EP3420269B1 - Scheinwerfer für fahrzeuge - Google Patents

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EP3420269B1
EP3420269B1 EP17704374.2A EP17704374A EP3420269B1 EP 3420269 B1 EP3420269 B1 EP 3420269B1 EP 17704374 A EP17704374 A EP 17704374A EP 3420269 B1 EP3420269 B1 EP 3420269B1
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EP
European Patent Office
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light
optical system
light sources
assigned
micro
Prior art date
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EP17704374.2A
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French (fr)
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EP3420269A1 (de
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Matthias Mayer
Stefan MITTERLEHNER
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ZKW Group GmbH
Original Assignee
ZKW Group GmbH
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Publication date
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    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/147—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being angled to the optical axis of the illuminating device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/27—Thick lenses
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    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • F21S41/265—Composite lenses; Lenses with a patch-like shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
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    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/36—Combinations of two or more separate reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/65—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on light sources
    • F21S41/663—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on light sources by switching light sources
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    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors

Definitions

  • the invention relates to a headlamp for vehicles, with at least one light source and one of these associated optical optics, with a micromirror array and formed as a lens imaging optics, wherein the light source and the micromirror array is associated with a central processing unit with a light source drive and an array drive in that the shaped light beams of the at least one light source are directed onto the micromirror array and that the reflected light bundle structured by the latter is projected via the imaging optics as a light image into the traffic space.
  • headlight is to be understood in the context of the present invention not only a complete vehicle headlight but also a lighting unit, which may form part of a headlamp, for example, together with other lighting units.
  • the lighting starting point is at least one laser light source emitting a laser beam, and which is associated with a laser drive for power supply and for monitoring the laser emission or eg is used for temperature control and is also set up to modulate the intensity of the emitted laser beam.
  • modulating it is to be understood that the intensity of the laser light source can be changed, be it pulsed continuously or in the sense of switching on and off. It is essential that the light output can be changed dynamically analogously, depending on which angular position a mirror deflecting the laser beam is. In addition, there is still the possibility of switching on and off for a certain time, not to illuminate or hide defined places.
  • the control of the laser light sources and the micromirror serving for beam deflection takes place via a computing unit, also called ECU for short (electronic or engine control unit).
  • a computing unit also called ECU for short (electronic or engine control unit).
  • An example of a dynamic drive concept for generating an image by a scanning laser beam is approximately in the document AT 514633 the applicant described.
  • headlights have become known which use as light processing elements imagers, the large number of controllable Have pixel fields. That's how it shows DE 10 2013 215 374 A1 Solutions in which the light of a light source is directed via a light guide to an LCD imager to a LCoS chip or to a micromirror array (“DMD”) to then be projected onto the lane via projection optics.
  • DMD micromirror array
  • the document DE 11 2013 003 050 T5 discloses a vehicle lamp in which the light of two LEDs is directed via a respective reflector on a DMD, from where it is projected via a projection lens on the road. On the DMD different illumination patterns can be generated, which are reproduced by the projection lens on the road.
  • the document FR 3 008 477 A1 shows a vehicle lamp with a projection lens and two light sources whose light is directed to generate two light fields via two different mirror elements to the projection lens and from there into the traffic area.
  • conventional lenses are used as imaging optics, in which no distinction can be made in areas of different refractive power.
  • DMD is an acronym used for "Digital Micromirror Device", thus for a micromirror array or micromirror matrix. Such a micromirror array has very small dimensions, typically on the order of 10 mm.
  • micro-mirror actuators are arranged like a matrix, wherein each individual mirror element, which for example has an edge length of about 16 microns, by a certain angle, for example 20 °, tiltable, for example by electromagnetic or piezoelectric actuators.
  • the end positions of a micromirror are referred to as ON state and OFF state, wherein ON state means that light from the micromirror passes through the imaging optics on the road, whereas in the OFF state, for example, it is directed to an absorber.
  • absorbers or absorber surfaces are used, which absorb the otherwise harmful light rays and convert them into heat.
  • Each micromirror is individually adjustable in angle, whereby between the end positions within a second up to 5000 times can be changed.
  • the number of mirrors corresponds to the resolution of the projected image, where a mirror can represent one or more pixels. Meanwhile, DMD chips with high resolutions in the megapixel range are available.
  • the underlying technology for single-level variable mirrors is Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology.
  • MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems
  • the "Analog Micromirror Device” (AMD) technology has the property that the individual mirrors can be set in variable mirror positions.
  • a headlight based on a micromirror array is for example in the DE 195 30 008 A1 described.
  • the design of a luminance pattern is carried out not only via the modulation of the primary light source but also via different array controls for different light distributions, such as high beam, low beam with or without asymmetry, Ausblendszenarien etc., with different array activations activate the individual micromirror elements as a function of the desired light distribution.
  • An object of the invention is to provide a headlamp, which is inexpensive to produce, but still has a great freedom of design with regard to the producible photographs.
  • a headlamp of the type mentioned in which at least two light sources are provided according to the invention, the light beams are directed to a micromirror array common to the light sources and two superimposed areas of an imaging optics with different refractive power for two image areas of the light beam reflected by this Photograph are assigned.
  • multiple light functions can be realized with a single micromirror array and a single imaging optic, which simplifies the overall design and makes it less expensive.
  • the shaped light beams of the light sources are directed onto the micromirror array at different angles of incidence.
  • the active mirror surface of the micromirror array is subdivided into partial regions which are assigned to the individual light sources.
  • each light source is assigned an illumination optical system located between it and the common micromirror array.
  • the lens body is located in the front region of the headlamp and a partial optical system designed as a lens / lens system is arranged between the micromirror array and the lens body.
  • Another advantageous embodiment is characterized in that one region of the single imaging optics is assigned to one of the multiple light sources, whereas the further region of the imaging optics is assigned to two or more light sources.
  • a motor vehicle headlamp contains many other parts that allow its meaningful use in a motor vehicle, in particular a car or motorcycle.
  • Photometric starting point of the headlamp are in the present case, two light sources 1 A and 1B, each emit a light beam 2A, 2B , and which a control 3 is assigned, said control 3 for powering the light sources 1A and 1B and for monitoring or eg Temperature control is used and can also be configured to modulate the intensity of the radiated light beam.
  • modulating in the context of the present invention is meant that the intensity of the light source can be changed, whether continuous or pulsed, in the sense of switching on and off. In addition, there is the possibility of switching on and off for a certain time.
  • LED light sources are not only excited by laser radiation phosphorus elements in question, but it can also classic LEDs or high-current LEDs are used. It can also find so-called "LED packages” use, in addition to a small, for example, 1 to 2 mm 2 large light-emitting surface and the substrate on the LED board and their Include support plate.
  • LED light sources are used, which can be operated at high currents in order to achieve the highest possible luminous flux on the DMD chip as high as possible.
  • the drive signals of the light sources are designated U SA and U SB .
  • the control 3 receives signals from the central processing unit 4, which sensor signals s 1 ... si ... s n can be supplied.
  • these signals may, for example, be switching commands for switching from high beam to low beam or, on the other hand, signals received by sensors, such as cameras, which detect the lighting conditions, environmental conditions and / or objects on the road. Also, the signals may originate from vehicle-vehicle communication information.
  • the arithmetic unit 4 drawn here schematically as a block can be contained completely or partially in the headlight, wherein the arithmetic unit 4 is also assigned a memory unit 5 .
  • the light sources 1A, 1B is followed by an optics 6A and 6B , the formation of which depends inter alia on the type, number and spatial placement of the lamps used, such as laser diodes or LEDs as well as the required beam quality, and which should primarily ensure that the light emitted by the light source strikes the micromirrors of a micromirror array 7 as homogeneously as possible.
  • optics 6A and 6B the formation of which depends inter alia on the type, number and spatial placement of the lamps used, such as laser diodes or LEDs as well as the required beam quality, and which should primarily ensure that the light emitted by the light source strikes the micromirrors of a micromirror array 7 as homogeneously as possible.
  • the focused or shaped light beam 2 then passes to this micromirror array 7, on which a light image 8 is formed by corresponding position of the individual micromirrors, which can be projected via an imaging optics 9 as a light image 10 on a roadway 11 or more generally in the traffic area.
  • the imaging optics 9 has a lens body 9k with two regions 9kA and 9kB , which are arranged one above the other and which are shaped in a lens-like manner from optical glass or plastic.
  • the arithmetic unit 4 supplies signals s a to an array driver 12, which controls the individual micromirrors of the array 7 in the manner corresponding to the desired light image.
  • the individual micromirrors of the array 7 can be individually controlled with regard to the frequency, the phase and the deflection angle.
  • the active mirror surface of the micromirror array 7 is divided here into subregions 7A and 7B , which are assigned to the two light sources 1A, 1B. Furthermore, two regions 9A, 9B of the imaging optics 9 are associated with the light bundle reflected by the array 7 or its partial regions 7A, 7B, the light image 10 also being composed of two image regions 10A and 10B as a result.
  • FIG. 2 an example embodiment of the invention based on a headlight after Fig. 1 described, but with other components essential to the invention, wherein for the explanation of the invention is not essential, in Fig. 1 already shown components are omitted and also other mechanical parts, such as fasteners, housings, cooling devices, power supplies and the like. More.
  • the first light source 1A has an LED chip 14 with connection contacts 15 and with a light-emitting surface 16 of a high-power LED.
  • the optical axis associated with the light source 1A or the associated illumination optics 6A is designated by the reference numeral 17A .
  • the light source 1B is composed of three partial light sources 1B -1, 1B-2 and 1B-3.
  • each of these partial light sources is structured as well as the light source 1A, so that a more detailed description can be dispensed with.
  • the same reference numerals are used for the same or similar parts.
  • a somewhat more complex illumination optical unit 6B is required for these light sources, here consisting of three partial lenses 6B-1, 6B-2, 6B-3 and from a further, the partial lenses downstream lens 6B-4 , which consists of a light source near lens combination Fig. 4 evident.
  • the illumination optics which are not shown in detail and as such are not the subject of the invention, are preferably multi-stage optics which capture the Lambertian radiation characteristics and each have to form a light spot 18A, 18B, 18C of suitable geometry on the mirror array 7. In Fig. 4 are schematically indicated such spots.
  • the array 7 consists of a matrix of micromirrors and is the optically essential area of a DMD component 19.
  • DMD components usually contain subregions of the driver electronics and are equipped with effective cooling.
  • DMD chip very many, for example (Texas Instruments DLP3000DMD) 608x684 micromirrors are arranged on a surface with a diagonal of 7.62 mm, which can waste at + ⁇ - 12 degrees.
  • the drive of the micromirror is usually electrostatic.
  • the imaging optics 9 is also designed as a multi-stage lens system and has in this variant a located at the front end of the headlight lens body 9k with two areas 9kA and 9kB, which are arranged one above the other and which are shaped like a lens of optical glass or plastic. In general, apart from this lens body 9k of the imaging optics 9, at least one partial optic 9f will also be arranged between the mirror array 7 and the lens body 9k.
  • This sub-optic 9f is also generally designed as a lens which, for example, has different refractive powers in an upper and a lower region 9fA and 9fB .
  • the optically active surface of the mirror array 7, ie the mirror surface 7f, is subdivided into partial regions 7A, 7B-1, 7B-2 and 7B-3 , which, analogously to FIG according to the execution Fig. 1 to which four light sources 1A, 1B-1, 1B-2 and 1B-3 are assigned.
  • the light image generated here is projected by the illumination optics 9 on the road as a corresponding, consisting of four image areas existing photo.
  • the side view of Fig. 6 is to illustrate the position of the optical axes of the above-described embodiment with respect to a horizontal plane ⁇ , whereupon the optical axis 17A of the light source 1A above and the optical axis 17B of the light source 1B composed of the three sub-light sources 1B-1, 1B-2 and 1B-3 are below the drawn horizontal plane ⁇ is located.
  • the terms used "above” and “below” are not limiting, only in connection with the view shown and can for example refer to a normal position of use of a vehicle. The same applies mutatis mutandis to the terms “left”, “right”, “front”, “rear”, “sideways” etc ..

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Scheinwerfer für Fahrzeuge, mit zumindest einer Lichtquelle und einer dieser zugeordneten Beleuchtungsoptikoptik, mit einem Mikrospiegelarray und mit einer als Linse ausgebildeten Abbildungsoptik, wobei der Lichtquelle und dem Mikrospiegelarray eine zentrale Recheneinheit mit einer Lichtquellen-Ansteuerung und einer Arrayansteuerung zugeordnet ist, die geformten Lichtstrahlen der zumindest einen Lichtquelle auf das Mikrospiegelarray gerichtet sind und das von diesem strukturierte, reflektierte Lichtbündel über die Abbildungsoptik als Lichtbild in den Verkehrsraum projiziert wird.
  • Unter dem Begriff "Scheinwerfer" ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht nur ein kompletter Fahrzeugscheinwerfer zu verstehen sondern ebenso eine Beleuchtungseinheit, welche beispielsweise zusammen mit anderen Beleuchtungseinheiten Teil eines Scheinwerfers bilden kann.
  • Bei der Entwicklung der gegenwärtigen Scheinwerfersysteme steht immer mehr der Wunsch im Vordergrund, ein möglichst hochauflösendes Lichtbild auf die Fahrbahn projizieren zu können, das rasch geändert und den jeweiligen Verkehrs-, Straßen- und Lichtbedingungen angepasst werden kann. Der Begriff "Fahrbahn" wird hier zur vereinfachten Darstellung verwendet, denn selbstverständlich hängt es von den örtlichen Gegebenheiten ab, ob sich ein Lichtbild tatsächlich auf der Fahrbahn befindet oder auch darüber hinaus erstreckt. Prinzipiell entspricht das Lichtbild im hier verwendeten Sinn einer Projektion auf eine vertikale Fläche entsprechend der einschlägigen Normen, die sich auf die KFZ-Beleuchtungstechnik beziehen.
  • Entsprechend dem genannten Bedürfnis sind unterschiedliche Scheinwerfersysteme entwickelt worden, wie insbesondere mit scannenden, modulierten Laserstrahlen arbeitende Scheinwerfer, wobei lichttechnischer Ausgangspunkt zumindest eine Laserlichtquelle ist, die einen Laserstrahl abgibt, und welcher eine Laseransteuerung zugeordnet ist, die zur Stromversorgung sowie zur Überwachung der Laseremission oder z.B. zur Temperaturkontrolle dient und auch zum Modulieren der Intensität des abgestrahlten Laserstrahls eingerichtet ist. Unter "Modulieren" ist dabei zu verstehen, dass die Intensität der Laserlichtquelle geändert werden kann, sei es kontinuierlich oder im Sinne eines Ein- und Ausschaltens gepulst. Wesentlich ist, dass die Lichtleistung analog dynamisch geändert werden kann, je nachdem, an welcher Winkelposition ein den Laserstrahl ablenkender Spiegel steht. Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit des Ein- und Ausschaltens für eine gewisse Zeit, um definierte Stellen nicht zu beleuchten oder auszublenden. Die Ansteuerung der Laserlichtquellen und der zur Strahlablenkung dienenden Mikrospiegel erfolgt über eine Recheneinheit, auch kurz ECU (Electronic oder Engine Control Unit) genannt. Ein Beispiel eines dynamischen Ansteuerungskonzepts zur Erzeugung eines Bildes durch einen scannenden Laserstrahl ist etwa in dem Dokument AT 514633 der Anmelderin beschrieben.
  • Da derartige Scheinwerfersysteme zum Teil sehr aufwändig und teuer sind, sodass der Wunsch besteht, ökonomische Scheinwerfer zu schaffen, welche dennoch eine hohe Flexibilität hinsichtlich des erzeugten Lichtbilds aufweisen, sind auch Scheinwerfer bekannt geworden, welche als Lichtbearbeitungselemente Bildgeber zu verwenden, die eine große Anzahl ansteuerbarer Pixelfelder aufweisen. So zeigt die DE 10 2013 215 374 A1 Lösungen, bei welchen das Licht einer Lichtquelle über ein Lichtleitelement zu einem LCD-Bildgeber zu einem LCoS-Chip oder zu einer Mikrospiegelanordnung ("DMD") gelenkt wird, um dann über eine Projektionsoptik auf die Fahrbahn projiziert zu werden.
  • Das Dokument DE 11 2013 003 050 T5 offenbart eine Fahrzeugleuchte, bei welcher das Licht zweier LEDs über je einen Reflektor auf eine DMD gelenkt wird, von wo es über eine Projektionslinse auf die Fahrbahn projiziert wird. Auf der DMD können verschiedene Beleuchtungsmuster erzeugt werden, welche durch die Projektionslinse auf der Fahrbahn wiedergegeben werden.
  • Auch das Dokument FR 3 008 477 A1 zeigt eine Fahrzeugleuchte mit einer Projektionslinse und zwei Lichtquellen, deren Licht zur Erzeugung zweier Lichtfelder über zwei verschiedene Spiegelelemente zur Projektionslinse und von dort in den Verkehrsraum gelenkt wird. Bei dieser sowie der vorhin genannten Leuchtenanordnung werden als Abbildungsoptiken übliche Linsen verwendet, bei welchen keine Unterscheidung in Bereiche unterschiedlicher Brechkraft getroffen werden kann.
  • DMD ist ein Akronym, das für "Digital Micromirror Device" gebraucht wird, somit für ein Mikrospiegel-Array oder Mikrospiegel-Matrix. Solch ein Mikrospiegel-Array besitzt sehr kleine Abmessungen, typischerweise in der Größenordnung von 10 mm. Bei einem DMD sind Mikrospiegelaktoren matrixartig angeordnet, wobei jedes einzelne Spiegelelement, das beispielsweise eine Kantenlänge von etwa 16 µm aufweist, um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 20°, verkippbar ist, beispielsweise durch elektromagnetische oder piezoelektrische Aktoren. Die Endlagen eines Mikrospiegels werden als EIN-Zustand bzw. AUS-Zustand bezeichnet, wobei EIN-Zustand bedeutet, dass Licht von dem Mikrospiegel über die Abbildungsoptik auf die Straße gelangt, wogegen es im AUS-Zustand beispielsweise auf einen Absorber gelenkt wird. Üblicherweise muss nämlich auch für eine Absorption jener Lichtstrahlen gesorgt werden, die von Mikrospiegeln in deren nicht "aktiven" Winkellage ausgehen und die nicht über die Abbildungsoptik auf die Straße projiziert werden. Hierzu werden Absorber bzw. Absorberflächen eingesetzt, welche die sonst schädlichen Lichtstrahlen absorbieren und in Wärme umwandeln.
  • Jeder Mikrospiegel ist im Winkel einzeln verstellbar, wobei zwischen den Endlagen innerhalb einer Sekunde bis zu 5000-mal gewechselt werden kann. Die Anzahl der Spiegel entspricht der Auflösung des projizierten Bilds, wobei ein Spiegel ein oder mehrere Pixel darstellen kann. Mittlerweile sind DMD-Chips mit hohen Auflösungen im Megapixel-Bereich erhältlich. Die verstellbaren Einzelspiegeln zugrunde liegende Technologie ist die Micro-Electro-Mechanical-Systems-(MEMS) Technologie.
  • Während die DMD-Technologie zwei stabile Spiegel-Zustände aufweist und durch eine Modulation zwischen den beiden stabilen Zuständen die Reflexionen eingestellt werden können, weist die "Analog Micromirror Device" (AMD) Technologie die Eigenschaft auf, dass die Einzelspiegel in variablen Spiegelpositionen eingestellt werden können.
  • Ein Scheinwerfer auf Basis eines Mikrospiegel-Arrays ist beispielsweise in der DE 195 30 008 A1 beschrieben.
  • In Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen will man in möglichst kompakter Bauweise oft mehrere Lichtfunktionen verwirklichen, wie insbesondere Fernlicht, Abblendlicht, Tagfahrlicht und Kurvenlicht. Von einem Mikrospiegelkonzept ausgehend, werden in diesem Fall mehrere Mikrospiegel-Arrays und mehrere Linsen für die Abbildungsoptik benötigt, was zu hohen Material- und Herstellungskosten führt.
  • Die Ausgestaltung eines Leuchtdichtemusters wird nicht nur über die Modulation der Primärlichtquelle durchgeführt sondern auch über unterschiedliche Arrayansteuerungen für verschiedene Lichtverteilungen, wie Fernlicht, Abblendlicht mit oder ohne Asymmetrie, Ausblendszenarien usw., wobei unterschiedliche Arrayansteuerungen die einzelnen Mikrospiegelelemente in Abhängigkeit der gewünschten Lichtverteilung aktivieren.
  • Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Scheinwerfers, welcher kostengünstig herstellbar ist, aber dennoch eine große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der erzeugbaren Lichtbilder besitzt.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Scheinwerfer der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß zumindest zwei Lichtquellen vorgesehen sind, deren Lichtstrahlen auf ein den Lichtquellen gemeinsames Mikrospiegelarray gerichtet sind und dem von diesem reflektierten Lichtbündel zwei übereinander liegende Bereiche einer Abbildungsoptik mit unterschiedlicher Brechkraft für zwei Bildbereiche des Lichtbildes zugeordnet sind.
  • Dank der Erfindung können mehrere Lichtfunktionen mit einer einem einzigen Mikrospiegelarray und einer einzigen Abbildungsoptik realisiert werden, was die Gesamtkonstruktion vereinfacht und kostengünstiger macht. Die Aufteilung auf mehrere Lichtquellen, die meist leistungsintensiv sind, erleichtert auch die Kühlung.
  • Vorteilhaft ist es weiters, wenn die geformten Lichtstrahlen der Lichtquellen unter unterschiedlichen Einfallswinkeln auf das Mikrospiegelarray gerichtet sind.
  • Auch ist es empfehlenswert, wenn die aktive Spiegelfläche des Mikrospiegelarrays in Teilbereiche aufgeteilt ist, welche den einzelnen Lichtquellen zugeordnet sind.
  • Es kann zweckmäßig sein, wenn jeder Lichtquelle eine zwischen dieser und dem gemeinsames Mikrospiegelarray gelegene Beleuchtungsoptik zugeordnet ist.
  • Andererseits kann man im Sinne einer besonders kompakten Bauweise vorsehen, dass zwei oder mehreren Lichtquellen eine zwischen diesen und dem gemeinsames Mikrospiegelarray gelegene Beleuchtungsoptik zugeordnet ist.
  • Zu einer kostengünstigen und platzsparenden Bauweise gelangt man weiters, weil die zwei Bereiche der einzigen Abbildungsoptik übereinander gelegen und aus einem Körper aus optischem Glas/Kunststoff linsenartig ausgebildet sind.
  • Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Linsenkörper im vorderen Bereich des Scheinwerfers gelegen ist und zwischen dem Mikrospiegelarray und dem Linsenkörper eine als Linse/Linsensystem ausgebildete Teiloptik angeordnet ist.
  • Eine andere vorteilhafte Ausbildung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Bereich der einzigen Abbildungsoptik einer der mehreren Lichtquellen zugeordnet ist, wogegen der weitere Bereich der Abbildungsoptik zwei oder mehr Lichtquellen zugeordnet ist.
  • Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen
    • Fig. 1 für die Erfindung wesentliche Komponenten einer ersten Ausführungsform eines Scheinwerfers mit einem Mikrospiegelarray in schematischer Darstellung,
    • Fig. 2 eine zweite beispielsweise Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen vereinfachten Darstellung mit Hervorhebung der für die Erfindung wesentlichen Komponenten,
    • Fig. 3 in vergrößerter perspektivischer Ansicht ein erstes Beleuchtungsmodul der Ausführung nach Fig. 2, jedoch aus einem anderen Blickwinkel gesehen,
    • Fig.4 in vergrößerter perspektivischer Ansicht ein zweites Beleuchtungsmodul der Ausführung nach Fig. 2, jedoch aus einem anderen Blickwinkel gesehen,
    • Fig. 5 eine Vorderansicht eines bei der Erfindung beispielsweise verwendeten DLP-Bauteils mit einem Mikrospiegelarray und
    • Fig. 6 eine verkleinerte Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 2 zur Veranschaulichung der gegen die Horizontale geneigten optischen Achsen der beiden Beleuchtungsmodule.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Insbesondere sind die für einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer wichtigen Teile dargestellt, wobei es klar ist, dass ein KFZ-Scheinwerfer noch viele andere Teile enthält, die seinen sinnvollen Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wie insbesondere einem PKW oder Motorrad, ermöglichen. Lichttechnischer Ausgangspunkt des Scheinwerfers sind im vorliegenden Fall zwei Lichtquellen 1A und 1B, die je einen Lichtstrahl 2A, 2B abgeben, und welchen eine Ansteuerung 3 zugeordnet ist, wobei diese Ansteuerung 3 zur Stromversorgung der Lichtquellen 1A und 1B sowie zur deren Überwachung oder z.B. zur Temperaturkontrolle dient und auch zum Modulieren der Intensität des abgestrahlten Lichtstrahls eingerichtet sein kann. Unter "Modulieren" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Intensität der Lichtquelle geändert werden kann, sei es kontinuierlich oder gepulst, im Sinne eines Ein- und Ausschaltens. Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit des Ein- und Ausschaltens für eine gewisse Zeit.
  • Als Lichtquellen kommen nicht nur durch Laserstrahlung angeregte Phosphorelemente in Frage, sondern es können auch klassische LEDs oder Hochstrom-LEDs verwendet werden. Es können auch sogenannte "LED-packages" Verwendung finden, die neben einer kleinen, z.B. 1 bis 2 mm2 großen lichtemittierenden Fläche auch das Substrat auf der LED-Platine und deren Trägerplatte umfassen. In bevorzugter Weise werden LED-Lichtquellen verwendet, welche mit hohen Strömen betrieben werden können, um bei möglichst hohem Lichtstrom eine möglichst hohe Leuchtdichte auf dem DMD-Chip zu erreichen. Die Ansteuersignale der Lichtquellen sind mit USA und USB bezeichnet.
  • Die Ansteuerung 3 erhält ihrerseits wiederum Signale von der zentralen Recheneinheit 4, welcher Sensorsignale s1 ... si ... sn zugeführt werden können. Diese Signale können einerseits beispielsweise Schaltbefehle zum Umschalten von Fernlicht auf Abblendlicht sein oder andererseits Signale, die beispielsweise von Sensoren, wie Kameras, aufgenommen werden, welche die Beleuchtungsverhältnisse, Umweltbedingungen und/oder Objekte auf der Fahrbahn erfassen. Auch können die Signale von einer Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationsinformation stammen. Die hier schematisch als Block gezeichnete Recheneinheit 4 kann vollständig oder teilweise in dem Scheinwerfer enthalten sein, wobei der Recheneinheit 4 auch eine Speichereinheit 5 zugeordnet ist.
  • Den Lichtquellen 1A, 1B ist eine Optik 6A bzw. 6B nachgeordnet, deren Ausbildung unter anderem von der Art, Anzahl und der räumlichen Platzierung der verwendeten Leuchtmittel, wie Laserdioden oder LEDs sowie von der erforderlichen Strahlqualität abhängt, und welche vor allem dafür sorgen soll, dass das von der Lichtquelle abgegebene Licht möglichst homogen auf die Mikrospiegel eines Mikrospiegelarrays 7 trifft.
  • Der fokussierte bzw. geformte Lichtstrahl 2 gelangt nun zu diesem Mikrospiegelarray 7, auf welchem durch entsprechende Stellung der einzelnen Mikrospiegel ein Leuchtbild 8 geformt wird, welches über eine Abbildungsoptik 9 als Lichtbild 10 auf eine Fahrbahn 11 oder ganz allgemein in den Verkehrsraum projiziert werden kann. Die Abbildungsoptik 9 weist bei dieser Ausführungsform einen Linsenkörper 9k mit zwei Bereichen 9kA und 9kB auf, die hier übereinander angeordnet sind und die gemeinsam aus optischem Glas oder Kunststoff linsenartig geformt sind. Die Recheneinheit 4 liefert Signale sa an eine Arrayansteuerung 12, welche die einzelnen Mikrospiegel des Arrays 7 in der dem gewünschten Lichtbild entsprechenden Weise ansteuert. Die einzelnen Mikrospiegel des Arrays 7 können hinsichtlich der Frequenz, der Phase und des Auslenkwinkels individuell angesteuert werden.
  • In Fig. 1 ist auch ein weiter oben bereits erwähnter Absorber 13 eingezeichnet, der im Allgemeinen für eine hohe Qualität des erzeugten Bildes wichtig ist.
  • Die aktive Spiegelfläche des Mikrospiegelarrays 7 ist hier in Teilbereiche 7A und 7B aufgeteilt, welche den beiden Lichtquellen 1A, 1B zugeordnet sind. Weiters sind dem von dem Array 7 bzw. von dessen Teilbereichen 7A, 7B reflektierten Lichtbündel zwei Bereiche 9A, 9B der Abbildungsoptik 9 zugeordnet, wobei sich in der Folge auch das Lichtbild 10 aus zwei Bildbereichen 10A und 10B zusammensetzt.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung auf Basis eines Scheinwerfers nach Fig. 1 beschrieben, jedoch mit weiteren erfindungswesentlichen Komponenten, wobei für die Erläuterung der Erfindung nicht wesentliche, in Fig. 1 bereits dargestellte Komponenten weggelassen sind und ebenso andere mechanische Teile, wie Befestigungsmittel, Gehäuse, Kühleinrichtungen, Stromversorgungen und dgl. mehr.
  • Im Einzelnen erkennt man die erste Lichtquelle 1A mit der ersten Beleuchtungsoptik 6A, wozu ergänzend auf die vergrößerte Darstellung der Fig. 3 verwiesen wird. Die erste Lichtquelle 1A besitzt einen LED-Chip 14 mit Anschlusskontakten 15 und mit einer lichtemittierenden Fläche 16 einer Hochleistungs-LED. Die der Lichtquelle 1A bzw. der zugehörigen Beleuchtungsoptik 6A zugeordnete optische Achse ist mit dem Bezugszeichen 17A bezeichnet.
  • Im Gegensatz zu der Lichtquelle 1A besteht die Lichtquelle 1B aus drei Teillichtquellen 1B-1, 1B-2 und 1B-3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede dieser Teillichtquellen ebenso aufgebaut wie die Lichtquelle 1A, sodass auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann. Hier und im Folgenden werden für gleiche oder vergleichbare Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Um das von den lichtemittierenden Flächen 16 abgestrahlte Licht der drei Teillichtquellen 1B-1, 1B-2 und 1B-3 zu einem zusammengesetzten Lichtstrahl 2B mit im Wesentlichen einer optischen Achse 17B zusammenzufassen, ist für diese Lichtquellen eine etwas aufwändigere Beleuchtungsoptik 6B erforderlich, die hier aus einer lichtquellennahen Linsenkombination, bestehend aus drei Teillinsen 6B-1, 6B-2, 6B-3 und aus einer weiteren, den Teillinsen nachgeordneten Linse 6B-4 besteht, was aus Fig. 4 hervorgeht. Die Beleuchtungsoptiken, die nicht im Detail dargestellt und als solche nicht Gegenstand der Erfindung sind, sind bevorzugt mehrstufige Optiken, welche die Lambertschen Abstrahlungscharakteristiken einfangen und je zu einem Leuchtfleck 18A, 18B, 18C geeigneter Geometrie auf dem Spiegelarray 7 formen müssen. In Fig. 4 sind schematisch solche Leuchtflecken angedeutet.
  • Das Array 7 besteht aus einer Matrix von Mikrospiegeln und ist der optisch wesentliche Bereich eines DMD-Bauteils 19. Solche DMD-Bauteile enthalten außer dem Mikrospiegelarray meist Teilbereiche der Treiberelektronik und sind mit einer wirkungsvollen Kühlung ausgestattet. wie bereits eingangs erwähnt, sind auf dem DMD-Chip sehr viele, beispielsweise (Texas Instruments DLP3000DMD) 608x684 Mikrospiegel auf einer Fläche mit einer Diagonale von 7,62 mm angeordnet, die um +\- 12 Grad verschwenden können. Der Antrieb der Mikrospiegel erfolgt üblicherweise elektrostatisch.
  • Die Abbildungsoptik 9 ist auch als mehrstufiges Linsensystem ausgeführt und weist bei dieser Variante einen am vorderen Ende des Scheinwerfers gelegenen Linsenkörper 9k mit zwei Bereichen 9kA und 9kB auf, die hier übereinander angeordnet sind und die gemeinsam aus optischem Glas oder Kunststoff linsenartig geformt sind. Im Allgemeinen wird außer diesem Linsenkörper 9k der Abbildungsoptik 9 zumindest noch eine Teiloptik 9f zwischen dem Spiegelarray 7 und dem Linsenkörper 9k angeordnet sein. Auch diese Teiloptik 9f ist im Allgemeinen als Linse ausgeführt, die beispielsweise in einem oberen und einem unteren Bereich 9fA und 9fB unterschiedliche Brechkraft aufweist.
  • In der Ansicht der Fig. 5 erkennt man, dass die optisch aktive Fläche des Spiegelarrays 7, d.h. die Spiegelfläche 7f, in Teilbereiche 7A, 7B-1, 7B-2 und 7B-3 aufgeteilt ist, welche, analog zu der Ausführung nach Fig. 1, den vier Lichtquellen 1A, 1B-1, 1B-2 und 1B-3 zugeordnet sind. Auch hier wird das hier erzeugte Leuchtbild durch die Beleuchtungsoptik 9 auf die Fahrbahn als entsprechendes, hier aus vier Bildbereichen bestehendes Lichtbild projiziert. Dies wurde bereits an Hand der Fig. 1 gezeigt und muss für den Fachmann nicht nochmals dargestellt werden. Dieser erkennt jedoch, dass der Gesamtaufbau trotz des Vorhandenseins von vier Einzellichtquellen dank der Erfindung verhältnismäßig einfach, kompakt und kostengünstig gestaltet werden kann.
  • Die Seitenansicht der Fig. 6 soll die Lage der optischen Achsen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels bezüglich einer Horizontalebene ε veranschaulichen, wonach die optische Achse 17A der Lichtquelle 1A oberhalb und die optische Achse 17B der aus den drei Teillichtquellen 1B-1, 1B-2 und 1B-3 zusammengesetzten Lichtquelle 1B unterhalb der eingezeichneten Horizontalebene ε liegt. Dabei soll es klar sein, dass die verwendeten Begriffe "oberhalb" und "unterhalb" nicht einschränkend, lediglich in Zusammenhang mit der gezeigten Ansicht zu verstehen sind und sich beispielsweise auf eine normale Gebrauchslage eines Fahrzeuges beziehen können. Gleiches gilt sinngemäß für die Begriffe "links", "rechts", "vorne", "hinten", "seitlich" etc..
    • Liste der Bezugszeichen
    • 1A
    Lichtquelle
    1B
    Lichtquelle
    1B-1
    Teillichtquelle
    1B-2
    Teillichtquelle
    1B-3
    Teillichtquelle
    2A
    Lichtstrahl
    2B
    Lichtstrahl
    3
    Ansteuerung
    4
    Recheneinheit
    5
    Speichereinheit
    6A
    Beleuchtungsoptik
    6B
    Beleuchtungsoptik
    6B-1
    Teillinse
    6B-2
    Teillinse
    6B-3
    Teillinse
    6B-4
    Linse
    7
    Mikrospiegelarray
    7A
    Teilbereich von 7
    7B
    Teilbereich von 7
    7B-1
    Teilbereich von 7
    7B-2
    Teilbereich von 7
    7B-3
    Teilbereich von 7
    7f
    Spiegelfläche
    8
    Leuchtbild
    9
    Abbildungsoptik
    9f
    Teiloptik
    9fA
    Bereich
    9fB
    Bereich
    9k
    Linsenkörper
    9kA
    Bereich von 9k
    9kB
    Bereich von 9k
    10
    Lichtbild
    10A
    Bildbereich
    10B
    Bildbereich
    11
    Fahrbahn
    12
    Arrayansteuerung
    13
    Absorber
    14
    LED-Chip
    15
    Anschlusskontakte
    16
    lichtemittierende Fläche
    17A
    optische Achse
    17B
    optische Achse
    18A
    Leuchtfleck
    18B
    Leuchtfleck
    18C
    Leuchtfleck
    19
    DMD-Bauteil
    s1...sn
    Sensorsignale
    sa
    Signale
    USA
    Ansteuersignal
    USB
    Ansteuersignal
    ε
    Horizontalebene

Claims (8)

  1. Scheinwerfer für Fahrzeuge, mit zumindest einer Lichtquelle (1A, 1B; 1B-1, 1B-2, 1B-3) und einer dieser zugeordneten Beleuchtungsoptikoptik, mit einem Mikrospiegelarray (7) und mit einer als Linse ausgebildeten Abbildungsoptik (9, 9f), wobei der Lichtquelle und dem Mikrospiegelarray eine zentrale Recheneinheit (4) mit einer Lichtquellen-Ansteuerung (3) und einer Arrayansteuerung (12) zugeordnet ist,
    die geformten Lichtstrahlen (2A, 2B) der zumindest einen Lichtquelle auf das Mikrospiegelarray gerichtet sind und das von diesem strukturierte, reflektierte Lichtbündel über die Abbildungsoptik als Lichtbild (10) in den Verkehrsraum projiziert wird,
    wobei zumindest zwei Lichtquellen (1A, 1B; 1B-1, 1B-2, 1B-3) vorgesehen sind, deren Lichtstrahlen auf ein den Lichtquellen gemeinsames Mikrospiegelarray (7) gerichtet sind und dem von diesem reflektierten Lichtbündel zwei übereinander liegende Bereiche (9kA, 9kB) einer Abbildungsoptik (9, 9f) für zwei Bildbereiche des Lichtbildes zugeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    diese übereinander liegende Bereiche der Abbildungsoptik unterschiedliche Brechkraft aufweisen.
  2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geformten Lichtstrahlen der Lichtquellen (1A, 1B; 1B-1, 1B-2, 1B-3) unter unterschiedlichen Einfallswinkeln auf das Mikrospiegelarray (7) gerichtet sind.
  3. Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Spiegelfläche (7f) des Mikrospiegelarrays (7) in Teilbereiche aufgeteilt ist, welche den einzelnen Lichtquellen zugeordnet sind.
  4. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lichtquelle (1A, 1B) eine zwischen dieser und dem gemeinsames Mikrospiegelarray (7) gelegene Beleuchtungsoptik (6A, 6B) zugeordnet ist.
  5. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehreren Lichtquellen (1B-1, 1B-2, 1B-3) eine zwischen diesen und dem gemeinsames Mikrospiegelarray (7) gelegene Beleuchtungsoptik (6B) zugeordnet ist.
  6. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Bereiche (9kA, 9kB) der Abbildungsoptik (9) aus einem Linsenkörper (9k) aus optischem Glas/Kunststoff linsenartig ausgebildet sind.
  7. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (9k) im vorderen Bereich des Scheinwerfers gelegen ist und zwischen dem Mikrospiegelarray (7) und dem Linsenkörper eine als Linse/Linsensystem ausgebildete Teiloptik (9f) angeordnet ist.
  8. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich (9kA) der Abbildungsoptik (9) einer (1A) der mehreren Lichtquellen zugeordnet ist, wogegen der weitere Bereich (9kB) der Abbildungsoptik zwei oder mehr Lichtquellen (1B-1, 1B-2, 1B-3) zugeordnet ist.
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