DE102021123105A1 - VEHICLE LIGHT AND VEHICLE WITH VEHICLE LIGHT - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugleuchte (1), mit zumindest einer Lichtquelle (2), und einer der Lichtquelle (2) nachgeschalteten Flüssigkristallanzeige (6), wobei die Fahrzeugleuchte (1) ein der Lichtquelle (2) nachgeschaltetes Mikrolinsenarray (14) aufweist. Zudem betrifft die Erfindung eine Fahrzeugleuchte (20), mit zumindest einer Lichtquelle (22), einem ersten Mikrolinsenarray (26), einem Polarisationsgitter (28), einer Rasterwellenplatte (34) und einem zweiten Mikrolinsenarray (38), wobei die Fahrzeugleuchte (20) eine zwischen dem Polarisationsgitter (28) und der Rasterwellenplatte (34) angeordnete Flüssigkristallschicht (42) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugleuchte (1; 20).The invention relates to a vehicle lamp (1) with at least one light source (2) and a liquid crystal display (6) downstream of the light source (2), the vehicle lamp (1) having a microlens array (14) downstream of the light source (2). The invention also relates to a vehicle light (20) with at least one light source (22), a first microlens array (26), a polarization grating (28), a raster wave plate (34) and a second microlens array (38), the vehicle light (20) a liquid crystal layer (42) arranged between the polarization grating (28) and the scanning waveplate (34). The invention also relates to a vehicle with such a vehicle lamp (1; 20).
Description
Die Erfindung geht aus von einer Fahrzeugleuchte zur Projektion eines Lichtbilds sowie von einem Fahrzeug mit der Fahrzeugleuchte.The invention is based on a vehicle light for projecting a light image and on a vehicle with the vehicle light.
Zur animierten/dynamischen Bilddarstellung gibt es im Wesentlichen mehrere Möglichkeiten:
- Eine Möglichkeit besteht darin, dass Projektionskanäle miteinander multipliziert werden. Das heißt, dass mehrere gleiche Kanäle in einem Projektor vorgesehen werden (multi-channel projector), indem mehrere identische Lichtmodule parallel zueinander montiert werden, um einen geringfügig unterschiedlichen Bildinhalt projizieren zu können. Somit illuminiert jeder Kanal die gleiche Fläche, so dass alle Motive in die gleiche Bildellipse (in der Nähe des Fahrzeugs) kommen. Beispielsweise gibt es einen MLA-Projektor mit sieben Kanälen, wobei jeder der Kanäle durch eine Lichtquelle (LED) und eine Sammellinse (Kollimationslinse), sowie ein (gemeinsames) Mikrolinsenarray gebildet wird. Alternativ gibt es einen Gobo-Projektor mit vier Kanälen, bei denen jeder Kanal aus einer Lichtquelle (LED), einer Beleuchtungsoptik/einem Taper, einem Graphical Optical Blackout (Gobo), einer Projektionslinse und einer Blende/Lochblende gebildet wird, wobei die Beleuchtungsoptik, das Gobo, die Linse und die Blende zusammengefügt sein können. Nachteilig an solchen Multi-Channel-Projektoren ist jedoch, dass sie eine große Anzahl an Lichtquellen sowie viel Bauraum benötigen.
- One possibility is that projection channels are multiplied together. This means that several identical channels are provided in one projector (multi-channel projector) by installing several identical light modules parallel to one another in order to be able to project slightly different image content. Thus each channel illuminates the same area so that all subjects come within the same image ellipse (close to the vehicle). For example, there is an MLA projector with seven channels, each of the channels being formed by a light source (LED) and a converging (collimating) lens, and a (common) microlens array. Alternatively, there is a gobo projector with four channels, where each channel is formed from a light source (LED), an illumination optics/taper, a graphic optical blackout (gobo), a projection lens and an aperture/pinhole, the illumination optics, the gobo, lens and shutter can be joined together. A disadvantage of such multi-channel projectors, however, is that they require a large number of light sources and a lot of installation space.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass ein volldynamischer Projektor basierend auf einem räumlichen Modulator für Licht (spatial light modulator, SLM), wie einer Digital Micromirror Device (DMD), einer Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), oder Flüssigkristallen auf Silizium (Liquid Crystal on Silicon, LCOS), umgesetzt wird, bei der jeder Pixel angeschaltet oder ausgeschaltet werden kann, um jeden Bildinhalt projizieren zu können. Dies ist jedoch kostenintensiv aufgrund des Digital Micromirror Device bzw. der Flüssigkristallanzeige sowie der damit verwendeten Komponenten, wie einem Totalreflexionsprisma (total internal reflection prism, TIR prism) oder einem polarisierten Strahlenteiler (polarized beam splitter).Another possibility is that a fully dynamic projector based on a spatial light modulator (SLM) such as a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD), or liquid crystals on silicon (Liquid Crystal on Silicon, LCOS), in which each pixel can be switched on or off in order to be able to project any image content. However, this is expensive because of the digital micromirror device or liquid crystal display and the components used therewith, such as a total internal reflection prism (TIR prism) or a polarized beam splitter (polarized beam splitter).
Zum Beispiel ist aus der
Auch ist aus der
Somit ist es, die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorrichtungstechnisch einfach ausgebildete und kostengünstige Fahrzeugleuchte zur (semi-)dynamischen Projektion eines Lichtbilds zu schaffen.It is therefore the object of the present invention to create a vehicle light that is simple in terms of device technology and is inexpensive for the (semi-)dynamic projection of a light image.
Die Aufgabe hinsichtlich der Fahrzeugleuchte wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst und die Aufgabe hinsichtlich des Fahrzeugs wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.The object with regard to the vehicle lamp is solved according to the features of
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Particularly advantageous configurations can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist eine Fahrzeugleuchte zur Projektion eines Lichtbilds auf eine Abbildungsfläche/Abbildungsoptik vorgesehen. Die Fahrzeugleuchte weist zumindest eine Lichtquelle auf. Zudem weist die Fahrzeugleuchte ein der Lichtquelle nachgeschaltetes erstes Mikrolinsenarray, ein dem ersten Mikrolinsenarray nachgeschaltetes Polarisationsgitter (polarization grating, PG), eine dem Polarisationsgitter nachgeschaltete Rasterwellenplatte (louvered/quarter wave plate, LWP) und ein der Rasterwellenplatte nachgeschaltetes zweiten Mikrolinsenarray auf. Erfindungsgemäß weist die Fahrzeugleuchte eine zwischen dem Polarisationsgitter und der Rasterwellenplatte angeordnete Flüssigkristallschicht auf. Das heißt, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht zuerst das erste Mikrolinsenarray, dann das Polarisationsgitter, danach die zwischen zwei Glassubstraten mit transparenten oder nicht-transparenten Kontakten eingeschlossene Flüssigkristallschicht, dann die Rasterwellenplatte und danach das zweite Mikrolinsenarray passiert. Mit anderen Worten wird anstelle einer Flüssigkristallanzeige, die einen Polarisationsfilter/ Polarisator zur Umwandlung von unpolarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht verwendet, ein sogenanntes Polarisationsgitter-Polarisationskonversionssystem (PG-PCS, polarization grating with polarization conversion system) verwendet, mit dem unpolarisiertes Licht mit einer Effizienz von 80 bis 90% in linear polarisiertes Licht konvertiert werden kann. Dabei wird anstelle eines Glassubstrats in dem Polarisationsgitter-Polarisationskonversionssystem die Flüssigkristallschicht/ein Flüssigkristall-Panel (LC-panel) angeordnet.According to the invention, a vehicle light is provided for projecting a light image onto an imaging surface/imaging optics. The vehicle lamp has at least one light source. In addition, the vehicle lamp has a first microlens array downstream of the light source, a polarization grating (PG) downstream of the first microlens array, a louvered/quarter wave plate (LWP) downstream of the polarization grating, and a second microlens array downstream of the grid waveplate. According to the invention, the vehicle lamp has a liquid crystal arranged between the polarization grating and the raster waveplate layer up. That is, the light emitted from the light source first passes through the first microlens array, then the polarization grating, then the liquid crystal layer sandwiched between two glass substrates with transparent or non-transparent contacts, then the scanning waveplate, and then the second microlens array. In other words, instead of a liquid crystal display that uses a polarizing filter/polarizer to convert unpolarized light into linearly polarized light, a polarization grating with polarization conversion system (PG-PCS) is used, which converts unpolarized light with an efficiency from 80 to 90% can be converted into linearly polarized light. In this case, instead of a glass substrate, the liquid crystal layer/a liquid crystal panel (LC panel) is arranged in the polarization grating polarization conversion system.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das erste Mikrolinsenarray ein Glassubstrat und ein auf einer Einkoppelseite des Glassubstrats angeordnetes Array von konvexen Mikrolinsen aufweisen. Vorzugsweise kann das erste Mikrolinsenarray ausgebildet sein, um in das erste Mikrolinsenarray eingekoppelte Licht in ein Feld von diskreten, unpolarisierten Lichtkegel zu fokussieren. Das heißt, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die konvexen Mikrolinsen auftrifft und durch das Array konvergiert (und auf einer Linsenoberfläche des zweiten Mikrolinsenarrays fokussiert wird). Mit anderen Worten begrenzt das erste Mikrolinsenarray das einstrahlende Licht in einem Winkelbereich so, dass das in eine Mikrolinse eingekoppeltes Licht nicht durch eine benachbarte Mikrolinse austreten und somit Geisterbilder/Crosstalks erzeugen kann.According to a preferred embodiment, the first microlens array can have a glass substrate and an array of convex microlenses arranged on a coupling side of the glass substrate. The first microlens array can preferably be designed to focus light coupled into the first microlens array into a field of discrete, unpolarized light cones. That is, the light emitted from the light source is incident on the convex microlenses and converged by the array (and focused on a lens surface of the second microlens array). In other words, the first microlens array delimits the incident light in an angular range in such a way that the light coupled into a microlens cannot exit through an adjacent microlens and thus cannot generate ghost images/crosstalks.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Fahrzeugleuchte eine zwischen dem ersten Mikrolinsenarray und dem Polarisationsgitter angeordnete Grafikmaske aufweisen. Dabei wird durch das Anordnen der Grafikmaske zwischen dem ersten Mikrolinsenarray und dem Polarisationsgitter ein Teil des Lichts in Abhängigkeit der Motive/des Bildinhalts der Grafikmaske blockiert, d.h. beispielsweise zu 30% reflektiert und zu 70% absorbiert. Durch das Vorsehen der Grafikmaske können auch weniger, d.h. größere Pixel in der Flüssigkristallschicht verwendet werden, da die Auflösung durch die Grafikmaske verbessert wird, und die Fahrzeugleuchte kostengünstiger ausgebildet werden kann. Ohne Grafikmaske ist die Auflösung allein abhängig von der Pixelgröße der Flüssigkristallschicht, die als Bildgeber dient, wobei die Pixelgröße der Flüssigkristallschicht in diesem Fall deutlich geringer als 560 ppi, d.h. deutlich geringer als 45x45 µm2, sein sollte, was momentan noch kaum realisierbar ist.According to a preferred embodiment, the vehicle lamp can have a graphics mask arranged between the first microlens array and the polarization grating. By arranging the graphics mask between the first microlens array and the polarization grating, part of the light is blocked depending on the motifs/the image content of the graphics mask, ie for example 30% is reflected and 70% is absorbed. The provision of the graphics mask means that fewer, ie larger, pixels can also be used in the liquid crystal layer since the resolution is improved by the graphics mask and the vehicle light can be made more cost-effectively. Without a graphics mask, the resolution depends solely on the pixel size of the liquid crystal layer that serves as the imager. In this case, the pixel size of the liquid crystal layer should be significantly less than 560 ppi, ie significantly less than 45x45 µm 2 , which is currently hardly achievable.
Unter einer Mikrolinse wird eine Linse verstanden, die wenige Mikrometer bis 1 Millimeter oder bis zu 3 bis 4 Millimeter im Durchmesser groß ist.A microlens is understood to mean a lens that is a few micrometers to 1 millimeter or up to 3 to 4 millimeters in diameter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Flüssigkristallschicht zwei jeweils mit einer Elektrodenkontaktschicht beschichtete Glassubstrate und zwischen den Glassubstraten angeordnete Flüssigkristalle aufweisen. Insbesondere kann die Flüssigkristallschicht ausgebildet sein, um in Abhängigkeit einer an den Elektrodenkontaktschichten angelegten Spannung durch die Flüssigkristallschicht strahlendes Licht um eine halbe Wellenlänge zu verzögern. Insbesondere bleibt dabei bei angelegter Spannung die Polarisation des Lichts unverändert, während die Polarisation des Lichts ohne angelegte Spannung verändert wird. Das heißt, dass die Flüssigkristallschicht die Wirkung einer λ/2-Wellenplatte/Verzögerungsplatte zeigt und die Polarisation des Lichts entsprechend ändert. Somit wird bei in die Flüssigkristallschicht strahlendem, zirkular polarisiertem Licht die Helizität umgekehrt (links- oder rechtszirkulare Polarisation). Dabei kann die Elektrodenkontaktschicht transparente oder nicht transparente Kontakte aufweisen. Das heißt, dass die Flüssigkristalle bei angelegter Spannung, hier in einem AN-Status, den Polarisationszustand/die Polarisation der Lichtkegel nicht verändern, während die Flüssigkristalle ohne angelegte Spannung, hier in einem AUS-Status, den Polarisationszustand/die Polarisation von rechtshändiger Polarisation zu linkshändiger Polarisation bzw. von linkshändiger Polarisation zu rechtshändiger Polarisation verändern. Mit anderen Worten erfüllt die Flüssigkristallschicht ohne angelegte Spannung die Eigenschaften einer λ/2-Platte und dreht die Phase um 180°. Für die lineare Polarisation bedeutet das, dass die vertikale in die horizontale Polarisation und die horizontale in die vertikale Polarisation umgewandelt wird. Dabei wird unter der Polarisation einer Transversalwelle die Richtung ihrer Schwingung verstanden. Wenn sich diese Richtung schnelle und ungeordnet ändert, spricht man von einer unpolarisierten Welle. Der Polarisationsgrad gibt den geordneten Anteil an.According to a preferred embodiment, the liquid crystal layer can have two glass substrates, each coated with an electrode contact layer, and liquid crystals arranged between the glass substrates. In particular, the liquid crystal layer may be formed to retard light radiating through the liquid crystal layer by half a wavelength depending on a voltage applied to the electrode contact layers. In particular, the polarization of the light remains unchanged when a voltage is applied, while the polarization of the light is changed when no voltage is applied. This means that the liquid crystal layer exhibits the effect of a λ/2 wave plate/retardation plate and changes the polarization of the light accordingly. Thus, for circularly polarized light radiating into the liquid crystal layer, the helicity is reversed (left or right circular polarization). In this case, the electrode contact layer can have transparent or non-transparent contacts. That is, with voltage applied, the liquid crystals, here in an ON state, do not change the polarization state/polarization of the light cones, while the liquid crystals with no voltage applied, here in an OFF state, change the polarization state/polarization from right-handed polarization left-handed polarization or change from left-handed polarization to right-handed polarization. In other words, without an applied voltage, the liquid crystal layer fulfills the properties of a λ/2 plate and rotates the phase by 180°. For linear polarization, this means that vertical polarization is converted into horizontal polarization and horizontal polarization into vertical polarization. The polarization of a transverse wave is understood to mean the direction of its oscillation. If this direction changes quickly and disorderly, it is called an unpolarized wave. The degree of polarization indicates the ordered part.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Polarisationsgitter ausgebildet sein, um durch das Polarisationsgitter strahlendes Licht um eine halbe Wellenlänge zu verzögern. Das heißt, dass das Polarisationsgitter als ein λ/2-Plättchen ausgebildet ist. Dabei beruht das Polarisationsgitter auf vordefinierten orientieren Flüssigkristallen, bei denen die Polarisation des Lichts (ohne angelegte Spannung) geändert wird. Dies hat den Effekt, dass in das Polarisationsgitter eingekoppelte unpolarisierte Lichtkegel in zwei Lichtkegel getrennt werden. Das heißt, dass das Polarisationsgitter das Licht in zwei Lichtkegel mit rechtshändiger Polarisation (Right Circular Polarization) bzw. linkshändiger Polarisation (Left Circular Polarization) aufspaltet.According to a preferred embodiment, the polarization grating can be designed to delay light radiating through the polarization grating by half a wavelength. This means that the polarization grating is designed as a λ/2 plate. The polarization grating is based on predefined oriented liquid crystals in which the polarization of the light is changed (without an applied voltage). This has the effect that unpolarized light cones coupled into the polarization grating are separated into two light cones. This means that the polarization grating divides the light into two light cones with right-handed polarization (Right Circular Polarization) or left-handed polarization (Left Circular Polarization).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Rasterwellenplatte ausgebildet sein, um durch die Rasterwellenplatte strahlendes Licht um eine viertel Wellenlänge zu verzögern, so dass das aus der Rasterwellenplatte (34) emittierte Licht einheitlich linear polarisiert ist. Vorzugsweise kann das durch die Flüssigkristallschicht veränderte Licht eine erste lineare Polarisationsrichtung aufweisen und das nicht durch die Flüssigkristallschicht veränderte Licht eine zweite lineare Polarisationsrichtung, die senkrecht zu der ersten linearen Polarisationsrichtung ist, aufweisen. Das heißt, dass die in die Rasterwellenplatte eingekoppelte Lichtkegel in einheitlich polarisiertes Licht umgewandelt werden. Vorzugsweise kann die Rasterwellenplatte durch zwei λ/4-Plättchen gebildet sein, deren optische Achsen zueinander senkrecht sind. Somit wird das zirkular polarisierte, durch die Rasterwellenplatte strahlende Licht in linear polarisiertes Licht konvertiert. Das heißt, dass die Rasterwellenplatte so segmentiert aufgebaut ist, dass jedes Segment (d.h. jedes λ/4-Plättchen) immer zirkular polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht mit gleicher Orientierung umwandelt. Somit wird in dem Fall einer an der Flüssigkristallschicht angelegten Spannung (d.h. LC ist AN), das Licht durch das Polarisationsgitter in zwei Lichtkegel aufgespaltet, mit rechtshändiger und linkshändiger Polarisation, welches unverändert durch die Flüssigkristallschicht geht und auf die Rasterwellenplatte trifft, so dass das Licht mit rechtshändiger Polarisation das entsprechende λ/4-Plättchen trifft und zum vertikal polarisierten Licht umgewandelt wird, während das Licht mit linkshändiger Polarisation das dazu senkrecht orientierte λ/4-Plättchen trifft und ebenfalls zu vertikal polarisiertem Licht umgewandelt wird. Vorzugsweise sind die λ/4-Plättchen dabei so angeordnet, dass die durch das Polarisationsgitter aufgespaltenen Lichtkegel jeweils auf eines der λ/4-Plättchen treffen. Beispielsweise können die, durch das Polarisationsgitter rechtshändig polarisierten Lichtkegel auf das eine λ/4-Plättchen treffen, während die, durch das Polarisationsgitter linkshändig polarisierten Lichtkegel auf das andere λ/4-Plättchen treffen. Das heißt auch, dass die Lichtkegel nicht gleichzeitig auf die beiden λ/4-Plättchen/Segmente der λ/4-Plättchen auftreffen sollen, um eine falsche Konvertierung der Polarisation zu vermeiden. Anders ausgedrückt trifft das durch die Flüssigkristallschicht veränderte/gedrehte bzw. nicht-veränderte/nicht-gedrehte so auf die Rasterwellenplatte auf, dass jeder zirkular polarisierte Lichtkegel durch ein zugeordnetes λ/4-Plättchen der Rasterwellenplatte in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird. Dabei werden die Lichtkegel, die aus dem Polarisationsgitter mit rechtshändiger Polarisation austreten, von einem anderen Teil/Segment der Rasterwellenplatte (d.h. von einem anderen λ/4-Plättchen) umgewandelt als die Lichtkegel, die aus dem Polarisationsgitter mit linkshändiger Polarisation austreten. Dadurch, dass durch die zwischengeschaltete Flüssigkristallschicht die (rechtshändige oder linkshändige) Polarisation nur bei angelegter Spannung beibehalten (oder alternativ nur bei angelegter Spannung nicht beibehalten) wird, wird das durch die Flüssigkristallschicht gedrehte Licht durch die Rasterwellenplatte in eine andere, vorzugsweise um 90° gedrehte Richtung polarisiert (beispielsweise mit horizontaler Polarisation) als das Licht (beispielsweise mit vertikalen Polarisation), bei der die Polarisationsrichtung nicht durch die Flüssigkristallschicht gedreht wurde.According to a preferred embodiment, the scanning waveplate can be designed to retard light radiating through the scanning waveplate by a quarter wavelength, so that the light emitted from the scanning waveplate (34) is uniformly linearly polarized. Preferably, the light changed by the liquid crystal layer can have a first linear polarization direction and the light not changed by the liquid crystal layer can have a second linear polarization direction, which is perpendicular to the first linear polarization direction. This means that the light cones coupled into the scanning wave plate are converted into uniformly polarized light. The scanning waveplate can preferably be formed by two λ/4 plates whose optical axes are perpendicular to one another. Thus, the circularly polarized light radiating through the scanning waveplate is converted into linearly polarized light. This means that the scanning waveplate is segmented in such a way that each segment (i.e. each λ/4 plate) always converts circularly polarized light into linearly polarized light with the same orientation. Thus, in the case of a voltage applied to the liquid crystal layer (i.e. LC is ON), the light is split by the polarization grating into two cones of light, with right-hand and left-hand polarization, which passes through the liquid crystal layer unchanged and hits the scanning waveplate, so that the light with right-handed polarization hits the corresponding λ/4 plate and is converted to vertically polarized light, while the light with left-handed polarization hits the λ/4 plate oriented perpendicular thereto and is also converted to vertically polarized light. The λ/4 plates are preferably arranged in such a way that the light cones split by the polarization grating each impinge on one of the λ/4 plates. For example, the light cones polarized to the right by the polarization grating can impinge on one λ/4 plate, while the light cones polarized to the left by the polarization grating impinge on the other λ/4 plate. This also means that the light cones should not hit the two λ/4 plates/segments of the λ/4 plates at the same time in order to avoid incorrect polarization conversion. In other words, what is changed/rotated or not changed/not rotated by the liquid crystal layer impinges on the raster waveplate in such a way that each circularly polarized light cone is converted into linearly polarized light by an associated λ/4 plate of the raster waveplate. The light cones exiting the polarization grating with right-hand polarization are converted by a different part/segment of the scanning waveplate (i.e., a different λ/4 plate) than the light cones exiting the polarization grating with left-hand polarization. Due to the fact that the (right-handed or left-handed) polarization is only retained when a voltage is applied (or alternatively not retained when a voltage is applied) due to the interposed liquid crystal layer, the light rotated through the liquid crystal layer is rotated by the scanning waveplate into another one, preferably rotated by 90° Direction polarized (e.g. with horizontal polarization) than the light (e.g. with vertical polarization) in which the direction of polarization has not been rotated by the liquid crystal layer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das zweite Mikrolinsenarray ein Glassubstrat und ein auf einer Auskoppelseite des Glassubstrats angeordnetes Array von konvexen Mikrolinsen aufweisen. Vorzugsweise kann das zweite Mikrolinsenarray ausgebildet sein, um in das zweite Mikrolinsenarray eingekoppeltes, in der Linearrichtung polarisiertes Licht zu projizieren. Somit kann das aus der Rasterwellenplatte in der Linearrichtung polarisierte Licht auf die Abbildungsfläche projiziert werden.According to a preferred embodiment, the second microlens array can have a glass substrate and an array of convex microlenses arranged on a coupling-out side of the glass substrate. The second microlens array can preferably be designed to project light that is coupled into the second microlens array and is polarized in the linear direction. Thus, the light polarized in the linear direction from the scanning waveplate can be projected onto the imaging surface.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Fahrzeugleuchte einen, dem zweiten Mikrolinsenarray nachgeschalteten Analysator aufweisen, der als ein linearer Polarisationsfilter ausgebildet ist. Vorzugsweise kann die Polarisationsrichtung des Analysators der durch die Rasterwellenplatte umgewandelten linearen Polarisationsrichtung, insbesondere der ersten Polarisationsrichtung, entsprechen. Dadurch wird erreicht, dass nur das linear polarisierte Licht, das nicht durch die Flüssigkristallschicht gedreht wurde, durch den Analysator transmittiert wird und das linear polarisierte Licht, das durch die Flüssigkristallschicht gedreht wurde (und somit eine um vorzugsweise 90° gedrehte Polarisationsrichtung besitzt), von dem Analysator absorbiert/geblockt wird.According to a preferred embodiment, the vehicle lamp can have an analyzer, which is connected downstream of the second microlens array and is designed as a linear polarization filter. The polarization direction of the analyzer can preferably correspond to the linear polarization direction converted by the scanning wave plate, in particular to the first polarization direction. This ensures that only the linearly polarized light that has not been rotated by the liquid crystal layer is transmitted through the analyzer and the linearly polarized light that has been rotated by the liquid crystal layer (and thus has a polarization direction rotated by preferably 90°) is transmitted is absorbed/blocked by the analyzer.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Fahrzeugleuchte zur Projektion eines Lichtbilds auf eine Abbildungsfläche/Abbildungsoptik vorgesehen. Die Fahrzeugleuchte weist zumindest eine Lichtquelle auf. Zudem weist die Fahrzeugleuchte einer der Lichtquelle nachgeschalteten Flüssigkristallanzeige. Die Flüssigkristallanzeige weist zwei zueinander, vorzugsweise um 90° verdreht angeordnete Polarisationsfilter, zwei zwischen den Polarisationsfiltern angeordnete Glassubstrate, zwei zwischen den Glassubstraten angeordnete Elektrodenkontaktschichten und sowie zwischen den Elektrodenkontaktschichten angeordnete Flüssigkristalle auf. Erfindungsgemäß weist die Fahrzeugleuchte ein der Lichtquelle nachgeschaltetes Mikrolinsenarray auf. Das Mikrolinsenarray weist ein Glassubstrat, eine auf einer Seite des Glassubstrats aufgebrachte Grafikmaske, ein auf einer Einkoppelseite des Glassubstrats angeordnetes erstes Array von konvexen Mikrolinsen sowie ein auf einer Auskoppelseite des Glassubstrats angeordnetes, fluchtend mit dem ersten Array ausgerichtetes, zweites Array von konvexen Mikrolinsen auf. Vorzugsweise kann die Grafikmaske als eine Schicht aus strukturiertem Chrom oder dergleichen ausgebildet sein. Die Grafikmaske wird auch oftmals als Maske oder als Graphical Optical Blackout (Gobo) bezeichnet. Die Mikrolinsen können vorzugsweise aus Kunststoff aufgebaut sein oder vollständig daraus bestehen. Unter einer Mikrolinse wird eine Linse verstanden, die wenige Mikrometer bis 1 Millimeter oder bis zu 3 bis 4 Millimeter im Durchmesser groß ist.According to a further aspect of the invention, a vehicle lamp is provided for projecting a light image onto an imaging surface/imaging optics. The vehicle lamp has at least one light source. In addition, the vehicle light has a liquid crystal display connected downstream of the light source. The liquid crystal display has two mutually arranged polarization filters, preferably rotated by 90°, two glass substrates arranged between the polarization filters, two electrode contact layers arranged between the glass substrates and liquid crystals arranged between the electrode contact layers. According to the invention, the vehicle light has a microlens array connected downstream of the light source. The microlens array has a glass substrate, a graphics mask applied to one side of the glass substrate, a first array of convex microlenses arranged on a coupling-in side of the glass substrate, and a second array of convex microlenses arranged on a coupling-out side of the glass substrate and aligned with the first array. Preferably, the graphics mask can be formed as a layer of patterned chrome or the like. The graphic mask is also often referred to as a mask or Graphical Optical Blackout (Gobo). The microlenses can preferably be made of plastic or consist entirely of it. A microlens is understood to mean a lens that is a few micrometers to 1 millimeter or up to 3 to 4 millimeters in diameter.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Fahrzeugleuchte, bei der die Vorteile eines Mikrolinsenarray-Projektors und eines LCD-Projektors miteinander kombiniert werden. Bei dem erfindungsgemäßen LCD-MLA-Projektor wird das von einer Leuchtquelle emittierte Licht durch die Flüssigkristallanzeige (LCD, Liquid Crystal Display) für bestimmte Bereiche, durch Anschalten bzw. Ausschalten einzelner Segmente der Flüssigkristallanzeige, moduliert. Die Flüssigkristallanzeige kann zusammen mit einem räumlichen Modulator für Licht (SLM, spatial light modulator), wie insbesondere dem Mikrolinsenarray (MLA, micro lenses array) verwendet werden. Somit kann moduliert werden, welcher Teil der Grafikmaske illuminiert wird. Dies hat den Vorteil, dass ein besonders effizientes System bereitgestellt wird, bei dem eine Maximalanzahl an darstellbaren, unabhängigen Motiven so groß wie die Anzahl an Mikrolinsen eines Arrays ist, d.h. bis zu 120, 125 oder 140 unabhängige Motive. Dadurch kann die Fahrzeugleuchte mit weniger Lichtquellen (LEDs) ausgebildet sein, in einen kleineren Bauraum eingepasst sowie kostengünstiger hergestellt werden. Zudem ergeben sich neue Möglichkeiten, um die Helligkeit gegenüber einem herkömmlichen LCD-Projektor zu erhöhen.In other words, the invention relates to a vehicle light in which the advantages of a microlens array projector and an LCD projector are combined with one another. In the LCD MLA projector according to the invention, the light emitted by a light source is modulated by the liquid crystal display (LCD, Liquid Crystal Display) for specific areas by switching on or off individual segments of the liquid crystal display. The liquid crystal display can be used in conjunction with a spatial light modulator (SLM) such as, in particular, the micro lens array (MLA). It can thus be modulated which part of the graphic mask is illuminated. This has the advantage that a particularly efficient system is provided in which a maximum number of displayable, independent motifs is as large as the number of microlenses in an array, i.e. up to 120, 125 or 140 independent motifs. As a result, the vehicle lamp can be designed with fewer light sources (LEDs), can be fitted into a smaller installation space, and can be manufactured more cost-effectively. In addition, there are new possibilities to increase the brightness compared to a conventional LCD projector.
Anders ausgedrückt enthält bzw. besteht die Flüssigkristallanzeige aus einem Polarisator/einem ersten Polarisationsfilter, einem (ersten) Glassubstrat mit transparenten elektrischen Kontakten, Flüssigkristallen, einem (zweiten) Glassubstrat mit transparenten elektrischen Kontakten und einem Analysator/einem zweiten Polarisationsfilter. Unpolarisiertes, gesammeltes (LED-)Licht wird durch den Polarisator linear, d.h. beispielsweise in Vertikalrichtung, polarisiert, wodurch etwa 50% des einfallenden Lichts durch den Polarisator absorbiert wird. Die Flüssigkristalle, die sich zwischen den beiden Glassubstraten befinden, können in Abhängigkeit einer angelegten Spannung einen AN-Status oder einen AUS-Status haben. In dem AN-Status werden Moleküle der Flüssigkristalle gedreht, so dass die Polarisationsrichtung des Lichts um vorzugsweise 90°, d.h. beispielsweise zu horizontal, verändert/gedreht wird. In dem AUS-Status richten sich die Moleküle der Flüssigkristalle bei angelegter Spannung in der gleichen Orientierung aus, so dass die Polarisationsrichtung des Lichts nicht verändert wird. Der Analysator hat die Funktion, dass er das vorzugsweise um 90° gedrehte, d.h. beispielsweise in Horizontalrichtung polarisierte, Licht durchlässt. Somit blockiert der Analysator das Licht, das durch den AUS-Status der Flüssigkristalle hindurchkommt, und lässt das Licht mit verändertem/manipuliertem Polarisationszustand, d.h., das durch den AN-Status der Flüssigkristalle hindurchkommt, durch.In other words, the liquid crystal display consists of a polariser/first polarizing filter, a (first) glass substrate with transparent electrical contacts, liquid crystals, a (second) glass substrate with transparent electrical contacts and an analyzer/second polarizing filter. Unpolarized, collected (LED) light is polarized linearly, i.e. in the vertical direction, for example, by the polarizer, whereby about 50% of the incident light is absorbed by the polarizer. The liquid crystals sandwiched between the two glass substrates can have an ON state or an OFF state depending on an applied voltage. In the ON state, molecules of the liquid crystals are rotated so that the direction of polarization of the light is changed/rotated by preferably 90°, i.e. to horizontal, for example. In the OFF state, the molecules of the liquid crystals align in the same orientation when a voltage is applied, so that the direction of polarization of the light is not changed. The analyzer has the function of allowing the light that is preferably rotated through 90°, i.e. polarized in the horizontal direction, for example, to pass through. Thus, the analyzer blocks the light passing through the OFF state of the liquid crystals and transmits the light of altered/manipulated polarization state, i.e., passing through the ON state of the liquid crystals.
Gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Glassubstrat des Mikrolinsenarrays durch die Glassubstrate der Flüssigkristallanzeige gebildet, wobei das erste Array auf einer Einkoppelseite eines ersten Glassubstrats der Flüssigkristallanzeige und das zweite Array auf einer Auskoppelseite eines zweiten Glassubstrats der Flüssigkristallanzeige angeordnet ist. Mit anderen Worten können die Funktionen der Flüssigkristallanzeige und des Mikrolinsenarrays miteinander verknüpft werden. Dabei sollte eine optische Dicke, hinsichtlich der Brechungsindices der Flüssigkristalle und der Glassubstrate die gleiche für bei dem Mikrolinsenarray sein.According to the further aspect of the invention, the glass substrate of the microlens array is formed by the glass substrates of the liquid crystal display, the first array being arranged on a coupling-in side of a first glass substrate of the liquid-crystal display and the second array being arranged on a coupling-out side of a second glass substrate of the liquid-crystal display. In other words, the functions of the liquid crystal display and the microlens array can be linked. At this time, an optical thickness in terms of refractive indexes of the liquid crystals and the glass substrates should be the same for the microlens array.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Grafikmaske durch eine der Elektrodenkontaktschichten gebildet sein, die als eine nicht-transparente strukturierte Elektrodenkontaktschicht ausgebildet ist. According to a development of the preferred embodiment, the graphics mask can be formed by one of the electrode contact layers, which is designed as a non-transparent structured electrode contact layer.
Das heißt, dass die nicht-transparente strukturierte Elektrodenkontaktschicht durch ihren nicht-transparenten Teil die Grafikmaske ausbildet.This means that the non-transparent structured electrode contact layer forms the graphic mask through its non-transparent part.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann die Grafikmaske auf eine Isolierschicht aufgebracht sein, wobei die Isolierschicht auf eine der Elektrodenkontaktschichten aufgebracht ist. Das heißt, dass die Grafikmaske auf der Elektrodenkontaktschicht unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht, wie einer dielektrischen Schicht, aufgebracht ist, und nur in Abhängigkeit der Motive/des Bildinhalts einen Teil des einfallenden Lichts passieren lässt.According to an alternative development of the preferred embodiment, the graphics mask can be applied to an insulating layer, with the insulating layer being applied to one of the electrode contact layers. This means that the graphics mask is applied to the electrode contact layer with the interposition of an insulating layer, such as a dielectric layer, and only allows part of the incident light to pass depending on the motifs/the image content.
Die zumindest eine Lichtquelle der Fahrzeugleuchte kann vorzugsweise als eine Licht emittierende Diode (LED) ausgebildet sein. Alternativ kann die zumindest eine Lichtquelle als eine organische LED (OLED), und/oder als eine Laserdiode und/oder als ein nach einem Laser Activated Remote Phosphor (LARP)-Prinzip arbeitendes Leuchtmittel, und/oder als eine Halogenlampe, und/oder als eine Gasentladungslampe (High Intensity Discharge (HID)), und/oder in Verbindung mit einem nach einem Digital Light Processing (DLP)-Prinzip arbeitenden Projektor ausgebildet sein. Somit steht eine Vielzahl von Alternativen als eine Lichtquelle für die erfindungsgemäße Fahrzeugleuchte zur Verfügung.The at least one light source of the vehicle light can preferably be in the form of a light-emitting diode (LED). Alternatively, the at least one light source can be an organic LED (OLED) and/or a laser diode and/or a light source working according to a Laser Activated Remote Phosphor (LARP) principle and/or a halogen lamp and/or a a gas discharge lamp (High Intensity Discharge (HID)), and/or in connection with a projector working according to a Digital Light Processing (DLP) principle. A large number of alternatives are therefore available as a light source for the vehicle lamp according to the invention.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Fahrzeug eine Fahrzeugleuchte gemäß der vorliegenden Erfindung auf.According to the present invention, a vehicle has a vehicle lamp according to the present invention.
Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teil-autonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein.The vehicle can be an aircraft or a water-based vehicle or a land-based vehicle. The land vehicle can be an automobile or a rail vehicle or a bicycle. The vehicle is particularly preferably a truck or a passenger car or a motorcycle. Furthermore, the vehicle can be designed as a non-autonomous or partially autonomous or autonomous vehicle.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
-
1 einen schematischen Aufbau einer Fahrzeugleuchte für ein Fahrzeug gemäß einem ersten Beispiel des Stands der Technik, -
2 einen schematischen Aufbau einer Fahrzeugleuchte für ein Fahrzeug gemäß einem zweiten Beispiel des Stands der Technik, -
3 einen schematischen Aufbau in einer Explosionsdarstellung einer Fahrzeugleuchte für ein Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
4a und4b einen schematischen Aufbau in einer Explosionsdarstellung einer Fahrzeugleuchte für ein Fahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und -
5 einen schematischen Aufbau in einer Explosionsdarstellung einer Fahrzeugleuchte für ein Fahrzeug gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
-
1 a schematic structure of a vehicle lamp for a vehicle according to a first example of the prior art, -
2 a schematic structure of a vehicle lamp for a vehicle according to a second example of the prior art, -
3 a schematic structure in an exploded view of a vehicle lamp for a vehicle according to a first embodiment, -
4a and4b a schematic structure in an exploded view of a vehicle lamp for a vehicle according to a second embodiment, and -
5 a schematic structure in an exploded view of a vehicle lamp for a vehicle according to a third embodiment.
Die Fahrzeugleuchte 1 weist eine der Lichtquelle 2 nachgeschaltete Flüssigkristallanzeige 6 auf. Die Flüssigkristallanzeige 6 weist zwei zueinander, vorzugsweise um 90° verdreht angeordnete lineare Polarisationsfilter 8, 10 auf, die im Folgenden als Polarisator 8 und als Analysator 10 bezeichnet werden. Zwischen dem Polarisator 8 und dem Analysator 10 sind Flüssigkristalle 12 angeordnet, die zwischen zwei (nicht explizit dargestellten) Glassubstraten angeordnet sind. Die Glassubstrate sind jeweils mit einer Elektrodenkontaktschicht beschichtet, über die eine Spannung angelegt werden kann, so dass sich Moleküle der Flüssigkristalle 6 ausrichten.The
Die Fahrzeugleuchte 1 weist ein Mikrolinsenarray 14 auf, das in dem ersten Ausführungsbeispiel der Flüssigkristallanzeige 6 nachgeschaltet angeordnet ist. Das heißt, dass die Flüssigkristallanzeige 6 im Strahlengang des Lichts vor dem Mikrolinsenarray 14 angeordnet ist.The
Das Mikrolinsenarray 14 weist ein Glassubstrat auf, auf deren einer Seite eine (nicht explizit dargestellte) Grafikmaske angeordnet ist. Die Grafikmaske ist insbesondere als ein Graphical Optical Blackout (Gobo) ausgebildet. Vorzugsweise kann die Grafikmaske als eine Schicht aus strukturiertem Chrom oder dergleichen ausgebildet sein. Die Grafikmaske kann eine Vielzahl von Motiven oder einen Gesamtbildinhalt aufweisen.The
Das Mikrolinsenarray 14 weist ein auf einer Einkoppelseite des Glassubstrats angeordnetes erstes Array von konvexen Mikrolinsen sowie ein auf einer Auskoppelseite des Glassubstrats angeordnetes zweites Array von konvexen Mikrolinsen auf. Die Mikrolinsen des ersten Arrays und des zweiten Arrays sind zueinander fluchtend ausgerichtet. Die Mikrolinsen können vorzugsweise aus Kunststoff aufgebaut sein oder vollständig daraus bestehen. Das zweite Array von konvexen Mikrolinsen dient als eine Abbildungsoptik, so dass keine zusätzlichen Linsen erforderlich sind.The
Die Flüssigkristalle 12 können bereichsweise zwischen einem AN-Zustand 16 und einem AUS-Zustand 18 geschaltet werden. In dem dargestellten Beispiel sind die Flüssigkristalle 12 als Twisted Nematic Flüssigkristalle ausgebildet, wobei es auch möglich ist andere Technologien für die Flüssigkristalle zu verwenden. Der AN-Zustand 16 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen hellen Bereich dargestellt, während der AUS-Zustand 18 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen dunklen/schwarzen Bereich dargestellt ist. Somit wird unpolarisiertes, gesammeltes (LED-)Licht wird durch den Polarisator 8 linear, d.h. beispielsweise in Vertikalrichtung, polarisiert. Ohne an den Flüssigkristallen 12 angelegte Spannung befinden sich die Flüssigkristalle 12 in dem AN-Status, in welchem Moleküle der Flüssigkristalle 12 (aufgrund einer auf den Glassubstraten aufgebrachten Orientierungsschicht) gedreht werden und somit die Polarisationsrichtung des Lichts um vorzugsweise 90°, d.h. beispielsweise zu horizontal, verändert wird. Der Analysator 10 ist um vorzugsweise 90° zu dem Polarisator 8 gedreht angeordnet, so dass das durch die Flüssigkristalle 12 gedrehte Licht, das nun beispielsweise horizontal polarisiert ist, transmittiert wird. Mit anderen Worten tragen die Flüssigkristalle 12 im AN-Zustand zur Projektion auf der Abbildungsfläche 4 bei. Bei an den Flüssigkristallen 12 angelegter Spannung befinden sich die Flüssigkristalle 12 in dem AUS-Status, in welchem sich die Moleküle der Flüssigkristalle 12 in der gleichen Orientierung ausrichten, so dass die Polarisationsrichtung des Lichts nicht verändert wird, d.h. beispielsweise vertikal polarisiert bleibt. Der Analysator 10 ist um vorzugsweise 90° zu dem Polarisator 8 gedreht angeordnet, so dass das durch die Flüssigkristalle 12 nicht-gedrehte Licht, das nun beispielsweise vertikal polarisiert ist, nicht transmittiert wird, sondern geblockt wird. Mit anderen Worten tragen die Flüssigkristalle 12 im AUS-Zustand zur Projektion auf der Abbildungsfläche 4 nicht bei. Somit können die einzelnen, den Mikrolinsen zugeordneten Motive/Bildinhalte schaltbar projiziert werden. Das heißt, dass nur die Mikrolinsen von Licht durchstrahlt, in deren Bereich keine Spannung an die vorgeschaltete Flüssigkristallanzeige 6 angelegt ist. Folglich kann moduliert werden, welcher Teil der Grafikmaske illuminiert wird.The liquid crystals 12 can be switched between an
Alternativ wäre es auch möglich, auch wenn es nicht dargestellt ist, die Flüssigkristalle so auszubilden, dass sich die Flüssigkristalle ohne an den Flüssigkristallen angelegte Spannung in dem AUS-Status befinden, in welchem sich die Moleküle der Flüssigkristalle in der gleichen Orientierung ausrichten, so dass die Polarisationsrichtung des Lichts nicht verändert wird, d.h. beispielsweise vertikal polarisiert bleibt, und sich die Flüssigkristalle bei angelegter Spannung in dem AN-Status befinden, in welchem die Moleküle der Flüssigkristalle (aufgrund einer auf den Glassubstraten aufgebrachten Orientierungsschicht) gedreht werden und somit die Polarisationsrichtung des Lichts um vorzugsweise 90°, d.h. beispielsweise zu horizontal, verändert wird.Alternatively, although not illustrated, it would also be possible to form the liquid crystals such that, with no voltage applied to the liquid crystals, the liquid crystals are in the OFF state in which the molecules of the liquid crystals align in the same orientation so that the polarization direction of the light is not changed, i.e. remains vertically polarized, for example, and when the voltage is applied the liquid crystals are in the ON state in which the molecules of the liquid crystals are rotated (due to an orientation layer applied to the glass substrates) and thus the polarization direction of the Light is preferably changed by 90°, i.e. too horizontally, for example.
Dabei kann die Grafikmaske des Mikrolinsenarray 14 durch eine der Elektrodenkontaktschichten gebildet sein, die als eine nicht-transparente strukturierte Elektrodenkontaktschicht ausgebildet ist. Das heißt, dass die nicht-transparente strukturierte Elektrodenkontaktschicht durch ihren nicht-transparenten Teil die Grafikmaske ausbildet. Alternativ kann die Grafikmaske auf einer Isolierschicht aufgebracht sein, wobei die Isolierschicht auf einer der Elektrodenkontaktschichten aufgebracht ist. Das heißt, dass die Grafikmaske auf der Elektrodenkontaktschichten unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht, wie einer dielektrischen Schicht, aufgebracht ist, und nur in Abhängigkeit der Motive/des Bildinhalts einen Teil des einfallenden Lichts passieren lässt.In this case, the graphics mask of the
Die Fahrzeugleuchte 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine Lichtquelle 22 auf. Die Lichtquelle 22 emittiert Licht in Richtung einer Abbildungsfläche 24, die in
Die Fahrzeugleuchte 20 weist ein der Lichtquelle 22 nachgeschaltetes erstes Mikrolinsenarray 26 auf. Vorzugsweise kann das erste Mikrolinsenarray 26 ein Glassubstrat und ein auf einer Einkoppelseite des Glassubstrats angeordnetes Array von konvexen Mikrolinsen aufweisen. Insbesondere kann das erste Mikrolinsenarray 26 ausgebildet sein, um in das erste Mikrolinsenarray 26 eingekoppelte Licht zu konvergieren (und auf einer Linsenoberfläche des zweiten Mikrolinsenarrays 38 zu fokussieren). Mit anderen Worten begrenzt das erste Mikrolinsenarray 26 das einstrahlende Licht in einem Winkelbereich so, dass das in eine Mikrolinse eingekoppeltes Licht nicht durch eine benachbarte Mikrolinse austreten und somit Geisterbilder/Crosstalks erzeugen kann.The
Die Fahrzeugleuchte 20 weist ein dem ersten Mikrolinsenarray 26 nachgeschaltetes Polarisationsgitter 28 auf. Insbesondere kann das Polarisationsgitter 28 ausgebildet sein, um durch das Polarisationsgitter 28 strahlendes Licht in einen Lichtkegel mit rechtshändiger Polarisation und einen Lichtkegel mit linkshändiger Polarisation zu beugen. Dabei beruht das Polarisationsgitter auf vordefinierten orientieren Flüssigkristallen, bei denen die Polarisation des Lichts (ohne angelegte Spannung) geändert wird. Somit werden die in das Polarisationsgitter 28 eingekoppelten unpolarisierten Lichtkegel in zwei im Winkelbereich getrennte Lichtkegel 30, 32 aufteilt. Das heißt, dass das Polarisationsgitter 28 das Licht in einen Lichtkegel mit rechtshändiger Polarisation (Right Circular Polarization) 30 und in einen Lichtkegel mit linkshändiger Polarisation (Left Circular Polarization) 32 aufspaltet.The
Die Fahrzeugleuchte 20 weist eine dem Polarisationsgitter 28 nachgeschaltete Rasterwellenplatte 34 auf. Insbesondere kann die Rasterwellenplatte 34 ausgebildet sein, um durch die Rasterwellenplatte 34 strahlendes Licht um eine viertel Wellenlänge zu verzögern. Das heißt, dass die in die Rasterwellenplatte 34 eingekoppelten Lichtkegel in einheitlich polarisiertes Licht umgewandelt werden. Insbesondere werden die in die Rasterwellenplatte 34 eingekoppelten, im Winkelbereich getrennten Lichtkegel 30, 32 in linear polarisiertes Licht konvertiert. Vorzugsweise kann die Rasterwellenplatte 34 durch zwei λ/4-Plättchen 34a, 34b gebildet sein, deren optische Achsen zueinander senkrecht sind. Dabei werden die Lichtkegel 30, die aus dem Polarisationsgitter 28 mit rechtshändiger Polarisation austreten, von einem anderen Teil der Rasterwellenplatte 34, in
Die Fahrzeugleuchte 20 weist ein der Rasterwellenplatte 34 nachgeschaltetes zweiten Mikrolinsenarray 38 auf. Vorzugsweise kann das zweite Mikrolinsenarray 38 ein Glassubstrat und ein auf einer Auskoppelseite des Glassubstrats angeordnetes Array von konvexen Mikrolinsen aufweisen. Vorzugsweise kann das zweite Mikrolinsenarray 38 ausgebildet sein, um in das zweite Mikrolinsenarray eingekoppeltes, in der Linearrichtung polarisiertes Licht zu projizieren. Somit kann das aus der Rasterwellenplatte 34 linear polarisierte Licht auf die Abbildungsfläche 24 projiziert werden.The
Zudem weist die Fahrzeugleuchte 20 eine zwischen dem Polarisationsgitter 28 und der Rasterwellenplatte 34 angeordnete Flüssigkristallschicht 42 auf. Insbesondere kann die Flüssigkristallschicht 42 ausgebildet sein, um in Abhängigkeit einer angelegten Spannung durch die Flüssigkristallschicht 42 strahlendes Licht um eine halbe Wellenlänge zu verzögern. Das heißt, dass die Flüssigkristallschicht 42 die Wirkung einer λ/2-Wellenplatte/Verzögerungsplatte zeigt und die Polarisation des Lichts entsprechend ändert. Somit wird bei in die Flüssigkristallschicht 42 strahlendem, zirkular polarisiertem Licht die Helizität umgekehrt (links- oder rechtszirkulare Polarisation). Das heißt, dass die Flüssigkristalle bei angelegter Spannung, hier in einem AN-Status, den Polarisationszustand/die Polarisation der Lichtkegel 30, 32 nicht verändern, während die Flüssigkristalle 42 ohne angelegte Spannung, hier in einem AUS-Status, den Polarisationszustand/die Polarisation von rechtshändiger Polarisation zu linkshändiger Polarisation bzw. von linkshändiger Polarisation zu rechtshändiger Polarisation verändern. Mit anderen Worten erfüllt die Flüssigkristallschicht ohne angelegte Spannung die Eigenschaften einer λ/2-Platte und dreht die Phase um 180°. Für die lineare Polarisation würde das bedeuten, dass die vertikale in die horizontale Polarisation und die horizontale in die vertikale Polarisation umgewandelt wird.In addition, the
Die Fahrzeugleuchte 20 funktioniert demnach wie folgt: Von der Lichtquelle 22 emittiertes Licht trifft auf das erste Mikrolinsenarray 26 und wird im Winkelbereich getrennt. Die im Winkelbereich getrennten, durch das erste Mikrolinsenarray 26 Lichtkegel treffen auf das Polarisationsgitter 28, werden jeweils in einen rechtshändig polarisierten Lichtkegel 30 und einen linkshändig polarisierten Lichtkegel 32 aufgeteilt. Die rechtshändig polarisierten Lichtkegel 30 und linkshändig polarisierten Lichtkegel 32 treffen auf die Flüssigkristallschicht 42, werden in Abhängigkeit, ob eine Spannung anliegt, um eine halbe Wellenlänge verzögert oder nicht verändert. Somit werden die rechtshändig polarisierten Lichtkegel 30 und linkshändig polarisierten Lichtkegel 32 ohne angelegte Spannung nicht verändert (vgl.
Vorzugsweise kann die Flüssigkristallschicht 42 zwei jeweils mit einer Elektrodenkontaktschicht beschichtete Glassubstrate und zwischen den Glassubstraten angeordnete Flüssigkristalle aufweisen. Dabei kann die Elektrodenkontaktschicht transparente oder nicht transparente Kontakte aufweisen.Preferably, the
Vorzugsweise kann die Fahrzeugleuchte 20 einen, dem zweiten Mikrolinsenarray 38 nachgeschalteten Analysator 44 aufweisen, der als ein linearer Polarisationsfilter ausgebildet ist. Vorzugsweise kann die Polarisationsrichtung des Analysators 44 der durch die Rasterwellenplatte umgewandelten linearen Polarisationsrichtung, hier der vertikalen Polarisationsrichtung, entsprechen. Dadurch wird erreicht, dass nur das linear polarisierte Licht, das nicht durch die Flüssigkristallschicht 42 gedreht wurde, (also das Licht mit vertikaler Polarisationsrichtung) durch den Analysator 44 transmittiert wird und das linear polarisierte Licht, das durch die Flüssigkristallschicht 42 gedreht wurde, (also das Licht mit horizontaler Polarisationsrichtung) von dem Analysator 44 absorbiert/geblockt wird.The
Zusammenfassend wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fahrzeugleuchte 20 anstelle einer Flüssigkristallanzeige 6 (wie in dem ersten Ausführungsbeispiel), die zur Umwandlung von unpolarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht einen Polarisationsfilter/Polarisator 8 verwendet, ein Polarisationsgitter-Polarisationskonversionssystem verwendet, wobei in dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Polarisator-Analysator-Kombination eine Transmission von 50% erreicht werden kann und in dem zweiten Ausführungsbeispiel mit dem PG-PCS eine Transmission von 80 bis 90 % erreicht werden kann. Dabei wird anstelle eines Glassubstrats in dem Polarisationsgitter-Polarisationskonversionssystem ein Flüssigkristall-Panel (LC-panel) angeordnet.In summary, in the second embodiment of the
In der zweiten Ausführungsform weist die Fahrzeugleuchte 20 eine zwischen dem ersten Mikrolinsenarray 26 und dem Polarisationsgitter 28 angeordnete Grafikmaske 46 auf. Die Grafikmaske 46 ist insbesondere als ein Graphical Optical Blackout (Gobo) ausgebildet. Vorzugsweise kann die Grafikmaske 46 als eine Schicht aus strukturiertem Chrom oder dergleichen ausgebildet sein. Die Grafikmaske 46 kann eine Vielzahl von Motiven oder einen Gesamtbildinhalt aufweisen. Die Grafikmaske 46 ist insbesondere auf einer Einkoppelseite des Polarisationsgitters 28 aufgebracht. Das heißt, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die konvexen Mikrolinsen des ersten Mikrolinsenarrays 26 auftrifft und durch das Array konvergiert (und auf einer Linsenoberfläche des zweiten Mikrolinsenarrays 38 fokussiert wird). Dabei wird durch das Anordnen der Grafikmaske 46 zwischen dem ersten Mikrolinsenarray 26 und dem Polarisationsgitter 28 ein Teil des Lichts in Abhängigkeit der Motive/des Bildinhalts der Grafikmaske 40 blockiert, d.h. etwa zu 30% reflektiert und zu 70% absorbiert.In the second embodiment, the
Die in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugleuchtevehicle light
- 22
- Lichtquellelight source
- 44
- Abbildungsflächeimaging surface
- 66
- Flüssigkristallanzeigeliquid crystal display
- 88th
- Polarisatorpolarizer
- 1010
- Analysatoranalyzer
- 1212
- Flüssigkristalleliquid crystals
- 1414
- Mikrolinsenarraymicrolens array
- 1616
- AN-ZustandON state
- 1818
- AUS-ZustandOFF state
- 2020
- Fahrzeugleuchtevehicle light
- 2222
- Lichtquellelight source
- 2424
- Abbildungsflächeimaging surface
- 2626
- Erstes MikrolinsenarrayFirst microlens array
- 2828
- Polarisationsgitterpolarization grating
- 3030
- Rechtshändig polarisierter LichtkegelRight-hand polarized light cone
- 3232
- Linkshändig polarisierter LichtkegelLeft-hand polarized light cone
- 3434
- Rasterwellenplattegrid wave plate
- 3636
- vertikal polarisiertes Lichtvertically polarized light
- 3838
- Zweites MikrolinsenarraySecond microlens array
- 4040
- horizontal polarisiertes Lichthorizontally polarized light
- 4242
- Flüssigkristallschichtliquid crystal layer
- 4444
- Analysatoranalyzer
- 4646
- Grafikmaskegraphic mask
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 202019101801 U1 [0004]DE 202019101801 U1 [0004]
- DE 102019124697 A1 [0005]DE 102019124697 A1 [0005]
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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