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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System und beispielsweise ein Innenbeleuchtungssystem eines Kraftfahrzeugs, das in der Lage ist, gepixelte Lichtstrahlen zu projizieren, und eine Baugruppe zum Projizieren gepixelter Bilder bildet.
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Gepixelte Bilder können insbesondere mittels eines optischen Systems gebildet werden, das mehrere optische Module umfasst, die jeweils dazu vorgesehen sind, einen Elementarstrahl in Längsrichtung nach vorne auszusenden, um vor dem optischen System einen endgültigen Lichtstrahl zu bilden, der das gepixelte Bild bildet und aus der Überlagerung oder der Verbindung mehrerer dieser Elementarstrahlen besteht. Jedes Modul umfasst in der Regel wenigstens eine Matrixanordnung primärer Lichtquellen, mehrere Lichtwellenleiter und eine Projektionsoptik.
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Innerhalb jedes optischen Moduls ist es erforderlich, die Positionen der verschiedenen optischen Komponenten zueinander und insbesondere die der Quellen und der Leiter zur Projektionsoptik sicherzustellen, um von dem Modul ein scharfes gepixeltes Bild zu projizieren. Auch insofern, als die von jedem Modul abgegebenen Strahlen zur Bildung eines deutlichen gepixelten Bildes unmittelbar aneinander angrenzend oder überlagert sein müssen, ist es notwendig, die Positionen der optischen Module zueinander und damit die Positionen der verschiedenen optischen Komponenten eines ersten optischen Moduls in Bezug auf die verschiedenen optischen Komponenten eines benachbarten zweiten optischen Moduls sicherzustellen. Es versteht sich, dass die Montagezeit von optischen Systemen, die zur Erzeugung eines gepixelten Bildes vorgesehen sind, lang sein kann, um sicherzustellen, dass jede der optischen Komponenten korrekt positioniert ist.
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Bei einer weiteren bekannten Anordnung können optische Module, wie die oben beschriebenen, Reflexionseinrichtungen zugeordnet sein, die wenigstens einen Austrittsreflektor bilden, um eine indirekte Abbildung zu erzielen, beispielsweise wenigstens einen planaren, konkaven oder konvexen Spiegel oder eine digitale Mikrospiegelvorrichtung. Ein solcher Reflektor ist in der Lage, wenigstens einen Lichtstrahl zu empfangen und zu reflektieren, bevor dieser austritt, wobei der Lichtstrahl von einer Matrixanordnung aus Lichtquellen, die Lichtleitern zugeordnet sind, ausgesendet und geformt wird und dann von einer zusätzlichen Projektionslinse in einer ersten Richtung gebündelt wird. Der Reflektor dient dazu, den Lichtstrahl relativ zur ersten Richtung in eine zweite Richtung abzulenken, die zu der verglasten Austrittsfläche des entsprechenden optischen Systems hin ausgerichtet ist.
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Es ist klar, dass die mit Größe bzw. Volumen sowie der Vielzahl der Bauteile verbundenen Probleme bei optischen Systemen, mit denen gepixelte Bilder erzeugt werden sollen und die zu diesem Zweck mehrere optische Module umfassen, noch größer werden. Folglich ist es eventuell schwierig, im Hinblick auf eine Innenbeleuchtungsanwendung optische Systeme zur Erzeugung gepixelter Bilder in Kraftfahrzeuge und insbesondere in den Fahrgastraum dieser Fahrzeuge zu integrieren.
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Die Erfindung lässt sich in diesem Zusammenhang anwenden und zielt auf die Verbesserung der Qualität gepixelter Bilder ab, die von optischen Systemen und insbesondere von den in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs eingesetzten optischen Systemen projiziert werden, um Innenbeleuchtungsstrahlen zu erzeugen. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ein optisches System vor, mit dem ein gepixelter Lichtstrahl mit guter Auflösung über eine vereinfachte und flexible Anordnung mit geringem Volumen ausgesendet werden kann, die insbesondere mit dem begrenzten Raum in einem Fahrgastraum kompatibel ist, wenn das optische System aus einem Innenbeleuchtungssystem besteht.
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Beim Gegenstand der Erfindung handelt es sich um ein optisches System zum Beleuchten eines Bereichs des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, mit zwei optischen Modulen, wobei jedes optische Modul wenigstens eine Lichtquelle, ein primäres optisches Element, das so ausgebildet ist, dass es einen Elementarstrahl in Abhängigkeit von den von der einen oder den mehreren Lichtquellen ausgesendeten Strahlen bildet, und ein sekundäres optisches Element zum Projizieren des Elementarstrahls umfasst.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung bilden die primären optischen Elemente der optischen Module ein und dasselbe Teil. Es versteht sich, dass erfindungsgemäß die primären optischen Elemente aus dem gleichen Material bestehen, um ein einzelnes Teil zu bilden, das sich über die beiden optischen Module erstreckt.
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Somit ist die genaue Positionierung eines der primären optischen Elemente relativ zum anderen vereinfacht. Darüber hinaus ist zu beachten, dass sich die optischen Module, die jeweils eines dieser primären optischen Elemente umfassen, in ein und demselben optischen System befinden, so dass der von einem der optischen Module projizierte Elementarstrahl bezüglich der Projektion des vom anderen der optischen Module projizierten Elementarstrahls kohärent sein muss. Aufgrund der präzisen Positionierung der primären optischen Elemente kann somit ein hochaufgelöstes, gepixeltes Bild mit projizierten Elementarstrahlen hergestellt werden, die einander perfekt ergänzen.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die optischen Module so angeordnet, dass sie in einem Direktabbildungsmodus arbeiten, mit einem direkten Stapel der Lichtquellen und der primären Elemente.
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Gemäß Merkmalen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jedes optische Modul mehrere Lichtquellen, die gezielt aktivierbar sind, und primäre Elemente umfasst, die jeweils einer der Lichtquellen zugewandt angeordnet sind, um die von der entsprechenden Quelle ausgesendeten Strahlen zu sammeln und zu leiten, wobei das primäre optische Element am Ausgang der primären Elemente positioniert ist. Des Weiteren können in diesem Zusammenhang die primären Elemente und die primären optischen Elemente ein und dasselbe Teil für die beiden optischen Module bilden.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung können die optischen Module so eingerichtet sein, dass die beiden projizierten Elementarstrahlen sich in dem Bereich des Fahrgastraums zumindest teilweise überlagern.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die optischen Module so eingerichtet, dass die beiden sich zumindest teilweise überlagernden, projizierten Elementarstrahlen komplementäre Formen aufweisen, wobei die Form eines ersten Elementarstrahls das Negativ des anderen Elementarstrahls ist, wenn alle Lichtquellen aktiviert sind.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die optischen Module so eingerichtet, dass die beiden projizierten Elementarstrahlen, die sich zumindest teilweise überlagern, komplementäre Formen dahingehend aufweisen, dass dann, wenn alle Lichtquellen aktiviert sind, die von einem ersten Elementarstrahl beleuchteten Bereiche sich mit den dunklen Bereichen des anderen Elementarstrahls überlagern, wobei sich wenigstens ein vom ersten Elementarstrahl beleuchteter Bereich außerdem so erstreckt, dass er wenigstens einen vom anderen Elementarstrahl beleuchteten Bereich teilweise abdeckt, wobei der wenigstens eine Bereich an den dunklen Bereich dieses Elementarstrahls angrenzt, den der wenigstens eine vom ersten Elementarstrahl beleuchtete Bereich abdeckt.
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Gemäß einer Reihe von Merkmalen des optischen Systems, die allein oder in Kombination ausgeführt werden können, kann vorgesehen sein, dass:
- die optischen Module jeweils eine optische Achse aufweisen und so angeordnet sind, dass ihre optischen Achsen nicht parallel zueinander sind und aufeinander zulaufen,
- die optischen Achsen der optischen Module um einen Winkel, der zwischen 0,5° und 3° beträgt, relativ zueinander geneigt sind,
- die optischen Achsen der optischen Module bezüglich einer Vertikalachse des Fahrzeugs um einen Winkelwert, der zwischen 5° und 15° liegt, geneigt sind,
- jedes optische Modul eine Erstreckung aufweist, die in einer Längsrichtung parallel zur optischen Achse dieses optischen Moduls zwischen 15 und 25 mm beträgt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die sekundären optischen Elemente der beiden optischen Module ein und nur ein Teil bilden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal des optischen Systems kann vorgesehen sein, dass die primären Elemente eines ersten optischen Moduls so angeordnet sind, dass sie eine erste Matrixanordnung bilden, und die primären Elemente eines zweiten optischen Moduls so angeordnet sind, dass sie eine zweite Matrixanordnung bilden, wobei die erste und die zweite Matrixanordnung komplementäre Formen aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Merkmalen des erfindungsgemäßen optischen Systems, die allein oder in Kombination ausführbar sind, kann vorgesehen sein, dass:
- die Lichtquellen Leuchtdioden sind, die auf der Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte montiert sein können,
- die primären und die sekundären optischen Elemente so ausgebildet sind, dass sie im Elementarstrahl ein trapezförmiges Bild jedes der Ausgänge der primären Elemente bilden,
- mehrere primäre Elemente einen Querschnitt mit quadratischer Form haben,
- mehrere primäre Elemente einen Querschnitt mit runder Form haben,
- die Form der primären Elemente sich von einem optischen Modul zum nächsten unterscheidet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung deutlicher ersichtlich, die nachstehend als veranschaulichendes und nicht einschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Figuren gegeben wird, in denen das erfindungsgemäße optische System, das in der Lage ist, einen gepixelten Lichtstrahl auszusenden, dargestellt worden ist und in denen:
- 1 eine mögliche Art der Integration des erfindungsgemäßen optischen Systems in den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs darstellt,
- 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen optischen Systems mit den enthaltenen optischen Modulen dieses optischen Systems in einer ersten Anordnung ist,
- 3 eine perspektivische Rückansicht des erfindungsgemäßen optischen Systems mit den enthaltenen optischen Modulen dieses optischen Systems in einer zweiten Anordnung ist, wobei bei dieser Ansicht die Elementarlichtstrahlen zu sehen sind, die von jedem dieser Module so projiziert sind, dass sie sich überlagern,
- 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems ist, das von der Seite betrachtet ist, damit insbesondere die Neigung der enthaltenen optischen Elemente der beiden optischen Module relativ zueinander sichtbar wird, und
- 5 eine schematische Ansicht der Komplementarität der Formen zweier Elementarlichtstrahlen ist, die als Ausgang aus den enthaltenen optischen Modulen des optischen Systems projiziert sind und sich gemäß einem Merkmal der Erfindung zumindest teilweise überlagern, um ein gepixeltes Bild zu liefern.
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Die Figuren veranschaulichen zwar die Erfindung im Einzelnen hinsichtlich ihrer Umsetzung, können aber natürlich gegebenenfalls zur besseren Bestimmung der Erfindung dienen. Ebenso sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in sämtlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es wird auch klar sein, dass die in den Figuren veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung als nicht einschränkendes Beispiel angegeben sind. Folglich kann das erfindungsgemäße optische System verschieden ausgebildet sein, insbesondere durch Ändern der Anordnung und der Abmessungen der primären Elementarlichtquellen, des primären optischen Elements (insbesondere der primären Elemente) und des sekundären optischen Elements.
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In der übrigen Beschreibung, insbesondere mit Bezug auf das in den 2 bis 4 vorliegende Achsensystem L, V, T, werden die folgenden Ausrichtungen nicht einschränkend angewendet:
- - Längsrichtung L, definiert durch eine Elongationslängsachse des erfindungsgemäßen optischen Systems, die es ermöglicht, eine Anordnung ihrer enthaltenen Elemente und insbesondere mehrerer Lichtquellen, eines primären optischen Elements und eines sekundären optischen Elements von hinten nach vorne zu bilden;
- - Vertikale V, mit Bezug auf eine Vertikalachse senkrecht zum Boden, über den das Fahrzeug gefahren wird; und
- - Querrichtung T, mit Bezug auf eine Achse senkrecht zur oben beschriebenen Längs- und Vertikalachse in einer Richtung im Wesentlichen parallel zum Boden, über den das Fahrzeug gefahren wird.
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In 1 ist die Einrichtung eines optischen Systems 200 in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs im Hinblick auf die Ausbildung eines Innenbeleuchtungssystems 100 dargestellt, das zur Beleuchtung des Fahrgastraums in einer Anwendung nach Art einer Leselampe ausgebildet und zu diesem Zweck beispielsweise in der mittleren vorderen Deckenleuchte 50 des Fahrzeugs angeordnet ist. Bei dieser Ausführung ist das Innenbeleuchtungssystem 100 so ausgebildet, dass es Elementarlichtstrahlen projiziert, die sich zumindest teilweise überlagern, wie im Folgenden näher beschrieben wird, um wenigstens eine Beleuchtungszone 51 zu bilden, die sich möglicherweise über einen Bereich, zum Beispiel einen Bereich einer verglasten Fläche des Fahrzeugs, oder ein Volumen erstreckt, das möglicherweise zum Beispiel das Armaturenbrett und den Träger der Vordersitze des Fahrzeugs enthält.
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Es versteht sich, dass das optische System 200 anders im Fahrzeug und insbesondere an anderen Stellen im Fahrgastraum montiert sein kann, zum Beispiel in einer mittleren hinteren Deckenleuchte, seitlich über den Türen (zum Beispiel auf Höhe der Haltegriffe) oder sogar in einer vorderen und/oder hinteren Mittelkonsole.
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So wie es beschrieben wird, umfasst das optische System 200 gemäß der Erfindung Lichtquellen, deren gezielte Aktivierung es ermöglicht, Elementarstrahlen zu erzeugen, die in der Lage sind, sich mit der Zeit hinsichtlich ihrer Periodizität, ihrer Stärke und/oder ihrer Farbe zu verändern, um in wenigstens einem Bereich des Fahrgastraums wenigstens ein deutliches statisches und/oder dynamisches gepixeltes Bild, wie zum Beispiel ein Hintergrundbild, ein Logo oder sogar ein Piktogramm, zu bilden.
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In 2 ist das optische System 200 dargestellt, das hier in der Lage ist, ein Innenbeleuchtungssystem 100 zu bilden, bei dem zwei optische Module 1, 1' nebeneinander, hier in Querrichtung, angeordnet sind. Erfindungsgemäß umfasst jedes optische Modul 1, 1' längs einer Längsachse von hinten nach vorne mehrere Lichtquellen 2, 2', ein primäres optisches Element 3, 3' und ein sekundäres optisches Element 6, 6', die so eingerichtet sind, dass ein (in 3 gezeigter) Elementarstrahl 7, 7' in einen Bereich des Fahrgastraums projiziert werden kann.
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Das primäre optische Element 3, 3' umfasst einen hinteren Abschnitt, in dem sich primäre Elemente 4, 4' befinden, die jeweils den Lichtquellen 2, 2' zugewandt angeordnet sind, und einen vorderen Abschnitt, der eine Linse 5, 5' bildet.
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Die Lichtquellen 2, 2' sind in der Regel Leuchtdioden (LEDs), die auf der Oberfläche einer (hier nicht gezeigten) gedruckten Leiterplatte montiert sind und einzeln angesteuert werden können. Aufgrund ihrer Anwendung auf einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs ist der Raum, der für den Einbau des Innenbeleuchtungssystems vorgesehen ist, begrenzt. Somit ist es notwendig, Lichtquellen kleiner Größe einzusetzen, die zum Beispiel LEDs in Form von oberflächenmontierten Bauteilen (SMD-LEDs) oder sogar Chip-on-Board-LEDs (COB-LEDs) sein können.
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Das primäre optische Element 3, 3', das so vor den Lichtquellen 2, 2' angeordnet ist, dass es sich im Strahlengang der von diesen Lichtquellen ausgesendeten Strahlen befindet, ist in der Lage, die Verteilung dieser ausgesendeten Strahlen zu verändern. Zu diesem Zweck und wie veranschaulicht können die im hinteren Abschnitt des primären optischen Elements befindlichen primären Elemente 4, 4' jeweils die Form eines Lichtleiters annehmen, wobei die so gebildeten Lichtleiter gemeinsam ein gepixeltes optisches System bilden.
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Die Lichtleiter erstrecken sich insgesamt in Längsrichtung und weisen an entgegengesetzten Längsenden eine Fläche, durch die die von den Lichtquellen 2, 2' ausgesendeten Lichtstrahlen eintreten, und eine Fläche auf, durch die diese Lichtstrahlen austreten. Die Lichtleiter können einen Querschnitt von quadratischer, rechteckiger und/oder runder Form aufweisen, wobei es klar ist, dass die Form der Lichtleiter innerhalb eines gegebenen optischen Moduls 1, 1' gleich oder verschieden sein kann. Jeder Lichtleiter ist mit einer Leuchtdiode gekoppelt, so dass der Großteil der von einer Leuchtdiode ausgesendeten Lichtstrahlen über eine Eintrittsfläche des ihm zugeordneten Lichtleiters in diesen Leiter eindringt und zu der entsprechenden Austrittsfläche geleitet wird, durch die die zu einem schmaleren Strahlenbündel gebildeten Strahlen einen quadratischen oder rechteckigen oder sogar runden Pixelaustritt bilden.
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Die Linse 5, 5', die den vorderen Abschnitt des primären optischen Elements 3, 3' bildet, umfasst eine planare dioptrische Eintrittsschnittstelle 10, 10' und eine Austrittsfläche mit im Wesentlichen halbkugelförmigem Profil. Jede Linse 5, 5' eines primären optischen Elements 3, 3' kann somit die Form einer plankonvexen Sammellinse annehmen. Die jeweils von einem Lichtleiter gebildeten primären Elemente 4, 4' sind so angeordnet, dass sie von der planaren dioptrischen Eintrittsschnittstelle 10, 10' hervorstehen, sodass die Austrittsfläche jedes Leiters in der Ebene der planaren dioptrischen Eintrittsschnittstelle gelegen ist.
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Die primären Elemente 4, 4' können getrennt von dem primären optischen Element 3, 3', das die Linse 5, 5' bildet, hergestellt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die primären Elemente 4, 4' jedoch mit dem primären optischen Element 3, 3' wenigstens eines optischen Moduls 1, 1' ein und nur ein Teil. Bei dem dargestellten Beispiel umfasst jedes Modul 1, 1' ein primäres optisches Element 3, 3' und primäre Elemente 4, 4', bei denen es sich um ein Teil handelt, und die beiden primären optischen Elemente 3, 3' und die integrierten primären Elemente 4, 4' können ein und nur ein Teil bilden, das den beiden optischen Modulen 1, 1' gemeinsam ist.
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Somit können die primären optischen Elemente 3, 3' der optischen Module 1, 1' gemeinsam ein und nur ein Teil 30 bilden, obwohl sie durch die bestimmte Anordnung der Lichtleiter, die sie handhaben, und der Lichtstrahlen, die durch die Aktivierung der dafür spezifischen Lichtquellen erzeugt werden können, unterschiedlich voneinander sind. Bei diesem einzelnen Teil bilden die primären optischen Elemente 3, 3' einen ersten bzw. einen zweiten optischen Bereich 31, 32, die durch einen optisch neutralen Verbindungsbereich 33 voneinander getrennt sind, durch den die von den Lichtquellen 2, 2' ausgesendeten Lichtstrahlen nicht oder kaum durchgelassen werden.
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Insbesondere ist dieser im Wesentlichen planare Verbindungsbereich 33, der die beiden optischen Bereiche 31, 32 trennt, die wie oben definiert jeweils die Form einer Kugellinse haben, insbesondere in 2 sichtbar.
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Die Ausführung des optischen Systems 200 und insbesondere die Position des primären optischen Elements 3, 3', das die Linse 5, 5' bildet, und des projizierenden sekundären optischen Elements 6, 6' ist derart, dass die Austrittsflächen der Lichtleiter, die sich in der Ebene des planaren Eintrittsdiopters 10, 10' befinden, im Wesentlichen in der Objektbrennebene des projizierenden sekundären optischen Elements 6, 6' liegen.
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Das projizierende sekundäre optische Element 6, 6' bildet dabei eine zusätzliche Linse, die vorzugsweise bikonvex ist und in der Lage ist, austrittsseitig einen adaptiven Elementarlichtstrahl 7, 7' längs einer (in 3 gezeigten) optischen Achse 8, 8' zu bündeln, die je nach der Anordnung und Ausrichtung dieses sekundären optischen Elements und der Gruppe optischer Komponenten des entsprechenden optischen Moduls im Hinblick auf das Projizieren eines Bildes der Lichtquellen 2, 2' in Längsrichtung nach vorne eingestellt ist.
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Vorteilhafterweise sind die primären optischen Elemente 3, 3' und die sekundären optischen Elemente 6, 6' so ausgebildet, dass sie im Elementarstrahl 7, 7' ein trapezförmiges Bild jedes der Ausgänge der Lichtleiter bilden, die die primären Elemente 4, 4' bilden.
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Bei dem in 2 dargestellten Beispiel und ähnlich wie bei dem mit Bezug auf die primären optischen Elemente Beschriebenen bilden die sekundären optischen Elemente 6, 6' der beiden optischen Module 1, 1' ein und nur ein Teil 60, wobei klar ist, dass die zusätzlichen Linsen der sekundären optischen Elemente 6, 6' unterschiedliche optische Konfigurationen und/oder Neigungen relativ zueinander aufweisen können.
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Aufgrund der oben beschriebenen Einschränkungen hinsichtlich des Volumens bzw. der Größe bei der Anwendung auf ein Innenbeleuchtungssystem müssen die Längsabmessungen des optischen Systems, das die beiden optischen Module 1, 1' umfasst, im Wesentlichen etwa 20 mm betragen. Damit sämtliche Komponenten des optischen Systems in diesen Raum integriert werden können, sind die optischen Module 1, 1' so angeordnet, dass sie in einem Direktabbildungsmodus arbeiten, mit einem direkten Stapel längs der Längsachse der Lichtquellen 2, 2', der primären Elemente 4, 4', der primären optischen Elemente 3, 3' und der sekundären optischen Elemente 6, 6'.
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Bei einer bevorzugten Ausführung des optischen Systems 200 weist jedes optische Modul 1, 1' in einer Längsrichtung parallel zur optischen Achse 8, 8' eine Erstreckung zwischen 15 und 25 mm auf.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßes optisches System 200 dargestellt, das ein Innenbeleuchtungssystem 100 bildet und dessen es bildende optische Module eine bestimmte Anordnung aufweisen. Insbesondere sind dabei die beiden optischen Module 1, 1' in einer vertikalen Richtung übereinander angeordnet. Durch diese Anordnung werden die Anzahl und Art der Bauteile der optischen Module 1, 1' in keiner Weise verändert, die, wie oben beschrieben, jeweils von hinten nach vorne mehrere Lichtquellen 2, 2', ein primäres optisches Element 3, 3', das eine Linse 5, 5' bildet und primären Elementen 4, 4' zugeordnet ist, die jeweils einer der Lichtquellen zugewandt sind, und ein sekundäres optisches Element 6, 6' umfassen, das eine zusätzliche Linse zum Projizieren eines Elementarstrahls 7, 7' in einen Bereich des Fahrgastraums bildet.
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In 3 sind, ähnlich wie bei dem oben mit Bezug auf 2 Beschriebenen, die primären optischen Elemente 3, 3' der optischen Module aus ein und demselben Teil gebildet, ebenso wie die sekundären optischen Elemente 6, 6', und 3 veranschaulicht die Tatsache, dass die optischen Module in jeder beliebigen Ausrichtung angeordnet sein können, vorausgesetzt, dass, wie nachstehend beschrieben, die primären und sekundären optischen Elemente jedes optischen Moduls so ausgebildet sind, dass sich die Elementarlichtstrahlen, an deren Projektion sie beteiligt sind, zumindest teilweise überlagern.
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Darüber hinaus kann in 3 das optische System aus einem anderen Betrachtungswinkel als in 2 betrachtet werden, wodurch eine der Arten, wie sich die Module voneinander unterscheiden, besser sichtbar ist, nämlich in der Anordnung der primären Elemente, die von der Eintrittsfläche der Linse hervorstehen, die einen Teil des primären optischen Elements bildet.
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Jedes optische Modul umfasst primäre Elemente bzw. Lichtleiter, die jeweils einer Lichtquelle zugewandt und in drei Reihen angeordnet sind.
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Beim ersten optischen Modul 1 sind acht primäre Elemente in drei Reihen angeordnet, mit drei primären Elementen in der ersten Reihe, zwei primären Elementen in der zweiten Reihe und wiederum drei primären Elementen in der dritten Reihe. Die in ein und derselben Reihe angeordneten Lichtleiter sind voneinander beabstandet, wobei ein Abstand in Querrichtung, d.h. ein Abstand in Richtung der Serie von Leitern in der Reihe, im Wesentlichen gleich der Querabmessung eines Lichtleiters auf gleicher Höhe mit der planaren dioptrischen Eintrittsschnittstelle des primären optischen Elements ist. Des Weiteren sind die Lichtleiter von einer Reihe zur nächsten quer zueinander so versetzt, dass sie eine gestaffelte Anordnung haben, mit einem Querversatz von einer in zwei Reihen.
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Beim zweiten optischen Modul 1' sind sieben primäre Elemente in drei Reihen angeordnet, mit zwei primären Elementen in der ersten Reihe, drei primären Elementen in der zweiten Reihe und wiederum zwei primären Elementen in der dritten Reihe. Wie mit Bezug auf das erste optische Modul beschrieben, sind die in ein und derselben Reihe angeordneten Lichtleiter voneinander beabstandet, wobei ein Abstand in Querrichtung, d.h. ein Abstand in Richtung der Serie von Leitern in der Reihe, im Wesentlichen gleich der Querabmessung eines Lichtleiters auf gleicher Höhe mit der planaren dioptrischen Eintrittsschnittstelle des primären optischen Elements ist. Des Weiteren sind die Lichtleiter von einer Reihe zur nächsten quer zueinander so versetzt, dass sie eine gestaffelte Anordnung haben, mit einem Querversatz von einer Reihe in zwei.
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Durch die Ausrichtung aus 3 lassen sich ferner die projizierten Elementarlichtstrahlen schematisch darstellen, wobei es klar ist, dass die nachstehenden Ausführungen in Bezug auf die Anordnung der optischen Module von 3 auch für andere Anordnungen und insbesondere die in 2 dargestellte Anordnung gelten.
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3 zeigt für jedes der optischen Module 1, 1' den Weg eines von einer Lichtquelle 2, 2' ausgesendeten Strahls, der nacheinander ein primäres Element 4, 4', den vorderen Abschnitt des zugeordneten primären optischen Elements 3, 3' und dann das zugeordnete sekundäre optische Element 6, 6' durchläuft.
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Erfindungsgemäß sind die optischen Module 1, 1' so eingerichtet, dass die beiden Elementarlichtstrahlen 7, 7', die als Ausgang aus den sekundären optischen Elementen 6, 6' projiziert werden, sich wenigstens teilweise überlagern, um in einem Bereich des Fahrgastraums ein gepixeltes Bild 9 zu schaffen, wie es in 5 dargestellt ist. Um die Überlagerung der projizierten Elementarlichtstrahlen 7, 7' zu erhalten, sind die optischen Module 1, 1' so angeordnet, dass ihre optischen Achsen 8, 8' nicht parallel zueinander sind und aufeinander zulaufen. Zu diesem Zweck können die zusätzlichen Linsen der sekundären optischen Elemente 6, 6' und/oder die Linsen 5, 5', die den vorderen Abschnitt der primären optischen Elemente 3, 3' bilden, und/oder die primären optischen Elemente in ihrer Gesamtheit im Hinblick auf die Sicherstellung einer Abweichung wenigstens eines Elementarlichtstrahls 7, 7' und auf die Erzielung der Konvergenz der beiden Elementarlichtstrahlen 7, 7' zueinander unterschiedliche optische Konfigurationen und/oder Neigungen relativ zueinander aufweisen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform breitet sich ein von einer ersten Lichtquelle 2 des ersten optischen Moduls 1 ausgesendeter Strahl über aufeinanderfolgende Reflexionen durch das der ersten Lichtquelle zugewandt angeordnete erste primäre Element 4 aus und tritt über die dioptrische Austrittsschnittstelle der ersten Linse 5 aus dem ersten primären optischen Element 3 in einer ersten Richtung 7a zum ersten sekundären optischen Element 6 hin aus. Dieses erste sekundäre optische Element 6, das eine zusätzliche Linse bildet, stellt über seine Form und seine Anordnung im Fahrgastraum die Abweichung des Strahls in eine zweite Richtung 7b sicher, die in Bezug auf die erste Richtung 7a geneigt ist. Sämtliche Strahlen, die von den ersten Lichtquellen 2 abgegeben werden, die dem ersten optischen Modul 1 zugeordnet sind, bilden somit einen ersten Elementarlichtstrahl 7, der in den Fahrgastraum projiziert wird.
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In gleicher Weise breitet sich ein von einer zweiten Lichtquelle 2' des zweiten optischen Moduls 1' ausgesendeter Strahl über aufeinanderfolgende Reflexionen durch das der zweiten Lichtquelle zugewandt angeordnete zweite primäre Element 4' aus und tritt über die dioptrische Austrittsschnittstelle der zweiten Linse 5' aus dem zweiten primären optischen Element 3' in einer dritten Richtung 7'a zum zweiten sekundären optischen Element 6' hin aus. Dieses zweite sekundäre optische Element 6', das eine zusätzliche Linse bildet, stellt über seine Form und seine Anordnung im Fahrgastraum die Abweichung des Strahls in eine vierte Richtung 7'b sicher, die in Bezug auf die dritte Richtung 7'a geneigt ist. Sämtliche Strahlen, die von den zweiten Lichtquellen 2' abgegeben werden, die dem zweiten optischen Modul 1 zugeordnet sind, bilden somit einen zweiten Elementarlichtstrahl 7', der in den Fahrgastraum projiziert wird.
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Es ist möglich, die Längsachse des optischen Systems willkürlich so zu definieren, dass sie mit der optischen Achse des ersten optischen Moduls 1 zusammenfällt. Die Komponenten des ersten optischen Moduls 1 sind so zueinander angeordnet, dass die von den ersten Lichtquellen ausgesendeten Strahlen eine Projektion längs dieser ersten optischen Achse in einen festgelegten Bereich des Fahrgastraums ermöglichen. Entweder das primäre optische Element oder das sekundäre optische Element des zweiten optischen Moduls weist eine Neigung gegenüber dem primären optischen Element bzw. dem sekundären optischen Element des ersten optischen Moduls auf, damit die von den zweiten Lichtquellen des zweiten optischen Moduls und somit aus einer bezüglich der vorgegebenen Position der ersten Lichtquellen des ersten optischen Moduls quer (2) oder vertikal (3) versetzten Position ausgesendeten Strahlen in den gleichen festgelegten Bereich des Fahrgastraums projiziert werden können.
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Mit anderen Worten, und wie schematisch in 4 gezeigt ist, in der nunmehr eine Seitenansicht dargestellt ist, liegt/liegen das zweite primäre optische Element 3' und/oder das zweite sekundäre optische Element 6' hauptsächlich in Erstreckungsebenen P3', P6', die relativ zu den Erstreckungsebenen P3, P6, in denen das erste primäre optische Element 3 und/oder das erste sekundäre optische Element 6 liegt/liegen, geneigt sind. In 4 sind als nicht einschränkendes Beispiel die Erstreckungsebenen der primären optischen Elemente 3, 3' um einen ersten Winkel α relativ zueinander geneigt und sind die Erstreckungsebenen der sekundären optischen Elemente 6, 6' um einen zweiten Winkel β relativ zueinander geneigt, wobei zu beachten ist, dass die dabei dargestellte Neigung hervorgehoben ist, damit sie in der Figur leichter zu erkennen ist.
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Es sollte klar sein, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der zweite Elementarstrahl 7' des zweiten optischen Moduls 1', der bezüglich der optischen Achse 8' abgelenkt ist, zur optischen Achse 8 hin konvergiert und mit dem Elementarstrahl 7 des optischen Moduls 1 überlagert ist, um ein gepixeltes endgültiges Bild 9 zu schaffen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die optischen Achsen 8, 8' der optischen Module 1, 1' um einen Winkel mit einem Betrag, der zwischen 0,5° und 3° liegt, relativ zueinander geneigt. Ferner können die optischen Achsen 8, 8' der optischen Module 1, 1' bezüglich einer Vertikalachse des Fahrzeugs, d.h. einer Achse, die im Wesentlichen senkrecht zu der durch das Dach und/oder den Boden des Fahrzeugs definierten Hauptebene steht, um einen Winkelwert, der zwischen 5° und 15° liegt, geneigt sein.
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Wie oben angegeben wurde, bilden gemäß einem Merkmal der Erfindung die primären optischen Elemente jedes der optischen Module ein und dasselbe Teil. Des Weiteren kann das gleiche für die sekundären optischen Elemente jedes der optischen Module gelten. Es versteht sich, dass eine solche Anordnung in einem Teil der primären optischen Elemente es ermöglicht, die Positionierung dieser primären optischen Elemente im optischen System in Bezug auf die anderen Komponenten zu erleichtern. Der Montagevorgang ist vereinfacht und wird kostengünstiger, es ist aber zu beachten, dass durch diesen Vorgang vor allem die Hauptstreckungsebene eines primären optischen Elements in Bezug auf die Erstreckungsebene des anderen primären optischen Elements korrekt positioniert werden kann. Somit kann insbesondere dann, wenn die sekundären optischen Elemente der beiden optischen Module ebenfalls ein einziges Teil sind, die korrekte Überlagerung der projizierten Elementarlichtstrahlen gewährleistet sein.
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In 5 ist schematisch die Komplementarität der Formen der Bilder der beiden Elementarstrahlen 7, 7' dargestellt, die von den sekundären optischen Elementen 6, 6' als Ausgang aus den optischen Modulen 1, 1' projiziert werden und sich zumindest teilweise überlagern, um ein endgültiges gepixeltes Bild 9 in einem Bereich des Fahrgastraums des Fahrzeugs zu erzeugen.
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Zu diesem Zweck sind die Lichtquellen 2, 2', die den die primären Elemente 4, 4' bildenden Lichtleitern zugeordnet sind, in einer ersten bzw. einer zweiten Matrixanordnung angeordnet, die sich voneinander unterscheiden, jedoch komplementäre Formen aufweisen. Mit anderen Worten, die dem ersten optischen Modul zugeordneten ersten Lichtleiter sind in einer Matrixanordnung von X Reihen und Y Spalten angeordnet, hier drei Reihen und fünf Spalten, wobei in der Matrixanordnung die ersten Lichtleiter und die zugeordneten ersten Lichtquellen erste Positionen X, Y aufweisen, und die dem zweiten optischen Modul zugeordneten zweiten Lichtleiter sind in der gleichen Matrixanordnung von X Reihen und Y Spalten angeordnet, hier drei Reihen und fünf Spalten, wobei in der Matrixanordnung die zweiten Lichtleiter und die zugeordneten zweiten Lichtquellen zweite Positionen aufweisen, die sich von den entsprechenden ersten Positionen unterscheiden. Somit ist es möglich, die Matrixanordnung aus X Reihen und Y Spalten als Schachbrett zu definieren, wobei die Anordnung der ersten Leiter des ersten optischen Moduls einer Belegung der weißen Felder und die Anordnung der zweiten Leiter des zweiten optischen Moduls einer Belegung der komplementären schwarzen Felder entspricht. Es versteht sich, dass einem ersten Lichtleiter, der in der ersten Matrixanordnung angeordnet ist und dessen Position durch eine gegebene Reihe und eine gegebene Spalte festgelegt ist, eine leere Position in der zweiten Matrixanordnung entspricht.
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Infolgedessen ist dann, wenn sämtliche Lichtquellen 2, 2' aktiviert sind, die Form des ersten Elementarstrahls 7, die sich aus der Anordnung der ersten Matrixanordnung von Lichtquellen 2 des ersten optischen Moduls 1 ergibt, das Negativ der Form des zweiten Elementarstrahls 7', die sich aus der Anordnung der zweiten Matrixanordnung der Lichtquellen 2' des zweiten optischen Moduls 1' ergibt.
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Im dargestellten Beispiel und wie insbesondere aus 5 ersichtlich ist, hat der aus dem ersten optischen Modul 1 abgegebene erste Elementarstrahl 7 dann, wenn alle ersten Lichtquellen 2 eingeschaltet sind, eine Schachbrettgestaltung mit beleuchteten Bereichen, die den Austrittsflächen der Lichtleiter der primären Elemente 4 entsprechen, und dunklen Bereichen, die den zwischen den Austrittsflächen gelegenen Bereichen entsprechen. Ebenso weist dann, wenn alle zweiten Lichtquellen 2' eingeschaltet sind, der aus dem zweiten optischen Modul 1' abgegebene zweite Elementarstrahl 7' eine Schachbrettgestaltung auf, die ein komplementäres Negativ zu der des ersten Elementarstrahls 7' ist.
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Als Folge überlagern sich auf der Ausgangsseite des optischen Systems 200, hier in dem Bereich des Fahrgastraums, in den die beiden Elementarlichtstrahlen, die so abgelenkt werden, dass sie sich überlagern, projiziert werden, die beleuchteten Bereiche des ersten Elementarstrahls 7, der vom ersten optischen Modul 1 ausgesendet wird, mit den dunklen Bereichen des zweiten Elementarstrahls 7', der vom zweiten optischen Modul 1' ausgesendet wird. Damit nach der Überlagerung der komplementären Elementarstrahlen 7, 7' keine parasitären Dunkelbereiche verbleiben oder um in der Tat jeden Kontrastunterschied zwischen den komplementären beleuchteten Bereichen zu vermeiden, ist es möglich, die Abstrahlfläche wenigstens eines beleuchteten Bereichs des ersten Elementarstrahls 7 so zu vergrößern, dass er wenigstens einen beleuchteten Bereich des zweiten Elementarstrahls 7' teilweise abdeckt, wobei der wenigstens eine Bereich angrenzend an den Dunkelbereich das Negativ dieses beleuchteten Bereichs des ersten Elementarstrahls 7 bildet. Durch die Vergrößerung der Abstrahlfläche der beleuchteten Bereiche ist das endgültige Bild 9, das durch Überlagerung der Elementarstrahlen 7, 7' erhalten und in den Fahrgastraum projiziert wird, ein vollständiges, gleichmäßiges und deutliches Bild.
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Das erfindungsgemäße optische System des Innenbeleuchtungssystems 100 hat den Vorteil, dass es flexibel ist. So ist es im Hinblick auf die Ausweitung von Beleuchtungsfunktionalitäten im Fahrgastraum möglich, die Gestaltung der Elementarstrahlen 7, 7' zu steuern, um das gepixelte endgültige Bild 9 vielseitiger zu gestalten, insbesondere je nach dem Bedarf der Benutzer des Fahrzeugs. Hierzu kann vorgesehen sein, eine erste Matrixanordnung primärer Elemente 4 mit quadratischem Querschnitt des ersten optischen Moduls 1 mit einer zweiten Matrixanordnung primärer Elemente 4' mit rundem Querschnitt des zweiten optischen Moduls 1' zu kombinieren oder sogar primäre Elemente mit unterschiedlichem Querschnitt innerhalb einer gegebenen Matrixanordnung vorzusehen.
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Als Variante kann vorgesehen sein, die Lichtquellen 2, 2' zu steuern, insbesondere indem sie gezielt angesteuert werden. Insbesondere kann durch individuelle Steuerung der Lichtquellen 2, 2', besonders durch Einschalten bzw. Ausschalten von Leuchtdioden, die Form, die Lichtstärke oder die Farbe der Pixel der Elementarstrahlen 7, 7' und damit des endgültigen gepixelten Bildes 9 verändert werden. Eine solche Ansteuerung erfordert keine Abänderung des erfindungsgemäßen optischen Systems und ermöglicht eine Diversifizierung von Innenbeleuchtungsfunktionen, wodurch es beispielsweise möglich ist, ein Logo, ein Piktogramm oder ein hochauflösendes Hintergrundbild in den Fahrzeuginnenraum zu projizieren.
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In der obigen Beschreibung ist klar erläutert, wie mit der Erfindung die daher festgelegten Aufgaben gelöst werden können, und insbesondere, wie damit ein vereinfachtes optisches System geringer Größe bereitgestellt werden kann, das eine vereinfachte Herstellung und Implementierung zweier optischer Module ermöglicht, die nebeneinander in diesem optischen System angeordnet sind, so dass jedes einen gepixelten Elementarstrahl bildet, mit dem Ziel, ein projiziertes gepixeltes Bild zu erhalten. Das erfindungsgemäße optische System ermöglicht es sicherzustellen, dass bestimmte optische Elemente dieses Systems korrekt zueinander positioniert sind, und somit die Auflösung des als Ausgang aus dem System projizierten gepixelten Bildes zu verbessern.
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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die als nicht einschränkendes Beispiel in diesem Dokument konkret angeführt sind, und ihr Umfang umfasst insbesondere alle gleichwertigen Mittel und jede technisch machbare Kombination solcher Mittel. Somit können Merkmale, Varianten und verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in verschiedenen Kombinationen einander zugeordnet sein, sofern sie nicht unvereinbar sind oder sich gegenseitig ausschließen. Insbesondere sind Varianten der Erfindung denkbar, die nur eine Auswahl der beschriebenen Merkmale umfassen, sofern das optische System erfindungsgemäß zwei optische Module umfasst, die so ausgebildet sind, dass zwei optische Elemente mit jeweils der gleichen Funktion in ihrem optischen Modul einstückig ausgebildet sind.
