DE102020101598B4

DE102020101598B4 - Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem LCD-Display und zwei Polarisationsfiltern

Info

Publication number: DE102020101598B4
Application number: DE102020101598.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Brendle
Original assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2040-01-24
Also published as: DE102020101598A1

Abstract

Lichtmodul (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit einer Lichtquelle (12), mit der ein Bündel unpolarisierten Lichtes emittierbar ist, einem mit Licht des Bündels beleuchtbaren reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16), der Licht einer ersten Polarisationsrichtung (s) reflektiert und der Licht einer zweiten Polarisationsrichtung (p), die zu der ersten Polarisationsrichtung (s) senkrecht ist, transmittiert, und mit einem Reflektor (24), der dazu eingerichtet und angeordnet ist, auf ihn vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16) her einfallendes Licht der Lichtquelle (12) zum reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16) zurück zu reflektieren, und mit einem zur Drehung der Polarisationsrichtung eingerichteten und lichtdurchlässigen Polarisationsdrehungsmittel (26), das zwischen dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16) und dem Reflektor (24) angeordnet ist, einem zweiten Polarisationsfilter (34), der Licht der ersten Polarisationsrichtung (s) transmittiert und der Licht der zweiten Polarisationsrichtung (p) nicht transmittiert, einem zwischen dem ersten Polarisationsfilter (16) und dem zweiten Polarisationsfilter (34) angeordneten Flüssigkristalldisplay (22), sowie mit einer lichtstromabwärts von dem zweiten Polarisationsfilter (34) angeordneten Projektionsoptik (36), die dazu eingerichtet und angeordnet ist, das Flüssigkristalldisplay (22) in einen lichtstromabwärts von der Projektionsoptik (36) liegenden Beleuchtungsbereich des Lichtmoduls (10) abzubilden, wobei der erste Polarisationsfilter (16) eine Prismenplatte (16') aus doppeltbrechendem dielektrischen Material aufweist, deren Prismenkanten parallel zueinander verlaufen und deren Brechzahl für Licht, das senkrecht zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiert ist, höher ist als für Licht, das parallel zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiert ist, wobei das Polarisationsdrehungsmittel (26) eine erste Verzögerungsplatte (28) ist, die polarisationsrichtungsabhängig unterschiedliche Brechzahlen und damit unterschiedliche Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten aufweist, wobei die Schnitte minimaler (schnelle Achse) und maximaler (langsame Achse) Brechzahl einen Winkel von 90° miteinander einschließen und wobei die Polarisationsrichtung (p) des reflektierenden ersten Polarisationsfilters (16) eine Winkelhalbierende des von den genannten Schnitten eingeschlossenen Winkels bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul nach Anspruch 1.
Aus der WO 2018 / 198 939 A1 ist ein Lichtmodul bekannt und weist eine Lichtquelle, mit der ein Bündel unpolarisierten Lichtes emittierbar ist, einen mit Licht des Bündels beleuchtbaren reflektierenden ersten Polarisationsfilter, der Licht einer ersten Polarisationsrichtung reflektiert und der Licht einer zweiten Polarisationsrichtung, die zu der ersten Polarisationsrichtung senkrecht ist, transmittiert, einen Reflektor, der dazu eingerichtet und angeordnet ist, auf ihn vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter her einfallendes Licht der Lichtquelle zum reflektierenden ersten Polarisationsfilter zurück zu reflektieren, ein zur Drehung der Polarisationsrichtung eingerichtetes und lichtdurchlässiges Polarisationsdrehungsmittel, das zwischen dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter und dem Reflektor angeordnet ist, einen zweiten Polarisationsfilter, der Licht der ersten Polarisationsrichtung transmittiert und der Licht der zweiten Polarisationsrichtung nicht transmittiert, ein zwischen dem ersten Polarisationsfilter und dem zweiten Polarisationsfilter angeordneten Flüssigkristalldisplay, sowie eine lichtstromabwärts von dem zweiten Polarisationsfilter angeordnete Projektionsoptik, die dazu eingerichtet und angeordnet ist, das Flüssigkristalldisplay in einen lichtstromabwärts von der Projektionsrichtung liegenden Beleuchtungsbereich des Lichtmoduls abzubilden, auf.
EP 2 397 875 A2 offenbart ein optisches System mit planaren, mehrschichtigen LED-Lichtquellen-Arrays, die ihren polarisierten oder unpolarisierten Output innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs konzentrieren. Das optische System manipuliert Licht, das von planaren Lichtquellen, wie elektrisch miteinander verbundenen LED-Chips, ausgesendet wird.
In letzter Zeit halten Lichtmodule in Form von Videoprojektoren Einzug in Fahrzeugscheinwerfer. Diese dienen einerseits dazu, dem Fahrer zusätzliche Informationen in das Fahrzeugvorfeld einzublenden und andererseits dazu, das Fahrlicht besonders flexibel und exakt an wechselnde Fahrsituationen (z.B. Fahrschwindigkeit, Fahrtrichtung (geradeaus, Kurve), Fahrzeugumgebung (Stadt, Landstraße, Autobahn, Gegenverkehr) anzupassen. Bei der technischen Verwirklichung solcher Lichtmodule konkurrieren im Wesentlichen DMD-Systeme (Digital Miror Device) mit Multi-LED-Projektoren, Laserscannern und LCD-Projektionssysteme (Liquid Crystal Displays) miteinander. Jede dieser Technologien weist Nachteile auf: Die MEMS der DMD-Systeme sind teuer und temperaturempfindlich und beschränken die Leistungsfähigkeit des optischen Systems durch ihre geringe Größe. Multi-LED-Projektoren weisen zwar höhere Leistungen auf, zeigen aber erhebliche Schwächen bei Auflösung und Kontrast. Laserscanner leiden an der vergleichsweise schwachen und gleichzeitig gefährlichen Lichtquelle. Neben den von ihnen ausgehenden Gefahren sind Auflösung und Kontrast auch hier besondere Schwachpunkte.
LCD-Projektoren ermöglichen durch große, vergleichsweise kostengünstige Displays eine hohe Auflösung bei guter optischer Performance. Nachteilig ist jedoch, dass sie mit linear polarisiertem Licht betrieben werden, übliche LED-Lichtquellen aber unpolarisiertes Licht emittieren. Das für die in den LCD Displays erfolgende Lichtmodulation erforderliche linear polarisierte Licht wird meist erzeugt, indem aus unpolarisiertem Licht eine lineare Polarisationsrichtung durch Polarisationsfilter ausgefiltert wird. Damit ist bereits die Hälfte des zur Verfügung stehenden Lichtstroms für die weitere Verwendung verloren. Als Folge ist der optische Wirkungsgrad von LCD-Projektoren in der Regel schlecht. Der optische Wirkungsgrad ist zum Beispiel das Verhältnis des Lichtstroms, der von der Lichtquelle emittiert wird, zu dem Lichtstrom, der letztlich in der Beleuchtungszone des Kraftfahrzeugscheinwerfers ankommt.
Um den optischen Wirkungsgrad von LCD-Projektoren zu verbessern, wird in DE 10 2015 111 357 A1 und DE 10 2015 115 348 A1 (siehe auch: „Adaptive Lichtverteilungen mit LCD- Scheinwerfer“, HANSER automotive 9/2017 S. 24-25) vorgeschlagen, das unpolarisierte Lichtbündel der Lichtquelle durch einen Strahlteiler in zwei Lichtbündel mit unterschiedlicher, gegeneinander um 90° gedrehter linearer Polarisationsrichtung aufzuteilen. Die beiden Bündel beleuchten dann in zwei getrennten Strahlengängen zwei Flüssigkristalldisplays bzw. zwei unterschiedliche Bereiche desselben Flüssigkristalldisplays, denen unterschiedlich orientierte Polarisationsfilter als Analysatoren zugeordnet sind. Dabei werden die Analysatoren so ausgerichtet, dass sie das linear polarisierte Licht des jeweiligen Strahlenganges sperren. Mithilfe dieser Strahlaufteilung kann prinzipiell der größte Teil des unpolarisierten Lichts der Lichtquelle für die Bildgebung genutzt und in linear polarisiertes Licht umgewandelt werden.
Nachteilig sind bei dieser Lösung insbesondere die beiden getrennten Strahlengänge mit ihren unterschiedlichen Polarisationsrichtungen, die über getrennte Displayflächen mit unterschiedlich orientierten Analysatoren und Projektionsoptiken geführt werden müssen und das damit einhergehende eigenartige Erscheinungsbild mit Doppellinse, die Baugröße und die Parallaxe der Projektion.
Erfindungsgemäß weist ein Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer eine Lichtquelle auf, mit der ein Bündel unpolarisierten Lichtes emittierbar ist. Ferner weist das Lichtmodul einem mit Licht des Bündels beleuchtbaren reflektierenden ersten Polarisationsfilter auf, der Licht einer ersten Polarisationsrichtung reflektiert und der Licht einer zweiten Polarisationsrichtung, die zu der ersten Polarisationsrichtung senkrecht ist, transmittiert. Ein Reflektor ist dazu eingerichtet und angeordnet, auf ihn vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter her einfallendes Licht der Lichtquelle zum reflektierenden ersten Polarisationsfilter zurück zu reflektieren. Ein Polarisationsdrehungsmittel ist zur Drehung der Polarisationsrichtung eingerichteten und lichtdurchlässig. Das Polarisationsdrehungsmittel ist zwischen dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter und dem Reflektor angeordnet. Ein zweiter Polarisationsfilter transmittiert Licht der ersten Polarisationsrichtung. Der zweite Polarisationsfilter transmittiert Licht der zweiten Polarisationsrichtung nicht. Ein Flüssigkristalldisplay ist zwischen dem ersten Polarisationsfilter und dem zweiten Polarisationsfilter angeordnet. Eine Projektionsoptik ist lichtstromabwärts von dem zweiten Polarisationsfilter angeordnet, die dazu eingerichtet und angeordnet ist, das Flüssigkristalldisplay in einen lichtstromabwärts von der Projektionsoptik liegenden Beleuchtungsbereich des Lichtmoduls abzubilden. Der erste Polarisationsfilter weist eine Prismenplatte aus doppeltbrechendem dielektrischen Material auf, deren Prismenkanten parallel zueinander verlaufen und deren Brechzahl für Licht, das senkrecht zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiert ist, höher ist als für Licht, das parallel zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiert ist.
Die Verwendung von solchen Prismenplatten als Polarisationsfilter führt zu einem erwünscht guten optischen Wirkungsgrad.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Lichtmoduls, das einen LCD-Projektor mit einem Beleuchtungssystem aufweist, das aus dem unpolarisierten Licht einer herkömmlichen Lichtquelle einen hohen Anteil an Licht einer einzigen Polarisationsrichtung gewinnt und dieses Licht in einem homogenen Strahlenbündel sammelt, so dass damit ein (einzelnes) Flüssigkristalldisplay(= LCD-Display) gleichmäßig ausgeleuchtet werden kann. Die Lichtquelle soll aus wenigen und kostengünstigen Elementen aufgebaut sein.
Flüssigkristallprojektoren eignen sich für leistungsstarke hochauflösende Lichtsysteme, wie sie derzeit für Premiumfahrzeuge nachgefragt werden. Im Unterschied zu den heute verwendeten DMD-Systemen kann die Leistung mutmaßlich um das 2- bis 3-fache gesteigert werden. Darüber hinaus lassen sie sich in einem weiten Temperaturbereich betreiben, da die Flüssigkristalle im Bereich von etwa -40° bis +110°C (teilweise auch darüber) ihre polarisierende Wirkung behalten. Gegenüber Multi-LED-Systemen bieten Flüssigkristallprojektoren eine erheblich bessere Bildqualität und Auflösung sowie guten Kontrast.
Erfindungsgemäß ist das Polarisationsdrehungsmittel eine erste Verzögerungsplatte, die polarisationsrichtungsabhängig unterschiedliche Brechzahlen und damit unterschiedliche Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten aufweist, wobei die Schnitte minimaler (schnelle Achse) und maximaler (langsame Achse) Brechzahl einen Winkel von 90° miteinander einschließen und wobei die Verzögerungsplatte so angeordnet ist, dass die Polarisationsrichtung des reflektierenden Polarisationsfilters eine Winkelhalbierende des von den genannten Schnitten eingeschlossenen Winkel bildet.
Bevorzugt ist auch, dass eine parallel zur Propagationsrichtung des Lichtes in der ersten Verzögerungsplatte liegende Dicke der Verzögerungsplatte so bemessen ist, dass sich für eine mittlere Wellenlänge des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes zwischen den Schnitten minimaler und maximaler Brechzahl ein Gangunterschied von etwa einer Viertel Wellenlänge ergibt.
Weiter ist bevorzugt, dass die erste Verzögerungsplatte direkt lichtstromabwärts vor dem Reflektor angeordnet und dabei so ausgerichtet ist, dass die Einfallsrichtung des Lichtes parallel zur Flächennormalen am Ort des Lichteinfalls auf der ersten Verzögerungsplatte ist. Dadurch wird erreicht, dass nur die Polarisationsrichtung des auf den Reflektor treffenden Lichtbündels gedreht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Verzögerungsplatte direkt auf den reflektierenden ersten Polarisationsfilter auflaminiert ist. Dadurch bilden die erste Verzögerungsplatte und der erste reflektierende Polarisationsfilter eine Einheit als zirkularer Polarisationsfilter.
Bevorzugt ist auch, dass eine Sammeloptik im Weg des Lichtes zwischen der Lichtquelle und dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter angeordnet ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sammeloptik dazu eingerichtet ist, das von der Lichtquelle emittierte Lichtbündel so umzuformen und auf das Flüssigkristalldisplay zu richten, dass dort eine Strahltaille entsteht.
Bevorzugt ist auch, dass die Sammeloptik eine oder mehrere hintereinander angeordnete Sammellinsen aufweist.
Weiter ist bevorzugt, dass die Sammeloptik eine Hintereinanderanordnung von einer oder mehreren Sammellinsen und einem Spiegel, insbesondere einem Hohlspiegel, aufweist. 6c
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens zwei der brechenden und / oder reflektierenden Flächen der Sammeloptik als torische oder toroidale Flächen ausgeführt werden. Eine toroidale Fläche ist eine torusähnliche Fläche, wobei der Schnitt maximaler und/oder minimaler Krümmung asphärisch ist (anstelle von Kreisbögen beim Torus).
Bevorzugt ist auch, dass mehrere Lichtquellen mit jeweils zugehörigen und lichtquellenindividuellen Sammeloptiken so nebeneinander angeordnet sind, dass sich für jedes Paar aus Lichtquelle und zugehörig individueller Sammeloptik jeweils eine Strahltaille auf dem Flüssigkristalldisplay ergibt, wobei sich die Strahltaillen von einander benachbart angeordneten Lichtquellen zumindest teilweise überlappen.
Weiter ist bevorzugt, dass nebeneinander angeordnete Sammellinsen zu einstückigen Linsenfeldern und /oder dass nebeneinander angeordnete Reflektoren der Sammeloptiken zu einstückigen Mehrschalenreflektoren zusammengefasst sind.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Linsen der Sammeloptik mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet sind. Dadurch werden die Linsen entspiegelt, was die optische Effizienz im Vergleich zu nicht verspiegelten Linsen verbessert.
Bevorzugt ist auch, dass der reflektierende erste Polarisationsfilter unmittelbar lichtstromaufwärts vom Flüssigkristalldisplay angeordnet ist.
Weiter ist bevorzugt, dass der reflektierende erste Polarisationsfilter mit einem lichtstromabwärts von ihm angeordneten absorbierenden Polarisationsfilter kombiniert ist, der dazu eingerichtet ist, Licht der ersten Polarisationsrichtung (s) zu reflektieren, um den Polarisationsgrad des transmittierten Lichts und damit den Bildkontrast zu erhöhen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der reflektierende erste Polarisationsfilter mit dem lichtstromabwärts von ihm angeordneten absorbierenden Polarisationsfilter und einem lichtstromabwärts von dem absorbierenden Polarisationsfilter angeordneten reflektierenden zweiten Polarisationsfilter kombiniert ist.
Bevorzugt ist auch, dass der absorbierende Polarisationsfilter wenigstens eine gereckte Folie aus Polyvinylalkohol aufweist.
Weiter ist bevorzugt, dass der Reflektor ein Spiegel, insbesondere ein Hohlspiegel ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Reflektor eine torische oder toroidale Reflexionsfläche aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass der Reflektor zusammen mit einem Spiegel der Sammeloptik einstückig als Mehrschalenreflektor ausgeführt ist
Weiter ist bevorzugt, dass Spiegelflächen des Reflektors mit einer Metallschicht, insbesondere mit einer Aluminiumschicht oder Silberschicht beschichtet sind.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Metallschicht mit einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten beschichtet ist, wobei die jeweiligen Schichtdicken der dielektrischen Schichten so gewählt sind, dass vom Reflektor durch Fresnelreflexion reflektiertes Licht phasengleich reflektiert wird und konstruktive Interferenz eintritt. Die dielektrische(n) Schicht(en) schützen die Metallschicht gleichzeitig vor Korrosion. Der Reflexionsgrad kann durch auf die Spiegelflächen aufgebrachte dielektrische Schichten verstärkt werden, in dem die jeweiligen Schichtdicken der Dielektrika so gewählt werden, dass die davon durch Fresnelreflexion reflektierte Strahlung im Bereich sichtbaren Lichts überwiegend phasengleich reflektiert wird und konstruktive Interferenz eintritt.
Bevorzugt ist auch, dass der Reflektor ein Retroreflektor mit Tripelspiegeln ist, wobei die Spiegelflächen von jeweils einem Tripelspiegel jeweils in einem rechtem Winkel zueinander angeordnet sind und als totalreflektierende Tetraederflächen eines Glaskörpers aus organischem oder anorganischem Glas ausgeführt sind. Durch diese Ausgestaltung kann auf eine Verzögerungsplatte verzichtet werden, die sonst zwischen Reflektor und erstem Polarisationsfilter angeordnet sein würde.
Weiter ist bevorzugt, dass der Reflektor als rückseitig verspiegelte Spiegellinse ausgeführt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelle eine Leuchtdiode oder ein Feld von Leuchtdioden aufweist und dass der Reflektor zumindest zu einem Teil durch die LED-Lichtquelle gebildet ist. LEDs reflektieren den größten Teil des einfallenden Lichts (etwa 85%, Lambert'-scher Reflektor). Das Licht wird in diesem Fall also vom Polarisationsfilter über die Sammeloptik auf die LED reflektiert, um an dieser wiederum reflektiert und über die Sammeloptik erneut auf den Polarisationsfilter bzw. das dahinter befindliche Flüssigkristalldisplay gelenkt zu werden.
Bevorzugt ist auch, dass der Reflektor zu einem Teil durch die LED-Lichtquelle und zu einem komplementären Teil durch weitere Reflektorflächen gebildet wird.
Weiter ist bevorzugt, dass der zweite Polarisationsfilter, der dazu eingerichtet ist, Licht der ersten Polarisationsrichtung zu transmittieren und Licht der zweiten Polarisationsrichtung nicht zu transmittieren, so angeordnet ist, dass die Polarisationsrichtung des transmittierten Lichtes eine Winkelhalbierende des Winkels bildet, der von der schnellen Achse und der langsamen Achsen der Verzögerungsplatte eingeschlossen wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Lichtmodul eine weitere Verzögerungsplatte oder ein anderes anisotropes optisches Element aufweist, welche(s) lichtstromabwärts von dem reflektierenden zweiten Polarisationsfilter angeordnet ist und welche(s) das aus dem zweiten Polarisationsfilter austretende linear polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht umwandelt oder auf andere Weise die Polarisationsrichtung so verändert, dass im abgestrahlten Lichtbündel wieder alle Polarisationsrichtungen enthalten sind. Auf diese Weise kann das abgestrahlte Licht auch von Fahrern mit polarisierenden Brillengläsern wahrgenommen werden.
Bevorzugt ist auch, dass die Projektionsoptik einen zwei Linsen aufweisenden Fraunhofer Achromaten aufweist. Ein solcher Achromat besteht aus einer Zerstreuungslinse mit hoher Farbdispersion (kleine Abbezahl -> Flintglas) und einer Projektionsoptik-Sammellinse mit geringer Farbdispersion (große Abbezahl-> Kronglas), wobei beide Linsen durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.
Weiter ist bevorzugt, dass die Projektionsoptik-Sammellinse als Plankonvexlinse ausgeführt ist, wobei ein Verbund aus dem zweiten Polarisationsfilter und der weiteren Verzögerungsplatte oder dem anderen anisotropen Element direkt auf die Planfläche der Projektionsoptik-Sammellinse aufgeklebt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Polarisationsfilter eine zweite Prismenplatte aufweist, die den gleichen Brechungsindex wie die erste Prismenplatte aufweist, und die der ersten Prismenplatte so gegenübergestellt angeordnet ist, dass zwischen jeweils einer Prismenfläche der ersten Prismenplatte und einer dieser Prismenfläche gegenüberliegend angeordneten Prismenfläche der zweiten Prismenplatte ein weitgehend paralleler Luftspalt besteht. Diese Spalte können wahlweise auch mit einem transparenten Kitt mit niedriger Brechzahl gefüllt sein.
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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:

1 ein Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer;
2 einen quer zur Lichtausbreitungsrichtung in der Verzögerungsplatte liegenden Querschnitt der Verzögerungsplatte;
3 ein Ausführungsbeispiel mit einem Tripelspiegelreflektor;
4 ein Lichtmodul mit einer direkt vor einem reflektierenden p-Polarisator angeordneten Verzögerungsplatte;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls;
6 ein Lichtmodul, das sich vom Lichtmodul der 4 durch die Realisierung des Reflektors und der Sammeloptik unterscheidet;
7 eine Seitenansicht eines Schnittes eines Ausführungsbeispiels eines Lichtmoduls gemäß 6 mit einem Mehrschalenreflektor;
8 eine Draufsicht auf einen Schnitt durch den Gegenstand der 7;
9 ein Ausführungsbeispiel eines Merkmale der Erfindung aufweisenden reflektierenden ersten Polarisationsfilters in perspektivischer Darstellung, zusammen mit einem Flüssigkristalldisplay;
10 einen Schnitt durch eine Hintereinanderanordnung aus einem reflektierenden ersten Polarisationsfilter, einem Flüssigkristalldisplay und einem zweiten Polarisationsfilter;
11 einen Polarisationsfilter der eine erste Prismenplatte wie in 10 und zusätzlich eine komplementär entgegengesetzt geformte zweite Prismenplatte aufweist;
12 einen Schnitt durch den Gegenstand der 11; und
13 eine Hintereinanderanordnung eines reflektierenden ersten Polarisationsfilters gemäß 11, 12, eines Flüssigkristalldisplays und eines zweiten Polarisationsfilters gemäß 11, 12.

Im Einzelnen zeigt die 1 ein Lichtmodul 10 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit einer Lichtquelle 12, mit der ein Bündel unpolarisierten Lichtes 14 emittierbar ist. Die Lichtquelle 12 ist bevorzugt eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden, die unter Zwischenschaltung einer Platine auf einem Kühlkörper befestigt sind.
Das Lichtmodul 10 weist einen mit unpolarisiertem Licht 14 (UNPOL.) des Bündels beleuchtbaren reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 auf, der Licht 18 einer ersten Polarisationsrichtung s (S-POL.) reflektiert und der Licht 20 einer zweiten Polarisationsrichtung p (P-Pol), die zu der ersten Polarisationsrichtung s senkrecht ist, transmittiert.
Der reflektierende erste Polarisationsfilter 16, der linear-p-polarisiertes Licht passieren lässt und den komplementären Teil des auftreffenden Lichts 14 reflektiert, ist unmittelbar vor, d.h. lichtstromaufwärts von einem Flüssigkristalldisplay 22 angeordnet.
Das Flüssigkristalldisplay 22 stellt ein bildgebendes Element dar. Es weist eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten jeweils nebeneinander angeordneten transparenten, mit einer Flüssigkristallflüssigkeit gefüllten Zellen auf, an die ein elektrisches Feld anlegbar ist. In Abhängigkeit vom elektrischen Feld kann die Polarisationsrichtung eines auftreffenden Lichtbündels in jeder Zelle unabhängig gedreht werden. Wird das Flüssigkristalldisplay 22 mit p-polarisiertem Licht angestrahlt, emittieren die einzelnen Zellen - abhängig von der jeweils angelegten elektrischen Spannung - Licht mit einer Polarisationsrichtung s, die zu der Polarisationsrichtung des beleuchtenden Lichtes orthogonal ist.
Ein Reflektor 24 ist dazu eingerichtet und angeordnet, auf ihn vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 her einfallendes Licht unabhängig von der Polarisationsrichtung dieses Lichtes zum reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 zurück zu reflektieren. Der Reflektor 24 ist beim Gegenstand der 1 ein schalenförmig-konkaver Hohlspiegelreflektor mit einer spiegelnden Oberfläche, die zum Beispiel eine metallische Oberfläche ist.
Im Strahlengang des zwischen dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 und dem Reflektor 24 propagierenden Lichtes ist ein zur Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtes eingerichtetes und lichtdurchlässiges Polarisationsdrehungsmittel 26 angeordnet.
Das Polarisationsdrehungsmittel 26 ist zum Beispiel eine erste Verzögerungsplatte 28, die polarisationsrichtungsabhängig unterschiedliche Brechzahlen und damit unterschiedliche Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten aufweist.
Die Funktion einer Verzögerungsplatte 28 wird im Folgenden unter Bezug auf die 2 erläutert. 2 zeigt einen quer zur Lichtausbreitungsrichtung in der Verzögerungsplatte 28 liegenden Querschnitt der Verzögerungsplatte, wobei der gepunktet dargestellte Doppelpfeil 30 tangential zu einer Schnittebene ist, in der die Brechzahl minimal ist (schnelle Achse), und der gestrichelt dargestellte Doppelpfeil 32 tangential zu einer Schnittebene ist, in der die Brechzahl maximal ist (langsame Achse). Die beiden Doppelpfeile 30, 32 und damit die beiden Schnittebenen schließen einen Winkel von 90° miteinander ein.
Die Verzögerungsplatte 28 ist bevorzugt eine Lambdaviertelplatte und besteht beispielsweise aus einer oder mehreren modifizierten Polycarbonatfolien oder einer Scheibe aus Quarzkristall. Dies gilt für alle in dieser Anmeldung genannten Verzögerungsplatten. Die erste Verzögerungsplatte 28 ist direkt vor dem Reflektor 24 möglichst senkrecht zum einfallenden Licht positioniert, so dass nur die Polarisationsrichtung des auf den Reflektor 24 treffenden Lichtbündels gedreht wird.
Die Polarisationsrichtung (Durchlassrichtung) p des reflektierenden ersten Polarisationsfilters 16 bildet eine Winkelhalbierende des von den genannten Schnitten eingeschlossenen rechten Winkels. Allgemein gilt für die auf die Durchlass-Polarisationsrichtung bezogene Ausrichtung der in der vorliegenden Anmeldung betrachteten Verzögerungsplatten, dass deren schnelle und langsame Achse die Winkelhalbierende der Polarisationsrichtungen (Durchlassrichtungen) der Polarisationsfilter bilden. Die parallel zur Lichtausbreitungsrichtung liegende Dicke der Verzögerungsplatte ist jeweils so gewählt, dass sich für die Zentrumswellenlänge (bevorzugt etwa 480 bis 600 nm) des einfallenden Lichts zwischen den Schnitten minimaler und maximaler Brechzahl ein Gangunterschied von etwa einer Viertel Wellenlänge ergibt (also etwa 120 bis 150 nm, Lambdaviertelplatte).
Beim Gegenstand der 1 wird das vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 überwiegend linear s-polarisierte reflektierte Licht nach einmaligem Passieren der ersten Verzögerungsplatte 28 zunächst zirkular polarisiert, am Reflektor 24 reflektiert und beim zweiten Durchgang vom Reflektor 24 kommend wieder linear polarisiert, wobei die Polarisationsrichtung gegenüber der ursprünglichen Orientierung s nun um 90° gedreht ist und damit eine p-Polarisation aufweist. Das so p-polarisierte Licht 20 kann nun den reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 weitgehend ungestört passieren und beleuchtet das Flüssigkristalldisplay 22. Bei der Transmission durch die spannungsabhängig transparenten Flüssigkristallmatrixelemente des Flüssigkeitskristalldisplays 22 erfolgt wieder eine 90°-Drehung der Polarisationsrichtung, so dass das aus dem Flüssigkristalldisplay 22 austretende Licht eine s-Polarisation aufweist.
Ein zweiter Polarisationsfilter 24, der Licht der ersten Polarisationsrichtung s transmittiert, und der Licht der zweiten Polarisationsrichtung p nicht transmittiert, ist im Strahlengang des Lichtes lichtstromabwärts von dem Flüssigkristalldisplay 22 zwischen dem Flüssigkristalldisplay 22 und einer Projektionsoptik 36 angeordnet.
Die lichtstromabwärts von dem zweiten Polarisationsfilter 34 angeordnete Projektionsoptik 36 ist dazu eingerichtet und angeordnet, das bildgebende Flüssigkristalldisplay 22 in einen lichtstromabwärts von der Projektionsoptik 36 liegenden Beleuchtungsbereich des Lichtmoduls 10 abzubilden. Der Beleuchtungsbereich ist zum Beispiel ein Teil einer Fahrbahn. Die Projektionsoptik 36 ist bevorzugt ein Fraunhofer Achromat, der eine Zerstreuungslinse 38 mit hoher Farbdispersion (kleine Abbezahl -> Flintglas) und eine Projektionsoptik-Sammellinse 40 mit geringer Farbdispersion (große Abbezahl-> Kronglas) aufweist, wobei beide Linsen 38, 40 durch einen Spalt 42 voneinander getrennt sind. In dem Spalt 42 ist eine zweite Verzögerungsplatte 44 angeordnet. Die zweite Verzögerungsplatte 44 wandelt das aus dem zweiten Polarisationsfilter 34 austretende s-polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht (Z-POL.) um, so dass das aus der Projektionsoptik 36 austretende Licht auch für Träger von polarisierten Brillen wahrnehmbar ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Projektionsoptik-Sammellinse 40 als Plankonvexlinse ausgeführt, und die zweite Verzögerungsplatte 44 ist auf die plankonvexe Lichteintrittsfläche der Projektionsoptik-Sammellinse 40 aufgeklebt.
Insgesamt zeigen die 1 und 2 ein Lichtmodul 10 mit einer Lichtquelle 12, einer Lichtquellen-Sammeloptik 46, die das unpolarisierte Licht der Lichtquelle 12 auf einem Flüssigkristalldisplay 22 bündelt, einem reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16, der p-polarisiertes Licht transmittiert und S-polarisiertes Licht auf den Reflektor 24 reflektiert, ein Flüssigkristalldisplay 22, in dessen Zellen die Polarisation des propagierenden Lichts wahlweise (abhängig von der anlegbaren Spannung) gedreht wird (s-Polarisation), so dass es den nachgeschalteten s-Polarisationsfilter passieren kann (helles Pixel) oder ungedreht (als p-polarisiertes Licht) das Flüssigkristalldisplay 22 passiert und anschließend vom s-Polarisationsfilter geblockt wird (dunkles Pixel). Die Projektionsoptik 36 projiziert das Bild des Flüssigkristalldisplays 22 auf die Straße. Eine zweite Verzögerungsplatte wandelt das linear polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht um.
Der lichtstromaufwärts von dem Flüssigkristalldisplay 22 angebrachte Reflektor 24 fängt das vom p-Polarisationsfilter 16 zurückreflektierte (s-polarisierte) Licht auf und wirft es auf das Flüssigkristalldisplay 22 zurück; dabei passiert das Licht auf seinem Weg zweimal eine erste Verzögerungsplatte 28 und wird dort zuerst in zirkular polarisiertes Licht und dann in linear p-polarisiertes Licht gedreht, so dass es den reflektierenden ersten p-Polarisationsfilter 16 passieren kann.
Auf diese Weise können beide Polarisationsrichtungen s, p des Lichtes der Lichtquelle 12 für die Beleuchtung des Flüssigkristalldisplays 22 genutzt werden. Gleiche Bereiche des Flüssigkristalldisplays werden mit derselben Polarisationsrichtung beleuchtet. Dadurch werden auch nur ein zweiter Projektionsfilter (Analysator) 34 und eine Projektionsoptik 36 benötigt. Wird in der Lichtquellen-Sammeloptik 46 ein Spiegel verwendet, so kann der Reflektor 24, mit dem das vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 kommende Licht zurückgespiegelt wird, mit an den Sammeloptikspiegel angeformt werden. Damit ist es möglich, beide Reflektoren als einen zusammenhängenden Mehrschalenreflektor einstückig auszuführen. In dieser Ausführung wird als einziges zusätzliches Bauteil lediglich noch ein die Polarisation drehendes Polarisationsdrehungsmittel 26 benötigt, um auch die zweite Polarisationsrichtung der Lichtquelle 12 nutzen zu können.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Tripelspiegelreflektor 24'. Der Tripelspiegelreflektor 24' ist ein Retroreflektor. Als solcher ist er dazu eingerichtet, einfallendes Licht entgegengesetzt zur Einfallsrichtung zu reflektieren. Er weist dazu eine Vielzahl von Reflektorkammern 24'auf, die sich dadurch auszeichnen, dass sie (jeweils einzeln) durch Spiegelflächen begrenzt sind, die jeweils in einem rechtem Winkel zueinander angeordnet sind und als totalreflektierende Tetraederflächen eines Glaskörpers aus organischem oder anorganischem Glas ausgeführt sind. Der Tripelspiegel 24' dreht die Polarisation des Lichtes um ca. 90°, so dass er die Kombination eines Hohlspiegelreflektor 24 und einer ersten Verzögerungsplatte 28 ersetzen kann. Im Übrigen sind die Gegenstände der 3 und 1 identisch zueinander.
Der Gegenstand der 4 unterscheidet sich vom Gegenstand der 1 dadurch, dass die erste Verzögerungsplatte 28 direkt vor dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 angeordnet ist, so dass das gesamte reflektierte Lichtbündel die erste Verzögerungsplatte 28 passiert. Als Folge wird zirkular polarisiertes Licht auf den Reflektor 24 geworfen, das beim zweiten Durchgang durch die erste Verzögerungsplatte 28 in P-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Diese Anordnung erlaubt das Auflaminieren der ersten Verzögerungsplatte 28 auf den reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16. Der s-transmittierende zweite Polarisationsfilter 34 wurde in gleicher Weise mit der zweiten Verzögerungsplatte 44 zu einem zirkularen Polarisationsfilter verbunden und im Spalt 42 der Projektionsoptik 36 platziert, um eine gleichmäßige Ausleuchtung des zirkularen Polarisationsfilters ohne Hot Spots zu erreichen. Dadurch kann eine thermische Überlastung vermieden werden.
Der zirkulare Polarisationsfilter ist bevorzugt direkt auf der ebenen Lichteintrittsfläche der Projektionsoptik-Sammellinse 40 aufgeklebt. Dadurch werden vorteilhafterweise zwei Glas-Luft-Grenzflächen und die damit verbundenen Fresnelverluste vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht in den geringen Beleuchtungsstärken auf der ebenen Lichteintrittsfläche der Projektionsoptik-Sammellinse 40 und damit auf dem zweiten Polarisationsfilter 34. Vorteilhaft ist weiter die gute Wärmeabfuhr der im zweiten Polarisationsfilter 34 absorbierten Energie durch die Projektionsoptik-Sammellinse 40 hindurch.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls. Das Lichtmodul der 5 unterscheidet sich vom Lichtmodul der 4 im Wesentlichen dadurch, dass das vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 reflektierte Licht über die Lichtquellen-Sammeloptik 46 zurück auf die Lichtquelle 12, die hier eine Leuchtdiode oder ein Feld von Leuchtdioden ist, reflektiert wird, wo es als zirkular polarisiertes Licht wiederum zu einem großen Teil in den Beleuchtungsstrahlengang eingespeist wird. Beim wiederholten Passieren der ersten Verzögerungsplatte 28 wird das zirkular polarisierte Licht in linear p-polarisiertes Licht umgewandelt, das nun den reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 durchlaufen kann.
Die Leuchtdiode, bzw. das Feld von Leuchtdioden, als Lichtquelle 12 ersetzt damit den Reflektor 24 des Lichtmoduls aus der 4. Leuchtdioden reflektieren den größten Teil des auf sie einfallenden Lichts (etwa 85%, Lambert'-scher Reflektor). Das Licht wird in diesem Fall also vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 über die Lichtquellen-Sammeloptik 46 auf die Lichtquelle 12 reflektiert, um an dieser wiederum reflektiert und über die Lichtquellen-Sammeloptik 46 erneut auf den reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 bzw. das lichtstromabwärts davon angeordnete Flüssigkristalldisplay 22 gelenkt zu werden. Möglich ist auch eine Kombination eines Hohlspiegelreflektors 24 gemäß 4 (oder einer anderen von der (den) Leuchtdioden(n) verschiedenen Spiegelfläche) mit einer ebenfalls als Spiegel genutzten Leuchtdiode, um das vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 reflektierte Licht wieder auf diesen zurück zu reflektieren. Ein weiterer Unterschied zum Gegenstand der 4 besteht in der Anordnung des zweiten Polarisationsfilters 34, der beim Gegenstand der 5 zwischen dem Flüssigkristalldisplay 22 und der Projektionsoptik 36 angeordnet ist.
6 zeigt ein Lichtmodul 10, das sich vom Lichtmodul der 4 u.a. durch die Realisierung des Reflektors 24 und der Lichtquellen-Sammeloptik 46 unterscheidet. Die Lichtquellen-Sammeloptik 46 besteht aus einer Hintereinanderanordnung von einer oder mehrerer Sammellinsen 46', 46'' und einem Spiegel 46''', insbesondere einem Hohlspiegel. Der Hohlspiegel 45''' ist bevorzugt mit dem Reflektor 24 zusammen als einstückiger Mehrschalenreflektor ausgeführt. Vorteilhaft können mindestens zwei der brechenden und / oder reflektierenden Flächen der Lichtquellen-Sammeloptik 46 als torische oder toroidale Flächen ausgeführt werden. Spiegelflächen des Reflektors 24 und/oder des Hohlspiegels 46''' der Lichtquellen-Sammeloptik 46 sind mit einer Metallschicht, insbesondere mit einer Aluminiumschicht oder Silberschicht beschichtet.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine solche Metallschicht mit einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten beschichtet ist, wobei die jeweiligen Schichtdicken der dielektrischen Schichten so gewählt sind, dass vom Reflektor durch Fresnelreflexion reflektiertes Licht phasengleich reflektiert wird und konstruktive Interferenz eintritt. Die dielektrische(n) Schicht(en) schützen die Metallschicht gleichzeitig vor Korrosion. Der Reflexionsgrad kann verstärkt werden, in dem die jeweiligen Schichtdicken der Dielektrika so gewählt werden, dass die davon durch Fresnelreflexion reflektierte Strahlung im Bereich sichtbaren Lichts überwiegend phasengleich reflektiert wird und konstruktive Interferenz eintritt.
7 zeigt eine Seitenansicht eines Schnittes eines Ausführungsbeispiels eines Lichtmoduls 10 gemäß 6 mit einem Mehrschalenreflektor24, 46" '. Ein von der Lichtquelle 12 ausgehendes Lichtbündel wird von einer Sammellinse der Lichtquellen-Sammeloptik 46 auf eine das Flüssigkristalldisplay 22 und die Polarisationsfilter 16, 34 aufweisende Baugruppe fokussiert, so dass sich auf dem Flüssigkristalldisplay 22 eine Strahltaille ergibt. Das aus dem Flüssigkristalldisplay 22 austretende Lichtbündel verbreitert sich mit zunehmender Entfernung von dem Flüssigkristalldisplay und leuchtet eine Lichteintrittsfläche der Projektionsoptik 36 aus. Die Projektionsoptik 36 bildet das ggf. helle und dunkle Matrixelemente (individuell steuerbare Flüssigkristallzellen) aufweisende Flüssigkristalldisplay 22 in die Beleuchtungszone des Lichtmoduls 10 ab.
8 zeigt eine Draufsicht auf einen Schnitt durch den Gegenstand der 7, wobei die Schnittebenen der 7 und 8 rechtwinklig zueinander sind. Mehrere Einzellichtquellen, die zusammen eine Lichtquelle 12 bilden, mit zugehörigen Sammeloptiken können so nebeneinander angeordnet werden, dass sich die jeweiligen Strahltaillen auf dem Flüssigkristalldisplay 22 zumindest teilweise überlappen.
Die 8 zeigt insbesondere ein Ausführungsbeispiel, bei dem sieben Leuchtdioden und sieben Sammeloptiken nebeneinander angeordnet sind und das
Flüssigkristalldisplay 22 jeweils überlappend beleuchten. Beispielhaft sind die überlappenden Strahlengänge von Leuchtdiode 4 und Leuchtdiode 5 dargestellt. Der Reflektor/Spiegel 46''' der Lichtquellen-Sammeloptik 46 ist als Mehrschalenreflektor ausgeführt, die Sammellinsen als als einstückig zusammenhängendes Linsenfeld. Die Linsen des Linsenfeldes sind vorzugsweise mit einer Antireflexbeschichtung entspiegelt.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Merkmale der Erfindung aufweisenden reflektierenden ersten Polarisationsfilters 16 in perspektivischer Darstellung, zusammen mit einem Flüssigkristalldisplay 22. Der reflektierende erste Polarisationsfilter 16 weist eine Prismenplatte 16' aus doppeltbrechendem dielektrischen Material auf, deren Prismenkanten parallel zueinander verlaufen und deren Brechzahl für Licht, das senkrecht zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiert ist, höher ist als für Licht, das parallel zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiert ist. Der gepunktet dargestellte Doppelpfeil 30 zeigt die Richtung minimaler Brechzahl (schnelle Achse) und der gestrichelt dargestellte Doppelpfeil 32 zeigt die Richtung maximaler (langsame Achse) Brechzahl an. Die beiden Richtungen schließen einen Winkel von 90° miteinander ein. Derartige Prismenplatten 16' sind auch als brightness enhancement film (BEF) bekannt.
10 zeigt einen Schnitt durch eine Hintereinanderanordnung aus einem reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16, einem Flüssigkristalldisplay 22 und einem zweiten Polarisationsfilter 34. Dadurch, dass die Prismenkanten parallel zueinander verlaufen und die Brechzahl der Prismen für senkrecht zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiertes Licht höher als für parallel zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiertes Licht ist, wird das in der 10 p-polarisierte Licht an den Prismenkanten totalreflektiert, während das s-polarisierte Licht lediglich gebrochen wird, auf das dahinter liegende Flüssigkristalldisplay 22 trifft und dieses beleuchtet.
Die 11 zeigt einen Polarisationsfilter 16, der eine erste Prismenplatte 16' wie in 10 und zusätzlich eine komplementär entgegengesetzt geformte zweite Prismenplatte 16'' aufweist.
12 zeigt einen Schnitt durch den Gegenstand der 11. Die zweite Prismenplatte 16'' bricht den transmittierten Strahl s in seine ursprüngliche Einfallsrichtung zurückbricht (hier: senkrecht zum Display 22/ parallel zur optischen Achse). Durch die zweite Prismenplatte 16'' entsteht ein dünner paralleler Luftspalt (optional: Klebespalt) zwischen beiden Prismenplatten 16', 16''. Die Prismenplatten 16', 16'' weisen für das transmittierte Licht s ähnliche Brechzahlen auf. Die zweite Prismenplatte 16'' verhindert, dass transmittiertes Licht s an der Projektionsoptik 36 vorbeigestreut wird, was wegen des Abknickens des transmittierten Strahls s bei einer einzelnen Prismenplatte 16' passieren kann. Siehe dazu als Vergleich auch die 10, die abknickende Strahlen s transmittierten Lichtes zeigt.
13 zeigt eine Hintereinanderanordnung eines reflektierenden ersten Polarisationsfilters 16, eines Flüssigkristalldisplays 22 und eines zweiten Polarisationsfilters 34. Das Licht der Lichtquelle tritt längs einer von links nach rechts verlaufenden optischen Achse durch diese Hintereinanderanordnung hindurch. Die beiden Polarisatoren 16, 34 entsprechen ihrem inneren Aufbau nach dem Polarisator 16 aus den 11 und 12. Die beiden Polarisatoren 16, 34 sind in Bezug auf eine von links nach rechts verlaufende Drehachse 50 um 90° gegeneinander verdreht.
Der erste Polarisationsfilter 16 reflektiert Licht mit unerwünschter Polarisationsrichtung in einem Strahlengang auf den Reflektor, um letztlich durch eine in diesem Strahlengang erfolgende Änderung seiner Polarisationsrichtung ebenfalls wie auch das Licht, das bereits ohne Änderung seiner Polarisationsrichtung die erwünschte Polarisationsrichtung besessen hat, durch den ersten Polarisationsfilter hindurchtreten zu können.
Der zweite Polarisationsfilter 34 reflektiert Licht, dessen Polarisationsrichtung in den Flüssigkristallzellen des Displays nicht gedreht wurde (schwarze Pixel) gleichfalls zum Reflektor zurück, um es so einer erneuten Verwendung zuzuführen.
Das Ergebnis ist eine höhere Lichtausbeute - insbesondere bei der Projektion von dunklen Bildern mit hohem Schwarzanteil - und eine thermische Entlastung eines in den Figuren nicht dargestellten absorbierenden Polarisationsfilters, der insbesondere dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter 16 nachgeschaltet sein kann, um den Polarisationsgrad des transmittierten Lichts und damit den Bildkontrast zu erhöhen.
Für alle Ausgestaltungen gilt: Der reflektierende Polarisationsfilter kann mit einem nachgeschalteten absorbierenden und einem reflektierenden Polarisationsfilter kombiniert werden, wobei der absorbierende Polarisationsfilter zwischen den beiden reflektierenden Polarisationsfiltern angeordnet ist und von diesen beidseitig vor zu hoher Strahlungslast geschützt wird.

Claims

Lichtmodul (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit einer Lichtquelle (12), mit der ein Bündel unpolarisierten Lichtes emittierbar ist, einem mit Licht des Bündels beleuchtbaren reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16), der Licht einer ersten Polarisationsrichtung (s) reflektiert und der Licht einer zweiten Polarisationsrichtung (p), die zu der ersten Polarisationsrichtung (s) senkrecht ist, transmittiert, und mit einem Reflektor (24), der dazu eingerichtet und angeordnet ist, auf ihn vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16) her einfallendes Licht der Lichtquelle (12) zum reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16) zurück zu reflektieren, und mit einem zur Drehung der Polarisationsrichtung eingerichteten und lichtdurchlässigen Polarisationsdrehungsmittel (26), das zwischen dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16) und dem Reflektor (24) angeordnet ist, einem zweiten Polarisationsfilter (34), der Licht der ersten Polarisationsrichtung (s) transmittiert und der Licht der zweiten Polarisationsrichtung (p) nicht transmittiert, einem zwischen dem ersten Polarisationsfilter (16) und dem zweiten Polarisationsfilter (34) angeordneten Flüssigkristalldisplay (22), sowie mit einer lichtstromabwärts von dem zweiten Polarisationsfilter (34) angeordneten Projektionsoptik (36), die dazu eingerichtet und angeordnet ist, das Flüssigkristalldisplay (22) in einen lichtstromabwärts von der Projektionsoptik (36) liegenden Beleuchtungsbereich des Lichtmoduls (10) abzubilden, wobei der erste Polarisationsfilter (16) eine Prismenplatte (16') aus doppeltbrechendem dielektrischen Material aufweist, deren Prismenkanten parallel zueinander verlaufen und deren Brechzahl für Licht, das senkrecht zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiert ist, höher ist als für Licht, das parallel zu den parallel zueinander verlaufenden Prismenkanten polarisiert ist, wobei das Polarisationsdrehungsmittel (26) eine erste Verzögerungsplatte (28) ist, die polarisationsrichtungsabhängig unterschiedliche Brechzahlen und damit unterschiedliche Lichtausbreitungsgeschwindigkeiten aufweist, wobei die Schnitte minimaler (schnelle Achse) und maximaler (langsame Achse) Brechzahl einen Winkel von 90° miteinander einschließen und wobei die Polarisationsrichtung (p) des reflektierenden ersten Polarisationsfilters (16) eine Winkelhalbierende des von den genannten Schnitten eingeschlossenen Winkels bildet.
Lichtmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquellen-Sammeloptik (46) im Weg des Lichtes zwischen der Lichtquelle (12) und dem reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16) angeordnet ist.
Lichtmodul (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen-Sammeloptik (46) dazu eingerichtet ist, das von der Lichtquelle (12) emittierte Lichtbündel so umzuformen und auf das Flüssigkristalldisplay zu richten, dass dort eine Strahltaille entsteht.
Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen-Sammeloptik (46) eine Hintereinanderanordnung von einer oder mehreren Sammellinsen und einem Spiegel, insbesondere einem Hohlspiegel, aufweist.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen mit jeweils zugehörigen und lichtquellenindividuellen Sammeloptiken so nebeneinander angeordnet sind, dass sich für jedes Paar aus Lichtquelle und zugehöriger individueller Sammeloptik jeweils eine Strahltaille auf dem Flüssigkristalldisplay (22) ergibt, wobei sich die Strahltaillen voneinander benachbart angeordneter Lichtquellen zumindest teilweise überlappen.
Lichtmodul (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nebeneinander angeordnete Sammellinsen zu einstückigen Linsenfeldern und /oder dass nebeneinander angeordnete Reflektoren der Sammeloptiken zu einstückigen Mehrschalenreflektoren zusammengefasst sind.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (24) ein Spiegel, insbesondere ein Hohlspiegel ist.
Lichtmodul (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (24) zusammen mit einem Spiegel der Lichtquellen-Sammeloptik (46) einstückig als Mehrschalenreflektor ausgeführt ist.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (24) ein Retroreflektor-Tripelspiegel ist, wobei die Spiegelflächen individueller Reflektorkammern des Tripelspiegels jeweils in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind und als totalreflektierende Tetraederflächen eines Glaskörpers aus organischem oder anorganischem Glas ausgeführt sind.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor zumindest zu einem Teil durch die Leuchtdioden verwirklicht ist, wobei das vom reflektierenden ersten Polarisationsfilter (16) reflektierte Licht über die Lichtquellen-Sammeloptik (46) zurück auf die Lichtquelle (12), die hier eine Leuchtdiode oder ein Feld von Leuchtdioden ist, reflektiert wird, wo es als zirkular polarisiertes Licht wiederum zu einem großen Teil in den Beleuchtungsstrahlengang eingespeist wird.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Polarisationsfilter (34) dazu eingerichtet ist, Licht der ersten Polarisationsrichtung (s) zu transmittieren und Licht der zweiten Polarisationsrichtung (p) nicht zu transmittieren, und dass der zweite Polarisationsfilter (34) so angeordnet ist, dass die Polarisationsrichtung des transmittierten Lichtes eine Winkelhalbierende des Winkels bildet, der von einer schnellen Achse und einer langsamen Achse einer Verzögerungsplatte (28) eingeschlossen wird.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsoptik (36) einen zwei Linsen aufweisenden Fraunhofer Achromaten aufweist.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polarisationsfilter (16) eine zweite Prismenplatte (16'') aufweist, die den gleichen Brechungsindex wie die erste Prismenplatte (16') aufweist, und die der ersten Prismenplatte (16') so gegenüber gestellt angeordnet ist, dass zwischen jeweils einer Prismenfläche der ersten Prismenplatte (16') und einer dieser Prismenfläche gegenüberliegend angeordneten Prismenfläche der zweiten Prismenplatte (16'') ein weitgehend paralleler Luftspalt besteht.