of the wavelength converter-side focal length of the projection optics 28 .

Der Arbeitsabstand 34 ist insbesondere bevorzugt so groß, dass eine seitliche Einstrahlung des reflektierten Laserlichtes auf den Wellenlängenkonverter 24 erfolgen kann. Die seitliche Einstrahlung hat den Vorteil, dass sie eine Verwendung eines reflektierenden Wellenlängenkonverters erlaubt, was weitere Vorteile wie eine gute Kühlung und die Vermeidung von Rückstreuverlusten zur erwünschten Folge hat. Der Einfallswinkel 36 des reflektierten Laserstrahls auf den Wellenlängenkonverter 24 ist bevorzugt kleiner als 60°.The working distance 34 is particularly preferably so large that lateral radiation of the reflected laser light onto the wavelength converter 24th can be done. The side irradiation has the advantage that it allows the use of a reflecting wavelength converter, which has further advantages such as good cooling and the avoidance of backscattering losses. The angle of incidence 36 of the reflected laser beam on the wavelength converter 24th is preferably less than 60 °.

2 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus der Oberfläche 24.2 des Wellenlängenkonverters 24, die dem Mikrospiegel 22.1 und der Projektionsoptik 28 zugewandt ist. An dem Mikrospiegel 22.1 reflektiertes und kollidiertes Laserlicht 20 fällt auf einen ersten Teilbereich 38 des Wellenlängenkonverters 24. Der Durchmesser des von diesem Laserlicht beleuchteten ersten Teilbereichs 38 beträgt zum Beispiel 50 Mikrometer. Als Folge der Beleuchtung des ersten Teilbereichs 38 wird ein zweiter Teilbereich 40 zur Fluoreszenz, also zum Emittieren von Fluoreszenzlicht angeregt. Der zweite Teilbereich 40 ist größer als der erste Teilbereich 38, und der erste Teilbereich 38 ist in dem zweiten Teilbereich 40 enthalten. Der Durchmesser des zweiten Teilbereichs 40 beträgt zum Beispiel 200 Mikrometer. Das Fluoreszenzlicht besitzt weist größere Wellenlängen als das anregende Laserlicht auf. Die Wellenlängen des Fluoreszenzlichtes liegen zum Beispiel in einem gelb-roten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes (500 - 650nm). 2nd shows a plan view of a section of the surface 24.2 of the wavelength converter 24th that the micromirror 22.1 and the projection optics 28 is facing. On the micromirror 22.1 reflected and collided laser light 20 falls on a first section 38 of the wavelength converter 24th . The diameter of the first partial area illuminated by this laser light 38 is, for example, 50 microns. As a result of the lighting of the first section 38 becomes a second section 40 stimulated to fluorescence, that is, to emit fluorescent light. The second section 40 is larger than the first section 38 , and the first section 38 is in the second section 40 contain. The diameter of the second section 40 is, for example, 200 microns. The fluorescent light has longer wavelengths than the exciting laser light. The wavelengths of the fluorescent light are, for example, in a yellow-red spectral range of the visible light ( 500 - 650nm).

Ein dritter Teilbereich 42 enthält den ersten Teilbereich 38 und ist in dem zweiten Teilbereich 40 enthalten. Der Durchmesser des dritten Teilbereichs 42 ist größer als der Durchmesser des ersten Teilbereichs 38. Gleichzeitig ist der Durchmesser des dritten Teilbereichs 42 kleiner als der Durchmesser des zweiten Teilbereichs 40. Der Durchmesser des dritten Teilbereichs 42 beträgt zum Beispiel 100 Mikrometer. Der dritte Teilbereich 42 ist ein Teilbereich, von dem gestreute Laserstrahlung, deren Wellenlänge sich nicht geändert hat, ausgeht. Die Mischung des gestreuten Laserlichtes mit dem Fluoreszenzlicht ergibt das gewünschte weiße Licht.A third section 42 contains the first section 38 and is in the second section 40 contain. The diameter of the third section 42 is larger than the diameter of the first section 38 . At the same time, the diameter of the third section 42 smaller than the diameter of the second section 40 . The diameter of the third section 42 is, for example, 100 microns. The third section 42 is a section from which scattered laser radiation, the wavelength of which has not changed, emanates. Mixing the scattered laser light with the fluorescent light produces the desired white light.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Projektionsoptik 20, die aus einem Achromaten 30 und einer asphärischen Linse 32 besteht. Die asphärische Linse 32 zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine asphärische Lichteintrittsfläche 32.1 und eine asphärische Lichtaustrittsfläche 32.2 aufweist. Die asphärische Linse 32 ist eine Meniskuslinse mit einer dem Wellenlängenkonverter 24 zugewandten konvexen Lichteintrittsfläche 32.1. Die Lichtaustrittsfläche 32.2. ist konkav. Die asphärische Linse 32 besteht aus Kunststoff, zum Beispiel aus Polymethylmetacrylat (PMMA). Eine Wellenlängenkonverter-seitige Brennweite der asphärischen Linse 32 ist wenigstens dreimal größer als eine gesamte Brennweite der Projektionsoptik 28 aus asphärischer Linse 32 und Achromat 30. 3rd shows an embodiment of a projection optics 20 made from an achromatic lens 30th and an aspherical lens 32 consists. The aspherical lens 32 is characterized by the fact that it has an aspherical light entry surface 32.1 and an aspherical light exit surface 32.2 having. The aspherical lens 32 is a meniscus lens with a wavelength converter 24th facing convex light entry surface 32.1 . The light exit surface 32.2 . is concave. The aspherical lens 32 consists of plastic, for example polymethyl methacrylate (PMMA). A wavelength converter-side focal length of the aspherical lens 32 is at least three times larger than the entire focal length of the projection optics 28 made of aspherical lens 32 and achromatic 30th .

4 zeigt den Achromaten 30 aus der 3 ohne die asphärische Linse. Der Achromat 30 zeichnet sich dadurch aus, dass er eine sphärische Lichteintrittsfläche 30.1 und eine sphärische Lichtaustrittsfläche 30.2 aufweist. Der Achromat 30 besteht in dem dargestellten Beispiel aus zwei miteinander verklebten sphärischen Linsen 30.3, 30.4. 4th shows the achromat 30th from the 3rd without the aspherical lens. The achromatic 30th is characterized by the fact that it has a spherical light entry surface 30.1 and a spherical light exit surface 30.2 having. The achromatic 30th consists in the example shown of two spherical lenses glued together 30.3 , April 30 .

5 zeigt eine Abhängigkeit des Öffnungswinkels eines Lichtbündels, das von einem Punkt oder zweiten Teilbereich des Wellenlängenkonverters 24 ausgeht, der mit vom Mikrospiegel 22 ausgehenden kollimierten Laserlicht beleuchtet wird, nach dem Passieren der Projektionsoptik 28, von der Entfernung des Punktes von der optischen Achse der Projektionsoptik. Dabei wird eine Situation betrachtet, in welcher der Laserstrahl nicht bewegt wird und in welcher die Projektionsoptik 28 nur den Achromaten 30, nicht aber die zusätzliche asphärische Linse 32 aufweist. 5 shows a dependency of the opening angle of a light beam, that of a point or second partial region of the wavelength converter 24th goes out with the micromirror 22 outgoing collimated laser light is illuminated after passing through the projection optics 28 , the distance of the point from the optical axis of the projection optics. A situation is considered in which the laser beam is not moved and in which the projection optics 28 only the achromat 30th , but not the additional aspherical lens 32 having.

6 zeigt eine Abhängigkeit des Öffnungswinkels eines Lichtbündels, das von einem Punkt oder zweiten Teilbereich des Wellenlängenkonverters ausgeht, der mit vom Mikrospiegel ausgehenden kollimierten Laserlicht beleuchtet wird, nach dem Passieren der Projektionsoptik, von der Entfernung des Punktes von der optischen Achse der Projektionsoptik. Dabei wird eine Situation betrachtet, in welcher der Laserstrahl nicht bewegt wird und in welcher die Projektionsoptik aus dem Achromaten und nur einer zusätzlichen asphärischen Linse besteht, die im Lichtweg zwischen dem Wellenlängenkonverter und dem Achromaten angeordnet ist. 6 shows a dependence of the opening angle of a light beam, which emanates from a point or a second partial region of the wavelength converter which is illuminated with collimated laser light emanating from the micromirror, after passing through the projection optics, from the distance of the point from the optical axis of the projection optics. A situation is considered in which the laser beam is not moved and in which the projection optics consist of the achromatic lens and only one additional aspherical lens which is arranged in the light path between the wavelength converter and the achromatic lens.

Auf der Abszisse sind in der 5 und der 6 jeweils Abstände dieser Punkte von der optischen Achse der Projektionsoptik aufgetragen.On the abscissa are in the 5 and the 6 distances of these points from the optical axis of the projection optics are plotted.

Ein Vergleich der 5 und 6 verdeutlicht den Einfluss der genau einen zusätzlichen Asphäre 32: Die Öffnungswinkel sind für die genau eine zusätzliche asphärische Optik 32 aufweisende Projektionsoptik 28 deutlich geringer und variieren auch viel weniger.A comparison of the 5 and 6 illustrates the influence of exactly one additional asphere 32 : The opening angles are for exactly one additional aspherical look 32 having projection optics 28 significantly lower and vary much less.

Jeder Öffnungswinkel entspricht in einer bestimmten Entfernung der Größe eines Lichtscheibchens, das aus der Punktabbildung resultiert.At a certain distance, each opening angle corresponds to the size of a light disk that results from the point image.

Die folgende Tabelle zeigt optische Parameter einer Projektionsoptik, die nur den Achromaten aufweist im Vergleich zu optischen Parametern eine Projektionsoptik, die zusätzlich genau eine asphärische Optik aufweist. Ohne Asphäre Mit Asphäre Sphärische Aberration 0,53 0,38 Coma -0,029 -0,017 Astigmatismus 0,17 0,10 Feldkrümmung Petzval 0,14 0,14 Farbe, tangential color 0,0013 -0,011 The following table shows optical parameters of projection optics that only have the achromatic lens compared to optical parameters of projection optics that also have exactly one aspherical optics. Without asphere With asphere Spherical aberration 0.53 0.38 Coma -0.029 -0.017 astigmatism 0.17 0.10 Field curvature Petzval 0.14 0.14 Color, tangential color 0.0013 -0.011

Mit Ausnahme des Farbfehlers (5. Zeile), der bei der Projektionsoptik mit der genau einen asphärischen Optik geringfügig schlechter ist als bei der Projektionsoptik, die nur aus dem Achromaten besteht, verbessern sich alle Werte durch die Hinzunahme der genau einen asphärischen Linse. With the exception of the color error (5th line), which is slightly worse for the projection optics with exactly one aspherical lens than for the projection optics, which only consist of the achromatic lens, all values improve by adding exactly one aspherical lens.

7 zeigt eine Abhängigkeit des Öffnungswinkels eines Lichtbündels, das von einem Punkt oder zweiten Teilbereich des Wellenlängenkonverters ausgeht, der mit vom Mikrospiegel ausgehenden kollimierten Laserlicht beleuchtet wird, nach dem Passieren der Projektionsoptik, von der Wellenlänge. Dabei wird eine Situation betrachtet, in welcher der Laserstrahl nicht bewegt wird und in welcher die Projektionsoptik nur den Achromaten, nicht aber die zusätzliche asphärische Linse aufweist und in welcher die Punkte oder zweiten Teilbereiche auf der optischen Achse liegen. 7 shows a dependence of the opening angle of a light beam, which starts from a point or a second partial region of the wavelength converter, which is illuminated with collimated laser light emanating from the micromirror, after passing through the projection optics, on the wavelength. A situation is considered in which the laser beam is not moved and in which the projection optics only have the achromatic lens, but not the additional aspherical lens, and in which the points or second partial areas lie on the optical axis.

8 zeigt eine Abhängigkeit des Öffnungswinkels eines Lichtbündels, das von einem Punkt oder zweiten Teilbereich des Wellenlängenkonverters ausgeht, der mit vom Mikrospiegel ausgehenden kollimierten Laserlicht beleuchtet wird, nach dem Passieren der Projektionsoptik, von der Wellenlänge. Dabei wird eine Situation betrachtet, in welcher der Laserstrahl nicht bewegt wird und in welcher die Projektionsoptik nicht nur den Achromaten, sondern zusätzlich die genau eine zusätzliche asphärische Linse aufweist und in welcher die Punkte oder zweiten Teilbereiche auf der optischen Achse liegen. 8th shows a dependence of the opening angle of a light beam, which starts from a point or a second partial region of the wavelength converter, which is illuminated with collimated laser light emanating from the micromirror, after passing through the projection optics, on the wavelength. A situation is considered in which the laser beam is not moved and in which the projection optics not only have the achromatic lens, but also exactly one additional aspherical lens and in which the points or second partial areas lie on the optical axis.

Auf der Abszisse sind die Wellenlängen des von dem jeweiligen Punkt oder zweiten Teilbereich ausgehenden Licht aufgetragen.The wavelengths of the light emanating from the respective point or second partial region are plotted on the abscissa.

Ein Vergleich der 7 und 8 verdeutlicht den Einfluss der genau einen zusätzlichen Asphäre: Die Öffnungswinkel sind für die genau eine zusätzliche asphärische Optik aufweisende Projektionsoptik deutlich geringer. Jeder Öffnungswinkel entspricht im Fall einer Punktabbildung auch hier in einer bestimmten Entfernung der Größe eines Lichtscheibchens.A comparison of the 7 and 8th illustrates the influence of exactly one additional asphere: the opening angles are significantly smaller for the projection optics which have exactly one additional aspherical optic. In the case of a point image, each aperture angle corresponds to the size of a light disk at a certain distance.

8 zeigt zusätzlich, dass die Größe eines solchen Lichtscheibchens mit kürzer werdender Wellenlänge ansteigt. 8th additionally shows that the size of such a light disk increases as the wavelength becomes shorter.

Dieser Effekt kann vorteilhafterweise zur Kompensation eines Farbfehlers ausgenutzt werden, indem die Projektionsoptik 28 dazu eingerichtet ist, von einem auf einer optischen Achse der Projektionsoptik 28 liegenden Punkt des Wellenlängenkonverters ausgehendes Fluoreszenzlicht in ein Fluoreszenzlichtscheibchen abzubilden und vom selben Punkt ausgehendes gestreutes Laserlicht in ein Laserlichtscheibchen abzubilden, wobei die Projektionsoptik durch die zusätzliche asphärische Optik dazu eingerichtet ist, das Laserlichtscheibchen mit einem zugehörigen Laserlicht-Öffnungswinkel zu erzeugen, der größer als ein zu dem Fluoreszenzlichtscheibchen zugehöriger Fluoreszenzlicht-Öffnungswinkel ist. This effect can advantageously be used to compensate for a color error by the projection optics 28 is set up by one on an optical axis of the projection optics 28 to image the fluorescent light emanating from the lying point of the wavelength converter and to image scattered laser light emanating from the same point into a laser light disc, the projection optics being set up by the additional aspherical optics to generate the laser light disc with an associated laser light opening angle that is greater than one is the fluorescent light aperture associated with the fluorescent light disk.

Vorteilhafterweise ist die Projektionsoptik 28 dazu eingerichtet, Laserlichtscheibchen und Fluoreszenzlichtscheibchen zu erzeugen, bei denen der zum Laserlichtscheibchen gehörende Öffnungswinkel bis zu 1,5 mal größer als der zum Fluoreszenzlichtscheibchen gehörenden Öffnungswinkel ist.The projection optics are advantageous 28 set up to produce laser light panes and fluorescent light panes in which the opening angle associated with the laser light pane is up to 1.5 times larger than the opening angle associated with the fluorescent light pane.

Durch diese Ausgestaltung wird der Öffnungswinkel eines Lichtbündels, das von einem auf der optischen Achse der Projektionsoptik 28 liegenden Urbildpunkt ausgeht, für die Wellenlängenbereich der Fluoreszenzlichtes optimiert, und bei der Laserwellenlänge wird ein bis zu 1,5 mal größerer Öffnungswinkel zugelassen.By means of this configuration, the opening angle of a light beam that is on the optical axis of the projection optics 28 lying original image point, optimized for the wavelength range of the fluorescent light, and at the laser wavelength an opening angle up to 1.5 times larger is permitted.

Wie weiter oben ausgeführt wurde, ergeben sich durch die Beleuchtung des Wellenlängenkonverters mit dem Laserlicht unterschiedlich große Teilbereiche auf dem Wellenlängenkonverter. Dabei ist ein zweiter Teilbereich, vom dem Fluoreszenzlicht ausgeht, größer als ein dritter Teilbereich, von dem gestreutes Laserlicht ausgeht. Das gestreute Laserlicht ist zum Beispiel blaues Licht. Das Fluoreszenzlicht besitzt dann Wellenlängen aus dem gelb-roten Spektralbereich. Die unterschiedliche Größe der zweiten Teilbereiche und der dritten Teilbereiche kann dann dazu führen, dass unerwünschte gelb-rote Farbränder in der Beleuchtungszone auftreten.As was explained further above, the illumination of the wavelength converter with the laser light results in partial areas of different sizes on the wavelength converter. A second sub-area, from which fluorescent light emanates, is larger than a third sub-area, from which scattered laser light emanates. The scattered laser light is, for example, blue light. The fluorescent light then has wavelengths from the yellow-red spectral range. The different sizes of the second partial areas and the third partial areas can then lead to undesired yellow-red color edges occurring in the lighting zone.

Dieser unerwünschte Effekt wird gerade dadurch verringert und damit teilweise oder ganz kompensiert, dass, wie 8 zeigt, Urbildpunkte auf dem Wellenlängenkonverter, von denen blaues Licht ausgeht, in größere Lichtscheibchen abgebildet werden als Urbildpunkte auf dem Wellenlängenkonverter, von denen Fluoreszenzlicht ausgeht. Dadurch, dass die Abbildung (Punktabbildung) für den Wellenlängenbereich des Fluoreszenzlichts besser ist als für die Wellenlänge(n) des Laserlichtes, überlagern sich die beiden Wellenlängenkomponenten in der Beleuchtungszone, was die unerwünschten Farbeffekte verringert.This undesirable effect is reduced and thus partially or fully compensated for that, how 8th shows original pixels on the wavelength converter, from which blue light emanates, are imaged in larger light panes than original pixels on the wavelength converter, from which fluorescent light originates. Because the imaging (point imaging) is better for the wavelength range of the fluorescent light than for the wavelength (s) of the laser light, the two wavelength components overlap in the lighting zone, which reduces the undesired color effects.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 3139082 A1 [0003]
DE 10009782 A1 [0004]
US 2012/0275029 A1 [0005]
EP 2306074 A2 [0006]
EP 3018004 A1 [0006]
FR 3044743 A1 [0006]

Claims

Motor vehicle headlight light module (16), with a laser light source (18) with which laser light (20) can be emitted, with a scanner unit (22) with which laser light (20) emitted by the laser light source (18) is repeatedly applied to first partial areas (38) of a wavelength converter (24) can be reflected, so that for each first partial area (38) a second partial area (40), in which the first partial area (38) is contained, through a first part of the laser light incident on the first partial area (38) Radiation of fluorescent light is excited, and wherein a second part of the laser light incident on the first partial area (38) is scattered, and with a projection optical system (28), the fluorescent light emitted by the wavelength converter (24) and laser light scattered by the wavelength converter (24) collects and directs it into an illumination zone of the light module (16), characterized in that the projection optics (28) consist of an achromatic lens (30) and g There is an additional aspherical lens (32), the achromatic lens (30) being designed to correct chromatic aberrations, and the aspherical lens (32) having a lower refractive power than the achromatic lens (30) and being designed to have a spherical aberration To reduce coma and astigmatism.

Motor vehicle headlight light module (16) after Claim 1 , characterized in that the aspherical lens (32) is a meniscus lens with a convex light entry surface (32.1) facing the wavelength converter (24).

Motor vehicle headlight light module (16) after Claim 1 or 2nd , characterized in that a working distance (34) of the motor vehicle headlight light module (16) is greater than two thirds of the focal length of the projection optics (28).

Motor vehicle headlight light module (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the aspherical lens (32) consists of plastic.

Motor vehicle headlight light module (16) after Claim 4 , characterized in that the aspherical lens (32) consists of polymethyl methacrylate.

Motor vehicle headlight light module (16) according to one of the preceding claims, characterized in that a focal length of the aspherical lens (32) is at least three times greater than a total focal length of the projection optics (28) or the achromatic lens (30).

Motor vehicle headlight light module (16) according to one of the preceding claims, wherein the projection optics (28) are set up to image fluorescent light originating from a point of the wavelength converter lying on an optical axis of the projection optics (28) into a fluorescent light disc and scattered laser light originating from the same point in a laser light disk, characterized in that the projection optics (28) are set up to generate the laser light disk with an associated laser light opening angle that is larger than a fluorescent light opening angle associated with the fluorescent light disk.

Motor vehicle headlight light module (16) after Claim 7 , characterized in that the projection optics (28) are set up to produce laser light panes and fluorescent light panes in which the opening angle belonging to the laser light pane is up to 1.5 times larger than the opening angle belonging to the fluorescent light pane.

Motor vehicle headlight light module (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the aspherical lens (32) has an aspherical light entry surface (32.1) and an aspherical light exit surface (32.2).

Motor vehicle headlight light module (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the achromatic (30) has a spherical light entry surface (30.1) and a spherical light exit surface (30.2).

Motor vehicle headlight light module (16) after Claim 10 , characterized in that the achromatic (30) consists of two spherical lenses (30.3, 30.4) glued together.

Motor vehicle headlight light module (16) according to one of the preceding claims, characterized in that a numerical aperture of the projection optics (28) is greater than 0.3.

Motor vehicle headlight light module (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the wavelength converter (24) is a reflecting wavelength converter.