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Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, der zumindest eine Lichtquelle, mindestens eine primäre Strahlenumformungsoptik und mindestens einen Lichtmodulator umfasst.
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Bei der Auslegung eines Scheinwerfers, insbesondere Laserscheinwerfers, der auf Scannen mit einem „MEMS“ [Micro-Electro-Mechanical System] und zumeist einer nachgeschalteten sekundären Optik beruht, besteht die Problematik darin, dass es für unterschiedliche Einsatzsituationen unterschiedliche Anforderungen an die primäre Kollimationsoptik gibt.
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„MEMS“ sind winzige Bauelemente, die Logikelemente und mikromechanische Strukturen in einem Chip vereinen. Sie können mechanische und elektrische Informationen verarbeiten. Die meisten Elemente sind Sensoren und Aktoren, aber auch Oszillatoren und Filter.
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Ein Laserscheinwerfer umfasst die primäre Kollimationsoptik, die im Wesentlichen eine Linse oder ein Linsensystem aufweist, das vor einer Lichtquelle, insbesondere einem Laser oder einem Ende einer optischen Faser fest verbaut ist, wobei die Kollimationsoptik auf einen festen Fokusabstand, dem Abstand zwischen Lichtquelle und Linse der Kollimationsoptik justiert wird.
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Die Kollimation bezeichnet in der Optik die Parallelrichtung divergenter Lichtstrahlen. Die zugehörige Linse heißt Kollimator oder Sammellinse. Das Licht divergenter Lichtstrahlen einer Punktquelle wird beispielsweise durch eine Sammellinse in ein paralleles Strahlenbündel gewandelt.
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Ist eine Justage der Kollimationsoptik erst einmal vorgenommen, muss man mit dem erreichten Spot, mithin der erreichten Lichtverteilung beziehungsweise dem erreichten ausgeleuchteten Bereich alle Anwendungsfälle abdecken, da keine weiteren Einstellungen mehr möglich sind.
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In manchen Situationen ist es wichtig, die durch die Kollimationsoptik erzeugte Abbildung der Lichtquelle auf der Zielfläche beispielsweise auf ein deutlich ausgeprägtes Maximum auf der Zielfläche auszulegen oder ein anderes Mal ist eine sogenannte Flat-Top-Verteilung auf der Zielfläche gewünscht oder es wird auf der Zielfläche ein diffuser Spot in einer bestimmten vorgebbaren Größe benötigt.
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Zudem ist es ebenfalls wichtig in Abhängigkeit der sich in der Praxis verändernden Zielfläche eine Abbildung der Lichtquelle auf der Zielfläche zu erzeugen, die der sich verändernden Zielfläche Rechnung trägt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scheinwerfer zu schaffen, der in Bezug auf seine Anwendungsbreite variabler und somit funktionaler ausgebildet ist.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Scheinwerfer zumindest umfassend, mindestens eine Lichtquelle, mindestens eine primäre Strahlenumformungsoptik und mindestens einen Lichtmodulator.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Lichtquelle und/oder mindestens ein Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik beweglich angeordnet ist/sind, und/oder das Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik selbst seine optischen Eigenschaften verändert, wodurch in Abhängigkeit der gewünschten Eigenschaft/en einer Abbildung eines von der Lichtquelle des Scheinwerfers erzeugten Lichtstrahls auf einer auszuleuchtenden Zielfläche eine Anpassung des Fokusabstandes zwischen der Lichtquelle (1) und dem mindestens einen Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik (2) bewirkbar ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtquelle und/oder das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik mittels eines ersten Einstellmechanismus entlang einer optischen Achse in einer Raumrichtung translatorisch beweglich zueinander angeordnet ist/sind.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik mittels eines zweiten Einstellmechanismus zu der in der einen Raumrichtung liegenden optischen Achse in mindestens einer der anderen orthogonalen Raumrichtungen in einer orthogonal zu der optischen Achse aufgespannten Ebene beweglich angeordnet ist.
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Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik mittels eines dritten Einstellmechanismus orthogonal zu der in der einen Raumrichtung liegenden optischen Achse und in alle Richtungen der orthogonal in den Raumrichtungen aufgespannten Ebene beweglich angeordnet ist.
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Weiter ist in einer noch anderen bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik mittels eines vierten Einstellmechanismus in der Ebene um die optische Achse rotierend angeordnet ist, wobei die Fläche des Kollimatorelementes der Strahlenumformungsoptik in der in den Raumrichtungen aufgespannten Ebene nicht rotationsymmetrisch ausgebildet ist.
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Außerdem ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mittels des vorherigen vierten Einstellmechanismus noch vorgesehen, dass das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik mittels des vierten Einstellmechanismus in der Ebene um die optische Achse rotierend angeordnet ist, wobei auf der Fläche der Strahlenumformungsoptik mehrere Kollimatorelemente mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften angeordnet sind, wobei die Flächen der Kollimatorelemente der Strahlenumformungsoptik in der in den Raumrichtungen aufgespannten orthogonalen Ebene rotationssymmetrisch oder nicht rotationsymmetrisch ausgebildet sind.
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Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik mittels eines fünften Einstellmechanismus gegenüber der orthogonal zur der optische Achse angeordneten Ebene kippbar ausgebildet ist/sind.
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Das Kollimatorelement ist bevorzugt eine Linse, ein Reflektor oder dergleichen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die jeweiligen Einstellmechanismen motorisch angetrieben sind, wobei piezoelektrische Motoren oder elektromagnetische Schrittmotoren mit dem jeweiligen Einstellmechanismus in Verbindung stehen.
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In einer speziellen Ausgestaltung des Scheinwerfers ist vorgesehen, dass das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik selbst durch mechanische oder elektrische Verstelleinheiten seine optischen Eigenschaften verändert, wobei diese spezielle Ausgestaltung des Scheinwerfers mit den vorherigen bevorzugten Ausgestaltungen kombinierbar ist, wie in der Beschreibung näher erläutert ist.
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Letztlich ist vorgesehen, dass der Scheinwerfer in Abhängigkeit der gewünschten Eigenschaft/en der Abbildung des von der Lichtquelle des Scheinwerfers erzeugten Lichtstrahls auf der auszuleuchtenden Zielfläche
- • entweder zur Erzeugung der Abbildung auf der Zielfläche, nach der Kollimation mittels der primären Strahlenumformungsoptik, ausschließlich eine Modulation des Lichtstrahls mittels eines Lichtmodulators erfolgt, welcher der primären Strahlenumformungsoptik, nachgeschaltet angeordnet ist,
- • oder zur Erzeugung der Abbildung auf der Zielfläche, nach der Kollimation mittels der primären Strahlenumformungsoptik, die Modulation des Lichtstrahls mittels des Lichtmodulators erfolgt, welcher der primären Strahlenumformungsoptik nachgeschaltet angeordnet ist, und zusätzlich eine Verteilung des erzeugten Lichtstrahls auf der auszuleuchtenden Zielfläche mittels einer sekundären Strahlenumformungsoptik erfolgt, welche dem Lichtmodulator nachgeschaltet angeordnet ist.
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Bevorzugt ist das Verfahren zur Einstellung der gewünschten optischen Eigenschaft/en einer Abbildung des von einer Lichtquelle eines Scheinwerfers erzeugten Lichtstrahls auf einer auszuleuchtenden Zielfläche, wobei der Scheinwerfer zumindest eine Lichtquelle, mindestens eine primäre Strahlenumformungsoptik und mindestens einen Lichtmodulator umfasst, derart ausgestaltet, dass die Lichtquelle und/oder das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik des Scheinwerfers bewegt wird/werden und/oder die optischen Eigenschaften des Kollimatorelementes der primären Strahlenumformungsoptik selbst verändert werden, wodurch in Abhängigkeit der gewünschten optischen Eigenschaft/en der Abbildung des von der Lichtquelle des Scheinwerfers erzeugten Lichtstrahls auf der auszuleuchtenden Zielfläche eine Anpassung des Fokusabstandes zwischen der Lichtquelle und dem mindestens einen Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik vorgenommen wird. Die erfindungsgemäßen Bewegungsmöglichkeiten der Lichtquelle und/oder es mindestens einen Kollimatorelementes der primären Strahlenumformungsoptik des Scheinwerfers sind in der Beschreibung detailliert erläutert.
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Das Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die Lichtquelle und/oder das mindestens eine Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik, wenn mindestens eine der Komponenten alterungsbedingt oder durch mechanische Erschütterungen dejustiert ist/sind, durch die Bewegung der Lichtquelle und/oder des mindestens einen Kollimatorelementes der primären Strahlenumformungsoptik des Scheinwerfers und/oder durch die Veränderung der optischen Eigenschaften des Kollimatorelementes der primären Strahlenumformungsoptik selbst, automatisch durch erneute Anpassung des Fokusabstandes zwischen der Lichtquelle und dem mindestens einen Kollimatorelement der primären Strahlenumformungsoptik nachjustiert werden, wodurch die Einstellung der gewünschten optischen Eigenschaft/en der Abbildung des von einer Lichtquelle eines Scheinwerfers erzeugten Lichtstrahls auf einer auszuleuchtenden Zielfläche automatisch wieder hergestellt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers in einer ersten Ausführungsvariante und
- 2 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers in einer zweiten Ausführungsvariante.
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Zunächst wird in einer Zusammenschau der 1 und 2 ein gemeinsamer Grundaufbau beider Ausführungsvarianten erläutert.
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1 zeigt einen hochauflösenden Scheinwerfer 100, insbesondere einen Laserscheinwerfer, der eine Lichtquelle 1 umfasst.
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Die Lichtquelle 1 kann in einer Ausführungsform mindestens eine oder mehrere Lichtleitung/en sein, die beispielsweise optische Glasfasern sind, deren Ende/n die Lichtquelle 1 bildet/bilden.
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Der Laserscheinwerfer 100 umfasst ferner eine primäre Strahlenumformungsoptik 2, die als Kollimationsoptik 2 ausgebildet ist.
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Der Laserscheinwerfer 100 umfasst zudem einen Lichtmodulator 3, der in der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 mit dem Bezugszeichen 3A bezeichnet ist und einen Lichtmodulator in der Art eines „MEMS“ betrifft.
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In der zweiten Ausführungsvariante gemäß 2 ist mit dem Bezugszeichen 3B ein Lichtmodulator in der Art eines „DMD“ gekennzeichnet. Ein „DMD“ (= Digital Micromirror Device) ist im Wesentlichen ein Mikrospiegelarray, welches eine spezielle Ausgestaltung eines elektromechanischen Mikrosystems „MEMS“ zur effizienten und zuverlässigen räumlichen Lichtmodulation mit hoher Geschwindigkeit darstellt.
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Die Lichtmodulation der Lichtstrahlen 1A erfolgt mittels der Lichtmodulatoren 3; 3A oder 3; 3B auf unterschiedliche Weise, wobei in dieser Lichtmodulation nicht der wesentliche Schwerpunkt der Erfindung liegt.
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Der Laserscheinwerfer 100 umfasst nicht immer aber in den meisten Ausgestaltungen noch eine nachgeschaltete Strahlenumformungsoptik 4, die wegen ihrer nachgeschalteten Funktion als sekundäre Strahlenumformungsoptik 4 bezeichnet wird, wobei in dieser sekundären Strahlenumformungsoptik 4 eine Formung beziehungsweise Umformung der Lichtverteilung erfolgt, die sich funktionell von der primären Strahlenumformungsoptik 2 unterscheidet, wie noch erläutert wird.
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Die Lichtstrahlen 1A, insbesondere die Laserstrahlen werden mittels der nachgeschalteten Strahlenumformungsoptik 4 umgeformt, das heißt die nach den Lichtmodulatoren 3; 3A oder 3; 3B erzeugten Strahlen werden in der nachgeschalteten Strahlenumformungsoptik 4 so umgeformt, dass sie auf einer Zielfläche 5 eine Abbildung der Lichtquelle, die auch als Lichtspot bezeichnet wird, mit den gewünschten optischen Eigenschaften erzeugen, wie noch detailliert erläutert wird.
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Es ist bekannt, dass bei scannenden Systemen gemäß 1, die auf den in der Beschreibungseinleitung erläuterten „MEMS“ (aber nicht auf „DMD“ Digital Micromirror Device) als Lichtmodulatoren 3A basieren, die Form des Laserstrahls, der durch die Kollimationsoptik 2 geformt wird, maßgeblich für die Performance des Scheinwerfer 100 ist.
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Über den sogenannten Scan des Lichtstrahls 1A wird der durch die Kollimationsoptik 2 geformte kollimierte Lichtstrahl 1A der Lichtquelle 1, die aus dem System Lichtquelle 1, Kollimationsoptik 2 austreten, über den Lichtmodulator 3A ein- und ausgeschaltet und bewegt (gescannt) und es wird sozusagen eine Abbildung des Lichtstrahls 1A in gescannter Form auf die sekundäre Strahlumformungsoptik 4 übertragen. Der Lichtmodulator 3A nutzt dabei einen fokussierten Lichtstrahl 1A oder einen weniger fokussierten Lichtstrahl 1A in Abhängigkeit der bisher fest justierten Einstellung (fester Fokusabstand) zwischen Lichtquelle 1 und Kollimationsoptik 2.
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In Abhängigkeit des eindimensionalen oder zumeist zweidimensionalen Scans 3A' durch den Lichtmodulator 3A wird auf der Zielfläche 5 eine mit einer bestimmten Lichtverteilung erzeugt, wobei eine Grundverteilung des Lichtes von dem Durchmesser des Lichtstrahls und der Lichtstrahlenform des Lichtstrahls abhängt, die durch die Kollimationsoptik 2 erzeugt werden. Je nachdem in welchen Bereichen der Scan 3A' keine Lichtstrahlen zulässt, werden gegenüber den anderen Bereichen dunklere Bereiche auf der Zielfläche 5 erzeugt.
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Derzeit ist es jedoch so, dass nach der Kollimation durch die Kollimationsoptik 2 entweder ein scharfer stark fokussierter Lichtstrahl (scharfe Kollimation) oder ein weniger scharfer weniger fokussierter Lichtstrahl (weiche Kollimation) zum „Scannen“ über den einen Scan 3A' erzeugenden Lichtmodulator 3A zur Verfügung steht. Durch die bisher fest justierte Einstellung (fester Fokusabstand) zwischen Lichtquelle 1 und Kollimationsoptik 2 fehlt in diesem Bereich eine entsprechende Variabilität.
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Es ist bekannt, dass auch bei nichtscannenden Systemen gemäß 2, welche die erläuterten „DMD“ als Lichtmodulatoren 3B aufweisen, die Form des Laserstrahls, der durch die Kollimationsoptik 2 geformt wird, maßgeblich für die Performance des Scheinwerfers 100 ist.
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Über das Mikrospiegelarray 3B' wird der im Lichtmodul 3B nicht aus- und eingeschaltete Laserstrahl, des durch die Kollimationsoptik 2 geformten kollimierten Lichtstrahles der Lichtquelle 1, die aus dem System Lichtquelle 1, Kollimationsoptik 2 austreten, über den als Mikrospiegelarray ausgebildeten Lichtmodulator 3B durch bewegliche Spiegel des Mikrospiegelarrays ein- und ausgeblendet (sozusagen ein-und ausgeschaltet) und auf die zumeist vorhandene zweite nachgeschaltete Strahlenumformungsoptik 4 in einer gewünschten Lichtverteilung übertragen.
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Es wird sozusagen eine des kollimierten Lichtstrahls nach einer Modulation unter Ausbildung einer bestimmten gewünschten Lichtverteilung über das Mikrospiegelarray 3B' als Lichtmodul 3B auf die sekundäre Strahlumformungsoptik 4 übertragen. Der Lichtmodulator 3B nutzt dabei einen fokussierten Lichtstrahl oder einen weniger fokussierten Lichtstrahl in Abhängigkeit der bisher fest justierten Einstellung (fester Fokusabstand) zwischen Lichtquelle 1 und Kollimationsoptik 2.
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Auch bei dieser zweiten Ausführungsvariante ist es so, dass nach der Kollimation Kollimationsoptik 2 entweder ein scharfer stark fokussierter Lichtstrahl (scharfe Kollimation) oder ein weniger scharfer weniger fokussierter Lichtstrahl (weiche Kollimation) zum „Spiegeln“ über das Mikrospiegelarray 3B' zur Verfügung steht. Durch die bisher fest justierte Einstellung (fester Fokusabstand) zwischen Lichtquelle 1 und Kollimationsoptik 2 fehlt in diesem Bereich eine entsprechende Variabilität.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, um die Variabilität des Schweinwerfers 100 zu erhöhen, das System Lichtquelle 1 und die primäre Kollimationsoptik 2 derart auszubilden, dass auf die optischen Eigenschaften des aus der Kollimationsoptik 2 austretenden Lichtstrahls Einfluss genommen werden kann, noch bevor eine Verarbeitung des kollimierten Lichtstrahls in den Lichtmodulen 3A, 3B gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten stattfindet.
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In einem Zwischenschritt wird in einer Ausführungsvariante bei Verwendung eines RGB-Lasers noch dafür gesorgt, dass als Lichtquelle 1 weißes Laserlicht zur Verfügung steht, indem drei Laser mit unterschiedlichem Licht (rot, grün, blau) in eine optische Faser eingekoppelt werden, sodass an dem optischen Faserende weißes Licht aus rotem, grünen und blauem Laserlicht gebildet, zur Verfügung steht. Dadurch werden entsprechende Phosphorlinsen die zurzeit eingesetzt werden, um das weiße Licht zu erzeugen, nicht mehr benötigt. In vorteilhafte Weise wird dann in der primären Kollimationsoptik 2 nur ein Kollimator, insbesondere nur eine Primärlinse 2 benötigt.
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Es versteht sich, dass grundsätzlich gemäß der Erfindung auch ein phosphorbasierter Laser als Lichtquelle 1 zum Einsatz kommen kann. Die variable Einstellung des Fokus beziehungsweise Fokusabstandes gemäß der Erfindung ist prinzipiell auch mit anderen Lichtquellen, die nicht Laser-Lichtquellen sind, möglich, wobei bevorzugt ein phosphorbasierter Laser oder wie im Ausführungsbeispiel erläutert, ein RGB-Laser zum Einsatz kommt.
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Wie bereits erläutert, bestimmt und begrenzt der erzeugte Laserstrahl hinter der Kollimationsoptik 2 die Auflösung und den Kontrast des Scheinwerfers 100 auf der Zielfläche 5, da die der Lichtquelle 1 auf der Zielfläche 5 von dem erzeugten Laserstrahl hinter der Kollimationsoptik 2 abhängig ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das System Lichtquelle 1 und primäre Kollimationsoptik 2 derart ausgebildet ist, dass es optische Eigenschaften des Laserstrahls, der aus der Kollimationsoptik 2 austritt und in den Lichtmodulator 3; 3A, 3B je nach Ausführungsvariante eintritt, in Abhängigkeit der jeweiligen Nutzung (Nutzungsfall) variabel kontrolliert verändern kann.
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In einer ersten Ausgestaltungsvariante G1 ist vorgesehen, dass die Lichtquelle 1 beweglich angeordnet ist.
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In einer zweiten Ausgestaltungsvariante G2 ist vorgesehen, dass die Kollimationsoptik 2 beweglich angeordnet oder ausgebildet ist.
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In einer dritten Ausgestaltungsvariante G1/2 ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Ausgestaltungsvariante G1, G2 miteinander kombiniert realisiert sind, das heißt, dass die Lichtquelle 1 beweglich angeordnet ist und die Kollimationsoptik 2 beweglich angeordnet oder ausgebildet ist.
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Gemäß der ersten Ausgestaltungsvariante G1 ist in einer ersten Untervariante G1.1 eine mechanische Verschiebung der Lichtquelle 1 relativ zur Kollimationsoptik 2 entlang der sogenannten optischen Achse A (vergleiche 1 und 2) vorgesehen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das optische Faserende (Glasfaserende) als Lichtquelle 1 als weißes Licht aus rotem, grünen und blauem Laserlicht mechanisch gegenüber der Kollimationsoptik 2 entlang der sogenannten optischen Achse A verschoben wird.
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Gemäß der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 ist in einer ersten Untervariante G2.1 eine mechanische Verschiebung der Kollimationsoptik 2, das heißt der Linse relativ zur Lichtquelle 1 entlang der optischen Achse A vorgesehen, wobei die Lichtquelle 1 bevorzugt das optische Faserende (Glasfaserende) als Lichtquelle 1 ist, welches weißes Licht, das aus rotem, grünen und blauem Laserlicht gebildet ist ausstrahlt.
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Gemäß der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 ist in einer zweiten Untervariante G2.2 vorgesehen, dass die Linse des Kollimator-Linsensystems 2 quer zur optischen Achse A in einer Ebene BC bewegt wird, die sich orthogonal zur optischen Achse A in horizontaler B und vertikaler C aufspannt. Mit anderen Worten, die Linse wird in horizontaler Richtung B (nach links und rechts oder in vertikaler Richtung C nach oben und unten oder zwischen diesen Grundrichtungen Richtung B und C bewegt.
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Es versteht sich, dass die zweite Untervariante G2.2 der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 mit der ersten Untervariante G2.1 der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 kombiniert werden kann, sodass die Linse entlang der optischen Achse A eindimensional und in der Ebene BC zweidimensional frei und somit dreidimensional relativ zur Lichtquelle 1 translatorisch beweglich angeordnet ist.
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Gemäß der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 ist in einer dritten Untervariante G2.3 vorgesehen, dass die Linse des Kollimator-Linsensystems 2 von der optischen Achse A ausgehend nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist, sodass sich das auf die Linse einfallende Licht der Lichtquelle 1 austrittsseitig verändert, wenn die Linse um die optischen Achse A rotierend angeordnet ist. Durch eine solche Ausgestaltung ist es ebenfalls möglich die Spotkontur des Lichtstrahls, der in den jeweiligen Lichtmodulator 3; 3A, 3B eintritt vorgebbar zu verändern. Die dritte Untervariante G2.3 der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 kann mit den anderen Untervarianten G2.1, G2.2 kombiniert werden, sodass eine dreidimensionale relativ zur Lichtquelle 1 translatorisch bewegliche und rotatorische Linse innerhalb des Kollimator-Linsensystems 2 ausgebildet ist.
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Gemäß der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 ist in einer vierten Untervariante G2.4 vorgesehen, dass die Linse des Kollimator-Linsensystems 2 von der optischen Achse A ausgehend zwar rotationssymmetrisch ausgebildet ist, jedoch auf der Fläche des Linsensystem sozusagen in der Ebene BC mehrere unterschiedliche, bevorzugt austauschbare Linsen in einer Art „Revolveranordnung“ angeordnet sind, sodass sich das in das Kollimator-Linsensystems 2 einfallende Licht der Lichtquelle 1 austrittsseitig verändert, wenn die Linse um die optische Achse A rotierend (siehe Rotationspfeil P1 in den 1 und 2) angeordnet ist.
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Durch eine solche Ausgestaltung ist es ebenfalls möglich die Lage des Lichtstrahls und den Durchmesser des Lichtstrahls, der in den jeweiligen Lichtmodulator 3; 3A, 3B eintritt, vorgebbar zu verändern. Die vierte Untervariante G2.4 der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 kann mit den anderen Untervarianten G2.1, G2.2 kombiniert werden, sodass ein dreidimensionales relativ zur Lichtquelle 1 translatorisch bewegliches und rotatorisches Kollimator-Linsensystems 2, welches mehrere Linsen in der BC-Ebene aufweist, ausgebildet ist.
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Gemäß der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 ist in einer fünften Untervariante G2.5 vorgesehen, dass die Linse des Kollimator-Linsensystems 2 von der optischen Achse A ausgehend gekippt werden kann. Eine gedachte Ebene BC der Linse des Linsensystems wird erfindungsgemäß derart mechanisch angeordnet, sodass sich das in das Kollimator-Linsensystems 2 einfallende Licht der Lichtquelle 1 austrittsseitig verändert, wenn die Linse gegenüber der optischen Achse A gekippt wird. (siehe Kipppfeil P2 in den 1 und 2) angeordnet ist.
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Durch eine solche Ausgestaltung ist es ebenfalls möglich die Lage des Lichtstrahls und den Durchmesser des Lichtstrahls, der in den jeweiligen Lichtmodulator 3; 3A, 3B eintritt, vorgebbar zu verändern. Die fünfte Untervariante G2.4 der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 kann mit den anderen Untervarianten G2.1, G2.2, G2.3 G2.4 kombiniert werden, sodass ein dreidimensionales relativ zur Lichtquelle 1 translatorisch bewegliches und rotatorisches und kippbares Kollimator-Linsensystems 2, welches mehrere Linsen in der BC-Ebene aufweist, ausgebildet ist.
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Schließlich wird noch eine vierte Ausgestaltungsvariante G4 vorgeschlagen, die darin besteht, dass die Linse des Kollimator-Linsensystems 2 dahingehend ausgebildet ist, dass die Linse oder die Linsen des Kollimator-Linsensystems 2 selbst auf mechanische und/oder elektrische Einflüsse mit einer Änderung der optischen Eigenschaften reagiert/reagieren. Die vierte Ausgestaltungsvariante G4 kann die mindestens eine Linse des Kollimator-Systems 2 betreffen oder die mehreren Linsen gemäß der vierten Untervariante G2.4 der zweiten Ausgestaltungsvariante G2 sind derart ausgebildet.
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In allen Ausführungsvarianten ändert sich zusammengefasst der Fokusabstand und damit der Spotdurchmesser des Laserstrahls, der aus der Kollimationsoptik 2 austritt und in den Lichtmodulator 3; 3A, 3B je nach Ausführungsvariante eintritt.
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Weiter zusammengefasst ist es erfindungsgemäß möglich, dass ein Lichtstrahl 1A einer (Laser-)Lichtquelle 1, der im Allgemeinen von einem Kollimator-System 2, insbesondere einem Kollimator-Linsensystem oder einem Kollimator-Reflektorspiegel-System auf die eine oder andere Variante oder Untervariante der vier Ausgestaltungsvarianten G1, G2, G3, G4 allein oder in Kombination fokussiert/kollimiert wird.
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Der derart kollimierte Lichtstrahl wird anschließend in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten gemäß der 1 oder 2 über einen Lichtmodulator 3; 3A, 3B, insbesondere einen MEMS 3A, einen DMD 3B, einen LCD [Flüssigkristallbildschirm], einen LCoS [liquid-crystal-on-silicon spatial light modulator] oder einen Polygonspiegel direkt auf die Zielfläche 5 übertragen oder zuerst (vergleiche 1 und 2) auf die nachgeschaltete Strahlenumformungsoptik 4 gelenkt, die auch als Umverteilungsoptik 4 bezeichnet wird, und erst dann von der Umverteilungsoptik 4 auf die Zielfläche 5 übertragen.
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Nach alledem, wird zur Verdeutlichung der Erfindung in den nachfolgenden Nutzungsbeispielen die Zielfläche 5, die vor einem ersten Fahrzeug F1, welches mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer 100 ausgebildet ist, liegende Fahrbahn 10 definiert. Es versteht sich, dass auf dieser Fahrbahn 10 das erste Fahrzeug F1 und gegebenenfalls ein vorausfahrendes zweites Fahrzeug F2 fährt, wobei mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer 100 des ersten Fahrzeuges F1 möglichst komfortabel neben der Fahrbahn 10 an sich, wenn vorhanden, das vorausfahrende zweite Fahrzeug F2 ausgeleuchtet werden soll.
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Es wird noch einmal hervorgehoben, dass die bisherige Kollimationsoptik, das heißt der Kollimator des Kollimator-Systems 2 auf einen festen Fokusabstand, dem Abstand zwischen Lichtquelle 1 und beispielsweise der als Kollimator eingesetzten Linse der Kollimationsoptik 2 justiert wird. Das heißt, bewegen sich die Fahrzeuge F1, F2 dynamisch im Verkehr, wie es üblicher Weise der Fall ist, wird bei einem scharf eingestellten festen Fokusabstand das zweite Fahrzeug F2 nur in einem bestimmten Abstand zwischen den Fahrzeugen F1, F2 scharf ausgeleuchtet, nämlich dann, wenn es sich in diesem bestimmten Abstand befindet. Verändert das zweite Fahrzeug F2 den Abstand zu dem ersten Fahrzeug F1 fährt es sozusagen aus der scharfen der in dem bestimmten Abstand erzeugten scharfen Ebene des Lichtspots heraus.
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In einem ersten Nutzungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass der eingestellte Fokusabstand zwischen Lichtquelle 1 und Linse der Kollimationsoptik 2 wunschgemäß scharf in dem bestimmten Fokusabstand kollimiert ist, das heißt die Auflösung und der Kontrast, mithin die Schärfe der auf der Zielfläche 5 ist festgelegt. Das heißt auf der Zielfläche 5, die gemäß dem gewählten Ausführungsbeispiel beispielsweise die Ebene des Hecks des in den 1 und 2 dargestellten zweiten Fahrzeuges F2 ist, wird eine scharfe erzeugt, wenn zwischen den Fahrzeugen F1, F2 der bestimmte Abstand vorliegt. Verändert sich dieser Abstand, so wird jetzt erfindungsgemäß dafür gesorgt, dass sich die scharfe auf der Zielfläche 5 dynamisch verändert, indem der eingestellte Fokusabstand zwischen Lichtquelle 1 und Linse der Kollimationsoptik 2 dynamisch innerhalb des Systems verändert, das heißt angepasst dynamisch wird.
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Erfindungsgemäß dafür gesorgt, dass sich die scharfe auf der Zielfläche 5 dynamisch verändert, indem der eingestellte Fokusabstand zwischen Lichtquelle 1 und Linse der Kollimationsoptik 2 dynamisch angepasst wird.
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In einem zweiten Nutzungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass der eingestellte Fokusabstand zwischen Lichtquelle 1 und Linse der Kollimationsoptik 2 wunschgemäß vergleichsweise weich beziehungsweise weicher als bei der scharfen Kollimation in dem bestimmten Fokusabstand kollimiert ist, das heißt die Auflösung und der Kontrast, mithin die Schärfe der auf der Zielfläche 5 ist weich, das heißt weniger scharf festgelegt. Das heißt auf der Zielfläche 5, die beispielsweise eine Umgebung ohne scharf zu stellendes Objekt ist, wird ein anderer weicherer Lichtspot erzeugt, der an die veränderte Zielfläche 5 automatisch angepasst ist. Erfindungsgemäß dafür gesorgt, dass sich die weichere auf der Zielfläche 5 dynamisch verändert, indem der eingestellte Fokusabstand zwischen Lichtquelle 1 und Linse der Kollimationsoptik 2 dynamisch angepasst wird.
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Durch die vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, dass erfindungsgemäß durch die beschriebenen Eingriffe innerhalb des Systems Lichtquelle 1 und Kollimator-System 2 ein Wechsel zwischen den gewünschten schärferen und weniger schärferen in dem jeweiligen gewünschten Abstand zwischen dem Scheinwerferausgang hinter der zumeist angeordneten zweiten Lichtstrahlumformungsoptik 4 und der Zielfläche 5 schneller und effizienter mit dem erläuterten anpassbaren System aus Lichtquelle 1 und Kollimator 2 möglich ist.
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Mit anderen Worten, es wird dynamisch durch Veränderungen innerhalb des Systems aus Lichtquelle 1 und Kollimator dafür gesorgt, dass das in den Kollimator einfallende Licht austrittsseitig derart verändert ist, dass eine optimale Anpassung des Lichtspots in Abhängigkeit der sich dynamisch veränderten optische Eigenschaften der Zielfläche 5 bewirkt.
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Es versteht sich, dass das Fahrzeug mit dem Scheinwerfer 100 über eine geeignete Umfeldsensorik verfügt, die nicht Gegenstand dieser Erfindung ist, um die Eigenschaften des Umfeldes, sprich der zu beleuchtenden Zielfläche 5 festzustellen und auszuwerten, wonach festgelegt wird, welche optischen Eigenschaften der Lichtspot in einer bestimmten Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrzeug F1, F2 oder zwischen dem ersten Fahrzeug 1 und der Umgebung aufweisen soll.
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Das erfindungsgemäße System hat einen weiteren Vorteil, der darin besteht, dass durch den beschrieben Aufbau eine Selbstjustierung des Systems möglich ist. Es ist bekannt, dass im Laufe der Zeit Veränderungen der Komponenten des Systems Lichtquelle 1 und Kollimator durch Alterung der Komponenten Lichtquelle 1 und/oder Kollimators des Kollimator-Systems 2 und/oder Veränderungen durch Erschütterungen der Komponenten des Systems Lichtquelle 1 und Kollimator auftreten, die ausgeglichen werden können. Tritt bei entsprechenden Kontrollmessungen eine Abweichung der gewünschten Systemauslegung auf, ist es erfindungsgemäß möglich die jeweiligen variabel ausgebildeten Komponenten je nach Ausgestaltungsvariante G1, G2, G3, G4 beziehungsweise den erläuterten Untervarianten nachzujustieren. Diese Selbstjustierung des Systems kann auch in Zeitintervallen selbsttätig erfolgen, wodurch im Gegensatz zu Scheinwerfern gemäß dem Stand der Technik auf den Ausbau der herkömmlichen Scheinwerfer verzichtet werden kann.
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Schließlich besteht die Möglichkeit mittels der nachgeschaltete Strahlenumformungsoptik 4 ebenfalls auf die auf der Zielfläche Einfluss zu nehmen, indem innerhalb der Strahlenumformungsoptik 4 die Verteilung der Lichtintensität auf der Zielfläche 5 verändert wird und/oder eine Bildverzerrung der Zielfläche 5 vorgenommen wird, sodass bestimmte Bereich weniger und andere Bereich stärker ausgeleuchtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Scheinwerfer, Laserscheinwerfer
- 10
- Fahrbahn
- 1
- Lichtquelle
- 1A
- Lichtstrahl der Lichtquelle
- 2
- primäre Strahlenumformungsoptik, Kollimationsoptik
- 3
- Lichtmodulator
- 3A
- MEMS-Lichtmodulator
- 3A'
- Scan
- 3B
- DMD-Lichtmodulator
- 3B'
- Microspiegelarray
- 4
- sekundäre Strahlenumformungsoptik
- 5
- Zielfläche
- 5A
- Abbildung
- A
- Längserstreckung optische Achse
- B
- horizontale Richtung quer zur optischen Achse A
- C
- vertikale Richtung quer zur optischen Achse A
- BC
- Fläche aufgespannt orthogonal zur optischen Achse A
- F1
- erste Fahrzeug
- F2
- zweites Fahrzeug
- P1
- Pfeil in Rotationsrichtung
- P2
- Pfeil in Kipprichtung
