EP3757446A1 - Lichtmodul, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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EP3757446A1
EP3757446A1 EP20179221.5A EP20179221A EP3757446A1 EP 3757446 A1 EP3757446 A1 EP 3757446A1 EP 20179221 A EP20179221 A EP 20179221A EP 3757446 A1 EP3757446 A1 EP 3757446A1
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EP
European Patent Office
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light radiation
sub
area
light
converter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20179221.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Welte
Qilong Dr. Feng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Marquardt GmbH filed Critical Marquardt GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the invention is based on a light module according to the preamble of claim 1.
  • Such a light module can be used for lighting.
  • the light module can be used for the exterior and / or interior lighting of a motor vehicle.
  • Such a light module comprises a light source for generating essentially monochromatic primary light radiation.
  • a deflection unit serves to align the primary light radiation to a converter for converting the primary light radiation into secondary light radiation which has a corresponding optical spectrum and / or a corresponding dominant color point.
  • imaging optics for focusing the secondary light radiation on an imaging location are arranged in the light module.
  • the known light module generates an essentially uniform light temperature and / or light color at the imaging location. Furthermore, the light module is large and not suitable for use in confined installation spaces.
  • the invention is based on the object of further developing the light module with regard to its flexibility and / or for additional functionalities.
  • a light module with a high resolution and / or light temperature or light color that can be changed in individual pixels is to be created.
  • the light module should be suitable for use in tight installation spaces.
  • the deflection unit is designed to be adjustable for dividing the primary light radiation into two partial areas.
  • the first sub-area can be aligned with the converter for generating the secondary light radiation.
  • the second sub-area can be aligned with a further converter for generating a further secondary light radiation.
  • a beam splitter is provided for coupling and / or mixing the two secondary light beams, the beam splitter being located in particular between the converters and the imaging optics. In an advantageous manner, this creates a dynamic light module with a high resolution and changeable light temperature and / or changeable light color for the individual pixels.
  • the light source can consist of a laser, so that an energy-efficient operation of the light module is made possible.
  • a laser for blue light radiation can be used for this purpose.
  • the laser can be a laser diode which is also small in size.
  • the deflection unit can be controlled by a control unit for adjustment.
  • the deflecting unit can preferably consist of a two-dimensional mirror.
  • the mirror can consist of a MEMS (Microelectromechanical System) mirror with individually controllable pixels, wherein the pixels can in particular be arranged in a two-dimensional field in the manner of an array.
  • the two-dimensional MEMS mirror can be provided with a very high reflection coating, for example of more than 99%, in order to achieve a high degree of efficiency.
  • a MEMS mirror advantageously allows the execution of rapid movements of the individual pixels in both directions at high speeds, for example in the KHz range.
  • the beam splitter can be designed as a dichroic beam splitter.
  • a dichroic beam splitter selectively reflects certain wavelengths and leaves others Wavelengths through.
  • an optical sensor in the form of a sensor array can be provided for monitoring the movement of the deflection unit. With the help of the optical sensor, protective measures can advantageously be taken if the deflection unit does not work and / or a converter is defective or has been damaged.
  • a blender can be provided between the first sub-area and the second sub-area for absorbing undesired light radiation in the transition area between the two sub-areas.
  • the blender can be implemented using software which switches off the light source or the laser when the deflection unit is adjusted in the transition between the first sub-area and the second sub-area.
  • the converter can be formed by a thin layer of fluorescent material in different colors.
  • a layer with red phosphorus and a layer with green phosphorus can be used.
  • the mixed color can be determined in a simple manner by controlling the intensity of the corresponding individual pixels in the first partial area and in the second partial area and / or by mixing the two converted secondary radiations.
  • one of the converters can be coated with a diffusion layer in the manner of a diffusion film. This further minimizes the loss in dichroic light coupling, since the blue radiation of the laser has a very narrow spectrum and the dichroic beam splitter can have a higher transmission rate and / or reflection rate.
  • the invention also provides a method for generating light radiation, in particular for the exterior and / or interior lighting of a motor vehicle.
  • essentially monochromatic primary light radiation is generated by a light source.
  • the primary light radiation is then sent to a converter to convert the primary light radiation into secondary light radiation with a specific optical spectrum and / or diverted with a certain dominant color point.
  • the secondary light radiation is then imaged on an imaging location.
  • the primary light radiation is divided into two partial areas, in particular each consisting of a two-dimensional pixel field.
  • the first sub-area is aligned with the converter for generating the secondary light radiation.
  • the second sub-area is aligned with a further converter for generating further secondary light radiation.
  • the two secondary light radiations are coupled and / or mixed by means of a beam splitter and, in particular, then imaged onto the imaging location.
  • the conventional light modules are used as interior and / or exterior lighting.
  • light modules with maximum flexibility are desired and / or required.
  • a dynamic light module with an HD (high defined) resolution and / or changeable light temperature and / or changeable light color of individual pixels is proposed in order to meet the requirements mentioned.
  • the invention makes it possible to create an HD matrix light source with individually controllable pixels by using a LARP (Laser Actived Remote Phosphor) method, a 2D (two-dimensional) MEMS mirror and an optical system, with the corresponding light temperature and / or light color of the individual pixels can be realized by color mixing.
  • LARP Laser Actived Remote Phosphor
  • a blue laser beam from a laser diode is parallelized by a lens and divided into a certain angle in the X and / or Y directions by means of a two-dimensional deflection unit.
  • the deflected light radiation is further shaped in parallel by beam shaping optics.
  • the first sub-area of the formed laser radiation is focused on the first converter layer by the reflection of an optical mirror, where the blue rays are converted into secondary radiation with a large optical spectrum and / or a dominant color point.
  • the second Part of the formed laser radiation is focused directly on the second converter layer, where the blue rays are converted to secondary radiation with a large optical spectrum and / or another dominant color point.
  • the secondary radiations generated by the two converter layers are again overlapped with one another by a beam splitter and a certain color is realized through the additive mixture or overlap.
  • the mixed secondary radiations are imaged as a sharp image on the imaging plane by means of imaging optics.
  • the loss can be minimized with the aid of a dichroic beam splitter for the light coupling of both secondary radiations converted by the converter layers and / or set up with different dominant color locations.
  • An optical sensor in the form of a sensor array can be set up to monitor the movement of the deflection unit and / or for defects in the two converter layers so that a quick protective measure can be carried out if the deflection unit does not work and / or one of the converter layers has been damaged.
  • a blender can be used between the first sub-area and the second sub-area in order to absorb the useless light radiation so that no ghost image is displayed.
  • the blender can be replaced by a software implementation which switches off the laser diode in the transition between the first sub-area and the second sub-area.
  • the converter layers can be formed by a thin layer with fluorescent material in different colors, for example by a layer with red phosphorus and a layer with green phosphorus.
  • the multi-colors of the individual pixels on the imaging plane are determined by controlling the intensity of the corresponding pixel positions in the first sub-area and / or in the second sub-area and / or by mixing the two converted secondary radiations.
  • One of the converter layers can also be coated with a fluorescent layer and the other with a diffusion layer in the manner of a diffusion film, so that the loss in the dichroic light coupling is minimized. This is because the blue radiation of the Laser has a very narrow spectrum and the dichroic beam splitter can have higher transmission rates and / or reflection rates.
  • the deflection unit can consist of a two-dimensional MEMS mirror which is provided with a very high reflective coating, for example greater than 99%. Furthermore, the MEMS mirror can perform rapid movements in both directions at high speeds, for example in the kHz range.
  • an HD matrix light source is created with individually controllable pixels, the light temperature and / or light color of the pixels being individually changeable.
  • the invention enables maximum miniaturization of the size of the light module, so that the light module can be integrated in a small installation space in the vehicle. For example, the light module in the headliner, on the A and / or B pillar of the vehicle or the like. to be ordered.
  • the light module offers a very high level of light efficiency, especially in comparison to the solution with a light-emitting diode (LED) as the light source. This eliminates any heat problem that may arise for the vehicle.
  • LED light-emitting diode
  • the light module enables fast dynamic light control, with light adjustment for the vehicle interior lighting and / or light tracking of an object being made possible in real time.
  • the light module is advantageously suitable as a communication interface between the vehicle and a passenger and / or between the vehicle and a pedestrian for future autonomous driving.
  • the figure shows a light module 1 which is used in particular for the exterior and / or interior lighting of a motor vehicle.
  • the light module 1 comprises a Light source 2 for generating essentially monochromatic primary light radiation 3, a deflection unit 4 for aligning or focusing the primary light radiation 3 on a converter 5, 6 for converting the primary light radiation 3 into secondary light radiation 7, 8 with a different optical spectrum and / or with a different dominant color point, and imaging optics 9 for focusing the secondary light radiation 7, 8 on an imaging location 10.
  • the imaged radiation 21, 22 formed by means of the imaging optics 9 is thus projected onto the imaging location 10, which is designed, for example, in the manner of an imaging plane.
  • the deflection unit 4 is designed to be adjustable in order to divide the primary light radiation 3 into two sub-areas, namely a first sub-area 11, 11 'and a second sub-area 12, 12'.
  • the first partial area 11, 11 ′ can be aligned with the one converter 5, specifically the first converter 5, for generating the secondary light radiation 7, specifically the first secondary light radiation 7.
  • the second sub-area 12, 12 ′ can be aligned with a further, second converter 6 for generating a further, second secondary light radiation 8.
  • a beam splitter 13 located between the converters 5, 6 and the imaging optics 9 is also provided for coupling or overlapping and / or mixing the two secondary light radiations 7, 8.
  • the light source 2 can expediently consist of a laser, specifically a laser for blue light radiation.
  • the laser can be a laser diode.
  • the blue light radiation generated by the laser diode 2 is bundled by means of collimation optics 14, so that the primary light radiation 3 consists of parallel blue laser radiation.
  • the beam splitter 13 can be designed as a dichroic beam splitter in order to minimize the radiation losses.
  • the deflection unit 4 can be controlled by a control unit 15 for adjustment.
  • the deflection unit 4 consists of a two-dimensional mirror, namely a MEMS (Microelectromechanical System) mirror with individually controllable pixels, the pixels being arranged in a two-dimensional field in the manner of an array.
  • the two-dimensional MEMS mirror 4 has a very high reflective coating that in particular greater than 99% is provided.
  • the MEMS mirror 4 and the control unit 15 are designed to carry out rapid movements of the pixels in both directions. The high speeds for moving the pixels are in the kHz range.
  • an optical sensor 16 in the form of a sensor array is provided, which detects the secondary light radiation 7, 8 generated.
  • the movement of the deflection unit 4 is then monitored with the aid of the optical sensor. It can thus be determined with the aid of the optical sensor 16 if the deflection unit 4 is not working, one of the converters 5, 6 has been damaged or is defective, or the like. , and in such a case appropriate protective measures can then be taken.
  • the radiation in the first sub-area 11, 11 'and in the second sub-area 12, 12' is processed into shaped light radiation 18 by means of light-shaping optics 17 located between the deflection unit 4 and the converters 5, 6.
  • the then substantially parallelized, shaped light radiation 18 from the first partial area 11, 11 ′ is directed onto the first converter 5 by means of an optical mirror 19.
  • the parallelized, shaped light radiation 18 originating from the second sub-area 12, 12 ′ is directed directly onto the second converter 6.
  • a blender 20 is on the side of the light-shaping optics 17 facing the converters 5, 6 between the first sub-area 11, 11 'and the second sub-area 12, 12' for absorbing undesired light radiation in the transition area between the sub-areas 11, 11 'and the sub-area 12 , 12 'arranged.
  • the blender 20 thus prevents the imaging of a ghost image, that is, the possible occurrence of ghost images.
  • the blender 20 can be a component for absorbing light radiation. In a simple manner, however, the blender 20 can also be implemented by software for the control unit 15, which switches off the light source 2 when the deflection unit 4 is adjusted in the transition between the first sub-area 11, 11 'and the second sub-area 12, 12' .
  • the converter 5, 6 can be formed by a thin layer of fluorescent material.
  • the one The fluorescent layer consists of a layer with red phosphorus and the other fluorescent layer consists of a layer with green phosphorus.
  • the mixed color for the secondary light radiation 7, 8 is achieved by controlling the intensity of the corresponding individual pixels of the MEMS mirror 4 in the first sub-area 11, 11 'and in the second sub-area 12, 12' and / or by mixing the two converted secondary light radiation 7, 8 determined.
  • One of the converters 5, 6 can also be coated with a diffusion layer in the manner of a diffusion film.
  • the light module 1 which can be used in particular for the exterior and / or interior lighting of a motor vehicle, is operated as follows.
  • essentially monochromatic primary light radiation 3 is generated by the light source 2.
  • the primary light radiation 3 is deflected onto a converter 5, 6 for converting the primary light radiation 3 into secondary light radiation 7, 8 with a different optical spectrum and / or with a different dominant color point.
  • the primary light radiation 3 is divided into two subregions 11, 11 'and 12, 12', in particular each consisting of a two-dimensional pixel field.
  • the first sub-area 11, 11 ′ is aligned with the first converter 5 for generating the first secondary light radiation 7.
  • the second partial area 12, 12 ' is aligned with the further, second converter 6 for generating a further, second secondary light radiation.
  • the two secondary light radiations 7, 8 are then coupled and / or mixed by means of the beam splitter 13.
  • the secondary light radiation 7, 8 generated in this way is imaged as imaged radiation 21, 22 on the imaging location 10.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment described and illustrated. Rather, it also includes all technical developments within the scope of the invention defined by the patent claims.
  • the light module 1 can thus not only be used for exterior and / or interior lighting in a motor vehicle. Rather, the light module 1 can also be used in the manner of an “intelligent” spotlight, also for uses other than in the motor vehicle.
  • the invention can also be used for dynamic interior lighting in real time, for example for dynamic roof lighting, for exterior lighting, for example for floor lighting or Logo drawing on the floor and / or for optical communication in an autonomous vehicle, for example for communication between the vehicles or between the vehicle and pedestrians.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul (1), insbesondere für die Außen- und/oder Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs. Das Lichtmodul (1) umfasst eine Lichtquelle (2) zur Erzeugung von im Wesentlichen monochromatischer Primärlichtstrahlung (3), eine Umlenkeinheit (4) zur Ausrichtung der Primärlichtstrahlung (3) auf einen Konverter (5, 6) zur Umwandlung der Primärlichtstrahlung (3) in Sekundärlichtstrahlung (7, 8) mit einem optischen Spektrum und/oder mit einem Dominantfarbort, und eine Abbildungsoptik (9) zur Fokussierung der Sekundärlichtstrahlung (7, 8) auf einen Abbildungsort (10). Die Umlenkeinheit (4) ist verstellbar zur Aufteilung der Primärlichtstrahlung (3) in zwei Teilbereiche (11, 11', 12, 12') ausgebildet. Der erste Teilbereich (11, 11') ist auf den Konverter (5) zur Erzeugung der Sekundärlichtstrahlung (7) ausrichtbar. Der zweite Teilbereich (12, 12') ist auf einen weiteren Konverter (6) zur Erzeugung einer weiteren Sekundärlichtstrahlung (8) ausrichtbar. Des Weiteren ist ein, insbesondere zwischen den Konvertern (5, 6) und der Abbildungsoptik (9) befindlicher, Strahlungsteiler (13) zur Kopplung und/oder Mischung der beiden Sekundärlichtstrahlungen (7, 8) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Lichtmodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein solches Lichtmodul lässt sich zur Beleuchtung verwenden. Insbesondere ist das Lichtmodul für die Außen- und/oder Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs einsetzbar.
  • Ein derartiges Lichtmodul umfasst eine Lichtquelle zur Erzeugung von im Wesentlichen monochromatischer Primärlichtstrahlung. Eine Umlenkeinheit dient zur Ausrichtung der Primärlichtstrahlung auf einen Konverter zur Umwandlung der Primärlichtstrahlung in Sekundärlichtstrahlung, die ein dementsprechendes optisches Spektrum und/oder einen dementsprechenden Dominantfarbort aufweist. Des Weiteren ist im Lichtmodul eine Abbildungsoptik zur Fokussierung der Sekundärlichtstrahlung auf einen Abbildungsort angeordnet. Das bekannte Lichtmodul erzeugt insoweit eine im Wesentlichen gleichförmige Lichttemperatur und/oder Lichtfarbe am Abbildungsort. Des Weiteren ist das Lichtmodul großbauend und zur Verwendung in beengten Einbauräumen nicht geeignet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Lichtmodul im Hinblick auf dessen Flexibilität und/oder für zusätzliche Funktionalitäten weiterzuentwickeln. Insbesondere soll ein Lichtmodul mit einer hohen Auflösung und/oder in einzelnen Pixeln änderbarer Lichttemperatur beziehungsweise Lichtfarbe geschaffen werden. Insbesondere soll das Lichtmodul zum Einsatz in beengten Einbauräumen geeignet sein.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Lichtmodul durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Beim erfindungsgemäßen Lichtmodul ist die Umlenkeinheit verstellbar zur Aufteilung der Primärlichtstrahlung in zwei Teilbereiche ausgebildet. Der erste Teilbereich ist auf den Konverter zur Erzeugung der Sekundärlichtstrahlung ausrichtbar. Der zweite Teilbereich ist auf einen weiteren Konverter zur Erzeugung einer weiteren Sekundärlichtstrahlung ausrichtbar. Schließlich ist ein Strahlungsteiler zur Kopplung und/oder Mischung der beiden Sekundärlichtstrahlungen vorgesehen, wobei der Strahlungsteiler insbesondere zwischen den Konvertern und der Abbildungsoptik befindlich ist. In vorteilhafter Weise ist dadurch ein dynamisches Lichtmodul mit einer hohen Auflösung sowie änderbarer Lichttemperatur und/oder änderbarer Lichtfarbe für die einzelnen Pixel geschaffen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • In weiterer Ausgestaltung kann die Lichtquelle aus einem Laser bestehen, so dass ein energieeffizienter Betrieb des Lichtmoduls ermöglicht ist. Insbesondere kann sich hierfür ein Laser für blaue Lichtstrahlung anbieten. Des Weiteren kann es sich in kostengünstiger Weise bei dem Laser um eine Laserdiode handeln, die zudem kleinbauend ist.
  • In einfacher Art und Weise kann die Umlenkeinheit zur Verstellung von einer Ansteuereinheit ansteuerbar sein. In bevorzugter Weise kann die Umlenkeinheit aus einem zweidimensionalen Spiegel bestehen. Zwecks Erzielung einer hohen Auflösung kann der Spiegel aus einem MEMS(Microelectromechanical System)-Spiegel mit einzeln ansteuerbaren Pixeln bestehen, wobei die Pixel insbesondere in einem zweidimensionalen Feld in der Art eines Arrays angeordnet sein können. Des Weiteren kann der zweidimensionale MEMS-Spiegel mit einer sehr hohen Reflektionsbeschichtung, beispielsweise von mehr als 99 % versehen sein, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Ein solcher MEMS-Spiegel gestattet in vorteilhafter Weise die Ausführung von schnellen Bewegungen der einzelnen Pixel in beiden Richtungen mit hohen Geschwindigkeiten, beispielsweise im KHz-Bereich.
  • Um den Verlust bei der Kopplung und/oder Mischung der beiden Sekundärlichtstrahlungen zu minimieren, kann der Strahlungsteiler als ein dichroitischer Strahlteiler ausgebildet sein. Ein dichroitischer Strahlteiler reflektiert selektiv bestimmte Wellenlängen und lässt andere Wellenlängen durch. Weiter kann ein optischer Sensor in der Art eines Sensorarrays zur Überwachung der Bewegung der Umlenkungseinheit vorgesehen sein. Mit Hilfe des optischen Sensors lassen sich in vorteilhafter Weise Schutzmaßnahmen ergreifen, falls die Umlenkungseinheit nicht funktioniert und/oder ein Konverter defekt ist beziehungsweise beschädigt worden ist.
  • In weiterer Ausgestaltung kann ein Blender zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich zur Absorbierung von unerwünschter Lichtstrahlung im Übergangsbereich zwischen den beiden Teilbereichen vorgesehen sein. Mit Hilfe des Blenders kann das Auftreten von Geisterbildern bei der Abbildung der Sekundärlichtstrahlung verhindert werden. In bevorzugter Weise lässt sich der Blender durch eine Software realisieren, welche die Lichtquelle beziehungsweise den Laser bei der Verstellung der Umlenkeinheit im Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich ausschaltet.
  • In einfacher sowie kostengünstiger Weise kann der Konverter von einer dünnen Schicht aus Fluoreszenzmaterial in unterschiedlichen Farben gebildet sein. Zwecks Herstellung einer Vielzahl von Mischfarben kann sich hierfür eine Schicht mit Rotphosphor und eine Schicht mit Grünphosphor anbieten. Die Mischfarbe kann in einfacher Weise durch die Ansteuerung der Intensität der entsprechenden einzelnen Pixel im ersten Teilbereich sowie im zweiten Teilbereich und/oder durch die Mischung der beiden konvertierten Sekundärstrahlungen bestimmbar sein. Insbesondere kann einer von den Konvertern mit einer Diffusionsschicht in der Art einer Diffusionsfolie beschichtet sein. Dies minimiert weiter den Verlust bei der dichroitischen Lichtkopplung, da die blaue Strahlung des Lasers ein sehr schmales Spektrum aufweist sowie der dichroitische Strahlteiler eine höhere Transmissionsrate und/oder Reflektionsrate besitzen kann.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Lichtstrahlung, und zwar insbesondere für die Außen- und/oder Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs, bereit. Hierfür wird von einer Lichtquelle im Wesentlichen monochromatische Primärlichtstrahlung erzeugt. Die Primärlichtstrahlung wird dann auf einen Konverter zur Umwandlung der Primärlichtstrahlung in Sekundärlichtstrahlung mit einem bestimmten optischen Spektrum und/oder mit einem bestimmten Dominantfarbort umgelenkt. Anschließend wird die Sekundärlichtstrahlung auf einen Abbildungsort abgebildet. Erfindungsgemäß wird dabei die Primärlichtstrahlung in zwei, insbesondere aus jeweils einem zweidimensionalen Pixelfeld bestehende, Teilbereiche aufgeteilt. Der erste Teilbereich wird auf den Konverter zur Erzeugung der Sekundärlichtstrahlung ausgerichtet. Der zweite Teilbereich wird auf einen weiteren Konverter zur Erzeugung einer weiteren Sekundärlichtstrahlung ausgerichtet. Schließlich werden die beiden Sekundärlichtstrahlungen mittels eines Strahlungsteilers gekoppelt und/oder gemischt sowie insbesondere anschließend auf den Abbildungsort abgebildet.
  • Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgendes festzustellen.
  • In heutigen Fahrzeugen werden die konventionellen Lichtmodule als Innen- und/oder Außenbeleuchtungen eingesetzt. Für noch komfortableres Fahren und/oder für zusätzliche Funktionalitäten der Beleuchtung werden Lichtmodule mit maximaler Flexibilität gewünscht und/oder gefordert. Vorgeschlagen ist ein dynamisches Lichtmodul mit einer HD(high defined)-Auflösung und/oder änderbarer Lichttemperatur und/oder änderbarer Lichtfarbe einzelner Pixel, um die genannten Anforderungen zu erfüllen.
  • Die Erfindung ermöglicht durch den Einsatz eines LARP(Laser Actived Remote Phosphor)-Verfahrens, eines 2D(zweidimensional)-MEMS-Spiegels und eines Optiksystems eine HD-Matrix-Lichtquelle mit einzeln ansteuerbaren Pixeln zu schaffen, wobei die entsprechende Lichttemperatur und/oder Lichtfarbe der einzelnen Pixel durch Farbmischung realisiert werden kann.
  • Hierfür wird ein blauer Laserstrahl aus einer Laserdiode durch eine Linse parallelisiert und mittels einer zweidimensionalen Umlenkungseinheit auf einen bestimmten Winkel in den X- und/oder Y-Richtungen aufgeteilt. Die umgelenkte Lichtstrahlung wird durch eine Strahlformungsoptik weiter parallel geformt. Der erste Teilbereich der geformten Laserstrahlungen wird durch die Reflektion eines optischen Spiegels auf die erste Konverterschicht fokussiert, wo die blauen Strahlen zu Sekundärstrahlungen mit einem großen optischen Spektrum und/oder einem Dominantfarbort konvertiert werden. Der zweite Teilbereich der geformten Laserstrahlungen wird direkt auf die zweite Konverterschicht fokussiert, wo die blauen Strahlen zu Sekundärstrahlungen mit einem großen optischen Spektrum und/oder einem anderen Dominantfarbort konvertiert werden. Die von beiden Konverterschichten erzeugten Sekundärstrahlungen werden durch einen Strahlteiler wieder miteinander überlappt und eine bestimmte Farbe wird durch die additive Mischung beziehungsweise Überlappung realisiert. Die gemischten Sekundärstrahlungen werden mittels einer Abbildungsoptik als ein Scharfbild auf die Abbildungsebene abgebildet.
  • Mit Hilfe eines dichroitischen Strahlteilers für die Lichtkopplung beider durch die Konverterschichten konvertierten und/oder mit unterschiedlichen Dominantfarborten eingerichteten Sekundärstrahlungen kann der Verlust minimiert werden. Ein optischer Sensor in der Art eines Sensorarrays kann für die Überwachung der Bewegung der Umlenkungseinheit und/oder für Defekte der beiden Konverterschichten eingerichtet werden, damit eine schnelle Schutzmaßnahme durchgeführt werden kann, falls die Umlenkungseinheit nicht funktioniert und/oder eine der Konverterschichten beschädigt worden ist.
  • Ein Blender kann zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich eingesetzt werden, um die nutzlose Lichtstrahlung zu absorbieren, so dass kein Ghostbild abgebildet wird. Der Blender kann durch eine Softwareimplementierung, welche die Laserdiode im Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich ausschaltet, ersetzt werden.
  • Die Konverterschichten können durch eine dünne Schicht mit Fluoreszenzmaterial in unterschiedlichen Farben, zum Beispiel durch eine Schicht mit Rotphosphor und eine Schicht mit Grünphosphor, gebildet werden. Dabei werden die Multifarben der einzelnen Pixel auf der Abbildungsebene durch die Ansteuerung der Intensität der entsprechenden Pixelpositionen im ersten Teilbereich und/oder im zweiten Teilbereich und/oder durch die Mischung der beiden konvertierten Sekundärstrahlungen bestimmt. Eine der Konverterschichten kann auch mit einer Fluoreszenzschicht und die andere mit einer Diffusionsschicht in der Art einer Diffusionsfolie beschichtet sein, damit der Verlust bei der dichroitischen Lichtkopplung minimiert wird. Dies deshalb, weil die blaue Strahlung des Lasers ein sehr schmales Spektrum besitzt und der dichroitische Strahlteiler höhere Transmissionsraten und/oder Reflektionsraten haben kann.
  • Die Umlenkungseinheit kann aus einem zweidimensionalen MEMS-Spiegel bestehen, der mit einer sehr hohen Reflektionsbeschichtung, beispielsweise von größer als 99 %, versehen ist. Des Weiteren kann der MEMS-Spiegel schnelle Bewegungen in beiden Richtungen mit hohen Geschwindigkeiten, beispielsweise im kHz-Bereich, ausführen.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine HD-Matrix-Lichtquelle mit einzeln ansteuerbaren Pixeln geschaffen ist, wobei die Lichttemperatur und/oder Lichtfarbe der Pixel einzeln änderbar ist. Die Erfindung ermöglicht die maximale Miniaturisierung der Baugröße des Lichtmoduls, so dass das Lichtmodul in einem kleinen Bauraum im Fahrzeug integriert werden kann. Beispielsweise kann das Lichtmodul im Dachhimmel, an der A- und/oder B-Säule des Fahrzeugs o.dgl. angeordnet werden. Das Lichtmodul bietet mit Hilfe der Verwendung des LARP-Verfahrens und durch den Einsatz eines dichroitischen Strahlteilers eine sehr hohe Lichteffizienz, insbesondere im Vergleich zur Lösung mit einer Leuchtdiode (LED) als Lichtquelle. Dadurch lässt sich ein eventuell auftretendes Wärmeproblem für das Fahrzeug beseitigen. Das Lichtmodul ermöglicht eine schnelle dynamische Lichtansteuerung, wobei eine Lichtanpassung für die Fahrzeuginnenbeleuchtung und/oder eine Lichtverfolgung eines Objektes in Echtzeit ermöglicht ist. In vorteilhafter Weise ist das Lichtmodul als Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Fahrzeug und einem Passagier und/oder zwischen dem Fahrzeug und einem Fußgänger für das zukünftige autonome Fahren geeignet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt die
    • Fig.
    das Lichtmodul in einer schematischen Ansicht.
  • In der Fig. ist ein Lichtmodul 1 zu sehen, welches insbesondere für die Außen- und/oder Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs Verwendung findet. Das Lichtmodul 1 umfasst eine Lichtquelle 2 zur Erzeugung von im Wesentlichen monochromatischer Primärlichtstrahlung 3, eine Umlenkeinheit 4 zur Ausrichtung beziehungsweise Fokussierung der Primärlichtstrahlung 3 auf einen Konverter 5, 6 zur Umwandlung der Primärlichtstrahlung 3 in Sekundärlichtstrahlung 7, 8 mit einem anderen optischen Spektrum und/oder mit einem anderen Dominantfarbort, und eine Abbildungsoptik 9 zur Fokussierung der Sekundärlichtstrahlung 7, 8 auf einen Abbildungsort 10. Die mittels der Abbildungsoptik 9 geformte abgebildete Strahlung 21, 22 wird somit auf den Abbildungsort 10, der beispielsweise in der Art einer Abbildungsebene ausgebildet ist, projiziert.
  • Die Umlenkeinheit 4 ist verstellbar ausgebildet, um eine Aufteilung der Primärlichtstrahlung 3 in zwei Teilbereiche, und zwar einen ersten Teilbereich 11, 11' und einen zweiten Teilbereich 12, 12' vorzunehmen. Mittels der Umlenkeinheit 4 ist der erste Teilbereich 11, 11' auf den einen Konverter 5, und zwar den ersten Konverter 5, zur Erzeugung der Sekundärlichtstrahlung 7, und zwar der ersten Sekundärlichtstrahlung 7, ausrichtbar. Der zweite Teilbereich 12, 12' ist auf einen weiteren, zweiten Konverter 6 zur Erzeugung einer weiteren, zweiten Sekundärlichtstrahlung 8 ausrichtbar. Ein zwischen den Konvertern 5, 6 und der Abbildungsoptik 9 befindlicher Strahlungsteiler 13 ist des Weiteren zur Kopplung beziehungsweise Überlappung und/oder Mischung der beiden Sekundärlichtstrahlungen 7, 8 vorgesehen.
  • Zweckmäßigerweise kann die Lichtquelle 2 aus einem Laser, und zwar einem Laser für blaue Lichtstrahlung, bestehen. Bei dem Laser kann es sich um eine Laserdiode handeln. Die von der Laserdiode 2 erzeugte blaue Lichtstrahlung wird mittels einer Kollimationsoptik 14 gebündelt, so dass die Primärlichtstrahlung 3 aus paralleler blauer Laserstrahlung besteht. Der Strahlungsteiler 13 kann zwecks Minimierung der Strahlungsverluste als ein dichroitischer Strahlteiler ausgebildet sein.
  • Zur Verstellung ist die Umlenkeinheit 4 von einer Ansteuereinheit 15 ansteuerbar. Die Umlenkeinheit 4 besteht aus einem zweidimensionalen Spiegel, und zwar aus einem MEMS(Microelectromechanical System)-Spiegel mit einzeln ansteuerbaren Pixeln, wobei die Pixel in einem zweidimensionalen Feld in der Art eines Arrays angeordnet sind. Der zweidimensionale MEMS-Spiegel 4 ist mit einer sehr hohen Reflektionsbeschichtung, die insbesondere größer als 99 % ist, versehen. Der MEMS-Spiegel 4 sowie die Ansteuereinheit 15 sind für die Ausführung von schnellen Bewegungen der Pixel in beiden Richtungen ausgebildet. Dabei liegen die hohen Geschwindigkeiten für die Bewegung der Pixel im kHz-Bereich.
  • Des Weiteren ist ein optischer Sensor 16 in der Art eines Sensorarrays vorgesehen, der die erzeugte Sekundärlichtstrahlung 7, 8 detektiert. Mit Hilfe des optischen Sensors erfolgt dann die Überwachung der Bewegung der Umlenkungseinheit 4. Es kann mit Hilfe des optischen Sensors 16 somit festgestellt werden, falls die Umlenkungseinheit 4 nicht funktioniert, einer der Konverter 5, 6 beschädigt worden ist oder defekt ist o. dgl., und in einem solchen Fall können dann geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen werden.
  • Die Strahlung im ersten Teilbereich 11, 11' sowie im zweiten Teilbereich 12, 12' wird mittels einer zwischen der Umlenkeinheit 4 und den Konvertern 5, 6 befindlichen Lichtformungsoptik 17 zur geformten Lichtstrahlung 18 aufbereitet. Die dann im Wesentlichen parallelisierte geformte Lichtstrahlung 18 aus dem ersten Teilbereich 11, 11' wird mittels eines optischen Spiegels 19 auf den ersten Konverter 5 gelenkt. Die aus dem zweiten Teilbereich 12, 12' stammende, parallelisierte geformte Lichtstrahlung 18 wird direkt auf den zweiten Konverter 6 gelenkt. Ein Blender 20 ist an der den Konvertern 5, 6 zugewandten Seite der Lichtformungsoptik 17 zwischen dem ersten Teilbereich 11, 11' und dem zweiten Teilbereich 12, 12' zur Absorbierung von unerwünschter Lichtstrahlung im Übergangsbereich zwischen dem Teilbereichen 11, 11' und dem Teilbereich 12, 12' angeordnet. Der Blender 20 verhindert somit die Abbildung eines Ghostbildes, also das eventuelle Auftreten von Geisterbildern. Bei dem Blender 20 kann es sich um ein Bauteil zur Absorption von Lichtstrahlung handeln. In einfacher Art und Weise lässt sich der Blender 20 jedoch auch durch eine Software für die Ansteuereinheit 15 realisieren, welche die Lichtquelle 2 bei der Verstellung der Umlenkeinheit 4 im Übergang zwischen dem ersten Teilbereich 11, 11' und dem zweiten Teilbereich 12, 12' ausschaltet.
  • Der Konverter 5, 6 kann von einer dünnen Schicht aus Fluoreszenzmaterial gebildet sein. Und zwar handelt es sich um unterschiedliche Farben für die Fluoreszenzschicht für den ersten Konverter 5 und den zweiten Konverter 6. Insbesondere kann die eine Fluoreszenzschicht aus einer Schicht mit Rotphosphor und die andere Fluoreszenzschicht aus einer Schicht mit Grünphosphor bestehen. Die Mischfarbe für die Sekundärlichtstrahlung 7, 8 ist durch die Ansteuerung der Intensität der entsprechenden einzelnen Pixel des MEMS-Spiegels 4 im ersten Teilbereich 11, 11' sowie im zweiten Teilbereich 12, 12' und/oder durch die Mischung der beiden konvertierten Sekundärlichtstrahlungen 7, 8 bestimmt. Einer der Konverter 5, 6 kann auch mit einer Diffusionsschicht in der Art einer Diffusionsfolie beschichtet sein.
  • Das insbesondere für die Außen- und/oder Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs verwendbare Lichtmodul 1 wird wie folgt betrieben.
  • Zunächst wird von der Lichtquelle 2 im Wesentlichen monochromatische Primärlichtstrahlung 3 erzeugt. Die Primärlichtstrahlung 3 wird auf einen Konverter 5, 6 zur Umwandlung der Primärlichtstrahlung 3 in Sekundärlichtstrahlung 7, 8 mit einem anderen optischen Spektrum und/oder mit einem anderen Dominantfarbort umgelenkt. Hierfür wird die Primärlichtstrahlung 3 in zwei, insbesondere aus jeweils einem zweidimensionalen Pixelfeld bestehende, Teilbereiche 11, 11' sowie 12, 12' aufgeteilt. Der erste Teilbereich 11, 11' wird auf den ersten Konverter 5 zur Erzeugung der ersten Sekundärlichtstrahlung 7 ausgerichtet. Der zweite Teilbereich 12, 12' wird auf den weiteren, zweiten Konverter 6 zur Erzeugung einer weiteren, zweiten Sekundärlichtstrahlung ausgerichtet. Die beiden Sekundärlichtstrahlungen 7, 8 werden dann mittels des Strahlungsteilers 13 gekoppelt und/oder gemischt. Schließlich wird die so erzeugte Sekundärlichtstrahlung 7, 8 als abgebildete Strahlung 21, 22 auf den Abbildungsort 10 abgebildet.
  • Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So ist das Lichtmodul 1 nicht nur für die Außen- und/oder Innenbeleuchtung in einem Kraftfahrzeug einsetzbar. Vielmehr kann das Lichtmodul 1 auch in der Art eines "intelligent" Spotlights, auch bei anderen Verwendungen als im Kraftfahrzeug, eingesetzt werden. Insbesondere kann die Erfindung auch für die dynamische Innenbeleuchtung in Echtzeit, beispielsweise für die dynamische Dachbeleuchtung, für die Außenbeleuchtung, beispielsweise zur Bodenbeleuchtung oder Logo-Zeichnung auf dem Boden, und/oder für die optische Kommunikation bei einem autonomen Fahrzeug, beispielsweise zur Kommunikation zwischen den Fahrzeugen oder zwischen dem Fahrzeug und Fußgängern, verwendet werden.
    • Bezugszeichen-Liste:
    • 1:
    Lichtmodul
    2:
    Lichtquelle / Laserdiode
    3:
    Primärlichtstrahlung
    4:
    Umlenkeinheit
    5:
    (erster) Konverter
    6:
    (zweiter) Konverter
    7:
    (erste) Sekundärlichtstrahlung
    8:
    (zweite) Sekundärlichtstrahlung
    9:
    Abbildungsoptik
    10:
    Abbildungsort
    11,11':
    (erster) Teilbereich
    12,12':
    (zweiter) Teilbereich
    13:
    Strahlungsteiler
    14:
    Kollimationsoptik
    15:
    Ansteuereinheit
    16:
    optischer Sensor
    17:
    Lichtformungsoptik
    18:
    geformte Lichtstrahlung
    19:
    optischer Spiegel
    20:
    Blender
    21,22:
    abgebildete Strahlung

Claims (9)

  1. Lichtmodul, insbesondere für die Außen- und/oder Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lichtquelle (2) zur Erzeugung von im Wesentlichen monochromatischer Primärlichtstrahlung (3), eine Umlenkeinheit (4) zur Ausrichtung der Primärlichtstrahlung (3) auf einen Konverter (5, 6) zur Umwandlung der Primärlichtstrahlung (3) in Sekundärlichtstrahlung (7, 8) mit einem optischen Spektrum und/oder mit einem Dominantfarbort, und eine Abbildungsoptik (9) zur Fokussierung der Sekundärlichtstrahlung (7, 8) auf einen Abbildungsort (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinheit (4) verstellbar zur Aufteilung der Primärlichtstrahlung (3) in zwei Teilbereiche (11, 11', 12, 12') ausgebildet ist, dass der erste Teilbereich (11, 11') auf den Konverter (5) zur Erzeugung der Sekundärlichtstrahlung (7) ausrichtbar ist, dass der zweite Teilbereich (12, 12') auf einen weiteren Konverter (6) zur Erzeugung einer weiteren Sekundärlichtstrahlung (8) ausrichtbar ist, und dass ein, insbesondere zwischen den Konvertern (5, 6) und der Abbildungsoptik (9) befindlicher, Strahlungsteiler (13) zur Kopplung und/oder Mischung der beiden Sekundärlichtstrahlungen (7, 8) vorgesehen ist.
  2. Lichtmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) aus einem Laser, insbesondere einen Laser für blaue Lichtstrahlung, besteht, wobei es sich vorzugsweise bei dem Laser (2) um eine Laserdiode handelt.
  3. Lichtmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinheit (4) zur Verstellung von einer Ansteuereinheit (15) ansteuerbar ist, und dass vorzugsweise die Umlenkeinheit (4) aus einem zweidimensionalen Spiegel, insbesondere einem MEMS(Microelectromechanical System)-Spiegel mit einzeln ansteuerbaren Pixeln, die insbesondere in einem zweidimensionalen Feld angeordnet sind, besteht.
  4. Lichtmodul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsteiler (13) als ein dichroitischer Strahlteiler ausgebildet ist.
  5. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor (16) in der Art eines Sensorarrays zur Überwachung der Bewegung der Umlenkungseinheit (4) vorgesehen ist.
  6. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blender (20) zwischen dem ersten Teilbereich (11, 11') und dem zweiten Teilbereich (12, 12') zur Absorbierung von unerwünschter Lichtstrahlung im Übergangsbereich zwischen den beiden Teilbereichen (11, 11', 12, 12') vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Blender (20) durch eine Software realisiert ist, welche die Lichtquelle (2) bei der Verstellung der Umlenkeinheit (4) im Übergang zwischen dem ersten Teilbereich (11, 11') und dem zweiten Teilbereich (12, 12') ausschaltet.
  7. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter (5, 6) von einer dünnen Schicht aus Fluoreszenzmaterial in unterschiedlichen Farben, insbesondere aus einer Schicht mit Rotphosphor und einer Schicht mit Grünphosphor, gebildet ist, und dass vorzugsweise die Mischfarbe durch die Ansteuerung der Intensität der entsprechenden einzelnen Pixel im ersten Teilbereich (11, 11') sowie im zweiten Teilbereich (12, 12') und/oder durch die Mischung der beiden konvertierten Sekundärstrahlungen (7, 8) bestimmt ist.
  8. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer von den Konvertern (5, 6) mit einer Diffusionsschicht in der Art einer Diffusionsfolie beschichtet ist.
  9. Verfahren zur Erzeugung von Lichtstrahlung, insbesondere für die Außen- und/oder Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs, wobei von einer Lichtquelle (2) im Wesentlichen monochromatische Primärlichtstrahlung (3) erzeugt wird, wobei die Primärlichtstrahlung (3) auf einen Konverter (5, 6) zur Umwandlung der Primärlichtstrahlung (3) in Sekundärlichtstrahlung (7, 8) mit einem optischen Spektrum und/oder mit einem Dominantfarbort umgelenkt wird, und wobei die Sekundärlichtstrahlung (7, 8) auf einen Abbildungsort (10) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärlichtstrahlung (3) in zwei, insbesondere aus jeweils einem zweidimensionalen Pixelfeld bestehende, Teilbereiche (11, 11', 12, 12') aufgeteilt wird, dass der erste Teilbereich (11, 11') auf den Konverter (5) zur Erzeugung der Sekundärlichtstrahlung (7) ausgerichtet wird, dass der zweite Teilbereich (12, 12') auf einen weiteren Konverter (6) zur Erzeugung einer weiteren Sekundärlichtstrahlung (8) ausgerichtet wird, und dass die beiden Sekundärlichtstrahlungen (7, 8) mittels eines Strahlungsteilers (13) gekoppelt und/oder gemischt werden sowie insbesondere anschließend auf den Abbildungsort (10) abgebildet werden.
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