EP3833903A1 - Projektionseinrichtung aus einer vielzahl von mikro-optiksystemen und ein lichtmodul für einen kraftfahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Projektionseinrichtung aus einer vielzahl von mikro-optiksystemen und ein lichtmodul für einen kraftfahrzeugscheinwerfer

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EP3833903A1
EP3833903A1 EP19752993.6A EP19752993A EP3833903A1 EP 3833903 A1 EP3833903 A1 EP 3833903A1 EP 19752993 A EP19752993 A EP 19752993A EP 3833903 A1 EP3833903 A1 EP 3833903A1
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EP
European Patent Office
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micro
light
optical system
optical
different
Prior art date
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EP19752993.6A
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English (en)
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Andreas Moser
Bernhard Mandl
Friedrich Bauer
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ZKW Group GmbH
Original Assignee
ZKW Group GmbH
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Publication date
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    • F21S41/265—Composite lenses; Lenses with a patch-like shape
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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]
    • F21S41/143—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being parallel to the optical axis of the illuminating device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/40—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by screens, non-reflecting members, light-shielding members or fixed shades
    • F21S41/43—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by screens, non-reflecting members, light-shielding members or fixed shades characterised by the shape thereof
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a projection device for a light module
  • Motor vehicle headlamp which is formed from a plurality of micro-optic systems arranged in a matrix, each micro-optic system having a micro-entry optic, a micro-exit optic assigned to the micro-entry optic and a micro-aperture arranged between the micro-entry optic and the micro-exit optic , wherein all micro entry optics form an entry optic, all micro exit optics form an exit optic and the micro diaphragms form a diaphragm device, the diaphragm device being arranged in a plane which is essentially orthogonal to the main emission direction of the projection device and the entry optics, the exit optics and the
  • Diaphragm device are arranged in mutually parallel planes.
  • the invention relates to a light module with at least one of these
  • Micro-projection light module in which individual projection systems - projection devices - are strung together. With each individual projection system, a sharp image of an overall light distribution, for example one
  • a single micro-optical system, from which the projection systems are formed, is designed for the wavelength of approx. 555 nm, i.e. for the green color range. This area is in focus, all others
  • Wavelength ranges are blurred due to the chromatic aberration. With a low beam distribution, for example, this leads to the light-dark boundary being given a violet color fringe. With such a projection system, the color of the color fringe can only be deliberately defocused
  • Adjust projection systems by changing the position of the micro exit optics.
  • this leads, for example, to a large gap which is very visible to the naked eye between the low-beam light distribution and a partial high-beam light distribution (if the lens is defocused in the direction of the beam diaphragm) or that the color fringe becomes even bluer (if the lens is defocused away from the beam diaphragm (diaphragm device)).
  • Other solutions such as achromatic lenses are too complex and expensive to manufacture because they require a certain combination of materials.
  • the task is carried out with a projection device of the type mentioned above
  • the entirety of the micro-optic systems is divided into at least two micro-optic system groups, the micro-diaphragms of the micro-optic systems of each micro-optic system group by means of light at least one light wavelength from a predetermined light wavelength range, preferably by Light of a given light wavelength, can be reproduced sharply and the given light wavelength ranges for different micro-optical system groups
  • each micro-optical system group is assigned one, preferably exactly one, light wavelength.
  • Each micro-optical system group is thus characterized by a light wavelength from a predetermined light wavelength range, preferably by a predetermined light wavelength. It can also be said that one of the micro-optical system groups only light at least one light wavelength from a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined one
  • Focused light wavelength Other micro-optical system groups are defocused with respect to the light of a light wavelength from this predetermined light wavelength range, preferably the predetermined light wavelength.
  • the light distributions generated with the aid of the projection device are formed as an overlay of a multiplicity of micro-light distributions - light distributions which are formed by individual micro-optic systems. Furthermore, each micro-optical system group is set up to form a partial light distribution. The partial light distributions are superimpositions of those micro light distributions that are made using the micro-optical systems belonging to the corresponding micro-optical system group are formed / shaped. The light distribution or the total light distribution is also a superposition of the partial light distributions of individual micro-optical system groups.
  • the above-mentioned sharp imaging of the micro-diaphragms results in micro-light-dark transitions or boundaries in the light image which have color fringes in different colors.
  • the color fringes in the light image are also superimposed, whereby a color compensation effect is achieved in which the color of a color fringe is adapted to the overall light distribution or the overall light distribution.
  • the predetermined light wavelength ranges, in particular the predetermined light wavelengths are preferably selected such that a white color fringe is produced.
  • micro-diaphragm is spaced a distance from the micro-exit optic, the distance from the at least one light wavelength being predetermined
  • Light wavelength range preferably depends on a predetermined light wavelength and is essentially the same within the same micro-optical system group, the distances between the micro-optical systems from different micro-optical system groups being different.
  • the micro-diaphragms can be spaced the same distance from the respective micro-exit optics, this distance being at least one light wavelength from the
  • the micro-optical systems can consist of two or more different micro- Optical system groups have two or more different distances between their micro-diaphragms and the respective micro-exit optics.
  • Each micro-optical system group can be set up to sharply image micro-diaphragms in the light of at least one light wavelength from a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined light wavelength.
  • differences between the distances in different micro-optical system groups are from about 0.01 mm to about 0.12 mm, preferably from about 0.01 mm to about 0.06 mm, in particular from about 0.01 mm to about 0.03 mm, the micro exit optics having an intersection - the distance between the focal point and the light entry surface - which depends on the at least one light wavelength from a predetermined light wavelength range and on its diameter.
  • micro exit optics can be designed for green light. If, for example, the micro exit optics are designed as plano-convex lenses with a lens diameter of approximately 2 mm, they can have an intersection of approximately 0.7 mm (“green focal point”) for light with a light wavelength of approximately 555 nm (“green light”) ”) have (see example in the figure description).
  • micro-diaphragms in a micro-optical system group is assigned to one of these micro-optical system groups
  • predetermined light wavelength range preferably can be tuned to a light wavelength.
  • the micro-optical system group is to image the micro-diaphragms for green light (from the green region of the spectrum with light wavelengths from approximately 490 nm to approximately 575 nm: 1 ⁇ 490-575 nm, in particular 1 ⁇ 555 nm) determines the position of the intermediate image plane for these wavelengths and then the micro-diaphragms of the micro-optical system group in the green intermediate image plane
  • the micro-diaphragms are at a distance from the micro-exit optics, which is matched to the green light and is therefore related to the corresponding light wavelength.
  • the optically active edges within the same micro-optical system group can be sharply imaged with light from a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined light wavelength. This means that the light-dark transition (transitions) generated by the optically effective edges, for example light-dark boundary (s), has a color fringe of a corresponding color.
  • the micro exit optics of each micro optic system have a light exit surface with a predetermined curvature, the predetermined curvature (the value of the predetermined curvature) of the at least one light wavelength from a predetermined light wavelength range, preferably one of the predetermined light wavelengths and is essentially the same within the same micro-optical system group, the predetermined curvatures in the micro-optical systems from different micro-optical system groups
  • micro-diaphragms of each micro-optical system group have optically effective edges which are used to image an im
  • Light wavelengths can be depicted sharply.
  • micro-diaphragms of each micro-optical system group are combined to form a micro-diaphragm group and the micro-diaphragm groups are of identical design, preferably each micro-diaphragm as a plate an opaque material with an opening is formed, in particular each micro-aperture along the main radiation direction a finite Thickness, for example from about 0.01 mm to about 0.12 mm, preferably from about 0.06 mm.
  • the above-mentioned object is achieved with a light module with at least one projection device according to the invention, the light module also having a light source, the projection device of the light source in
  • Light emission direction is downstream and projects essentially all of the light generated by the light source into an area in front of the light module in the form of a light distribution with a cut-off line, the light distribution consisting of a plurality of overlapping partial light distributions, each with a partial light Dark boundary is formed and each partial light distribution is formed by exactly one micro-optical system group.
  • each partial light-dark boundary has a color fringe of a predetermined color and different partial light-dark borders have color fringes of different colors.
  • each color of a light wavelength from a predetermined light wavelength range preferably a predetermined one
  • the light source is set up to generate collimated light.
  • the light source is a
  • the light-collimating optical element comprises a light-collimating optical element and a preferably semiconductor-based lighting element upstream of the light-collimating optical element, for example an LED light source, the light-collimating optical element being a, for example
  • Collimator or a light collimating attachment optics or a TIR lens Collimator or a light collimating attachment optics or a TIR lens.
  • the light source has at least two light-emitting areas, each individual light-emitting area being controllable, for example, on and off, independently of the other light-emitting areas of the light source, and each light-emitting area having at least one, preferably exactly one, micro-optical system system. Group is assigned such that of the respective light-emitting area generated light directly and only hits the micro-optical system group assigned to this light-emitting area. This enables dynamic adjustment, ie adjustment in operation of the light module, of the color of the color fringe of the light-dark boundary.
  • FIG. 1 shows a lighting device with a projection device from a plurality of micro-optical systems in a perspective view
  • FIG. La exploded view of one of the micro-optical systems of Figure 1;
  • Fig. Lb shows a section A-A of the micro-optical system of Figure la;
  • Fig. 6 different forms of micro-shutters and micro-light distributions
  • Fig. 7 is a low beam distribution with an asymmetrical light-dark boundary.
  • Adjustment devices, electrical supply means and much more are provided with reference axes to simplify legibility and where appropriate. These reference axes relate to a professional installation position of the subject matter of the invention in a motor vehicle and represent a motor vehicle-related coordinate system.
  • FIG. 1 shows a lighting device 1 for a motor vehicle headlight, which can correspond to the light module according to the invention.
  • the lighting device 1 comprises a projection device 2, which is formed from a multiplicity of micro-optic systems 3 arranged in a matrix, each micro-optic system 3 having a micro-entry optic 30, a micro-exit optic 31 assigned to the micro-entry optic 30 and one between the micro- Entry optics 30 and the micro-exit optics 31 arranged micro-aperture 32.
  • FIG. 1 shows that the matrix-like arrangement of the micro-optical systems 3 extends in two directions X (horizontal) and Y (vertical), which are essentially orthogonal to the main emission direction Z.
  • the coordinate system shown in FIGS. 1, 1 a and 1 b is, as described above, related to the lighting device 1 in its normal installation position.
  • the lighting device 1 can be used to generate light distributions which are formed as a superimposition of a multiplicity of micro-light distributions (as for example in FIG. 6) - light distributions which are formed by individual micro-optical systems.
  • FIG. 7 shows an example of such a light distribution as one
  • Low beam distribution 8 is formed with a light-dark boundary with an asymmetry increase 80. If micro-optic systems are grouped into specific micro-optic system groups (see below or above), then each micro-optic system group is set up to form a partial light distribution. The partial light distributions are also superimpositions of several micro light distributions. The light distribution
  • the total light distribution is a superposition of partial light distributions.
  • Each micro-optic system 3 preferably consists of exactly one micro-entry optic 30, exactly one micro-exit optic 31 and exactly one micro-aperture 32 (FIG. 1 a).
  • all micro-entry optics 30 form, for example, one-piece entry optics 4.
  • all micro-exit optics 31 form, for example, one-piece exit optics 5 and the micro-diaphragms 32 form, for example, one-piece diaphragm device 6.
  • the entry optics 4, the exit optics 5 and the diaphragm device 6 a projection device 2, for example in one piece.
  • the entry optics 4, the exit optics 5 and the diaphragm device 6 a projection device 2, for example in one piece.
  • Projection device 2 is not formed in one piece.
  • the micro entry optics 30, the micro exit optics 31 and the micro diaphragms 32 can be applied, for example, to one or more, preferably translucent, substrate (s) 40, 50, 51, 52, 60 made of glass or plastic, for example.
  • the diaphragm device 6 is arranged in a plane which is essentially orthogonal to the main emission direction Z of the projection device 2 - in the intermediate image plane 322. Thus, all of the micro-diaphragms 32 are also located in the intermediate image plane 322.
  • the entry optics 4, the exit optics 5 and the diaphragm device 6 are arranged in planes which are essentially parallel to one another.
  • FIG. 1 a shows that the micro-aperture 32 can have an optically effective edge 320.
  • the micro diaphragm 32 is spaced apart from the micro exit optics 31 by a distance d.
  • the optically effective edge 320 can be set up or designed to generate the light-dark boundary of the micro-light distribution - a so-called micro-light-dark boundary 3200, 3201 (see FIG. 6). At this point reference should be made to FIG. 6.
  • FIG. 6 shows various shapes of the optically active edges 320a, 320b, 320c, 320d, 320e of a micro-aperture 32, as well as micro-light distributions corresponding to these shapes, which, for example, have a substantially horizontal micro Light-dark boundary 3201 or a micro-light-dark boundary with one
  • a micro-light distribution is by the respective micro-optical system 3
  • each micro-optical system 3 therefore preferably forms exactly one micro-light distribution and vice versa: each micro-light distribution is preferably formed by exactly one micro-optical system 3.
  • the optically effective edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e can have different courses. If the micro-diaphragm 32, as shown in Ligur 1b, is formed as an opening 321, 321a, 321b, 321c, 321d, 321e in an otherwise opaque plate, the optically active edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e, which is designed as a breakthrough limit in this pall, has a closed Lorm (see also Ligur 6).
  • At least a part of the optically active edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e is set up / configured for the Lormen / formation of the micro-light-dark boundary 3200, 3201. In the case of the micro-diaphragms shown in the ligures 1a and 6, this is the lower part of the optically active edge 320, 320a
  • the Lachmann immediately recognizes that geometric features of the light distributions (including the partial light distributions and the micro light distributions) relate to technical features relating to a two-dimensional projection of the respective light distribution.
  • Projection can arise in a lighting technology laboratory, for example, if you have the
  • Light module a lighting device or a motor vehicle headlight is set up.
  • the above is to be applied accordingly to light-dark borders (partial or micro-light-dark borders).
  • the optically effective edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e is only sharply imaged with light of a certain parbe or a certain wavelength.
  • the optically effective edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e of the micro-aperture 32 which is spaced by this focal distance from the micro exit optics 31 (the distance d is equal to the focal length in this case), in the form of a micro-light-dark boundary with a Violet color fringe shown when the micro-optical system is irradiated with white light, for example a semiconductor-based light source, preferably an LED light source.
  • the violet color of the color fringe is due to a mixture of blue and red components of the white light.
  • the distance d is changed by shifting the micro-aperture 32 along the main emission direction Z. This also changes the color of the color fringe, because the micro-aperture is no longer at an intersection of the green rays (light rays off with a
  • the distance d can therefore be chosen as a function of the light wavelength A d .
  • This example gives a general statement: if all micro-optical systems of the projection device are identical, light-dark transitions of a light distribution generated with the projection device, for example light-dark boundary of a low beam distribution, have a color fringe in a color that is different from the distance d the micro-aperture depends on the micro exit optics. The color of this color fringe results from the mixing of light of the wavelengths for which the micro-apertures are not in the focal plane
  • FIG. 1 shows three groups of micro-optical systems G1, G2, G3.
  • Each micro-optical system group Gl, G2, G3 is a given
  • Light wavelength range e.g. green area
  • each micro-optic system group includes micro-optic systems whose micro-diaphragms are only exposed to light
  • Light wavelengths AGI, AG2, AG3 from the predefined light wavelength range preferably by means of light of a predefined light wavelength (for example of approximately 555 nm) can be imaged sharply.
  • the predetermined light wavelength ranges preferably the predetermined light wavelengths AGI, AG2, AG3, of different micro-optical system groups Gl, G2, G3 are different. It can be expedient that the different light wavelength ranges do not overlap.
  • Total light distribution is adjusted. The default ones are preferred
  • Light wavelength ranges in particular the specified light wavelengths, are selected such that a white color fringe is produced.
  • micro-diaphragms 32 of each micro-optic system group G1, G2, G3 can be combined to form a micro-diaphragm group, whereby the micro-diaphragm groups can be designed identically.
  • each micro-optical system 3 at least a part of the micro-aperture 32 is spaced from the micro-exit optics 31 by a distance d, dl, d2, d3, the distance d, dl, d2, d3 from depends on a light wavelength Xd, XGI, XG2, XG3 from a predefined light wavelength range or from one of the predefined light wavelength ranges and is essentially the same within the same micro-optical system group Gl, G2, G3.
  • the distances d1, d2, d3 can be in the micro-optical systems 3 from different micro-optical system groups Gl, G2, G3
  • micro-optical system group G1 G2, G3 the micro-diaphragms 32 are spaced the same distance from the respective micro-exit optics, this distance d1, d2, d3 according to a light wavelength from the predetermined, this micro-optical system group Gl, G2, G3 assigned light wavelength range, preferably the predetermined light wavelength XGI, XG2, XG3 is selected.
  • the micro-optical systems 3 from two or more different micro-optical system groups G1, G2, G3 have two or more different distances d1, d2, d3 between their micro-diaphragms 32 and the respective micro-exit optics 31.
  • Each micro-optical system group Gl, G2, G3 is set up, micro-aperture 32 in the light of the at least one light wavelength a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined
  • the micro-aperture is sharply imaged by green light with a light wavelength of approx. 555 nm.
  • the differences Ad 12, Ad 22 between the distances d1, d2, d3 in different micro-optical system groups Gl, G2, G3 can be about 0.01 mm to about 0.12 mm, preferably from about 0.01 mm to about 0 .06 mm, in particular from about 0.01 mm to about 0.03 mm.
  • micro-diaphragms in a micro-optical system group is assigned to one of these micro-optical system groups
  • predetermined light wavelength range preferably can be tuned to a light wavelength.
  • the micro-optical system group is to image the micro-diaphragms for green light (from the green region of the spectrum with light wavelengths from approximately 490 nm to approximately 575 nm: 1 ⁇ 490-575 nm, in particular 1 ⁇ 555 nm) determines the position of the intermediate image plane for these wavelengths and then the micro-diaphragms of the micro-optical system group in the green intermediate image plane
  • micro-diaphragms are at a distance from the micro-exit optics, which is matched to the green light and is therefore related to the corresponding light wavelength.
  • the position of the micro-diaphragms is determined as a function of the light wavelength from a different light wavelength range of the spectrum.
  • Other areas of the spectrum are, for example: violet area (violet light) with a light wavelength of about 380 nm to about 420 nm (l ⁇ 380 - 420 nm); blue area (blue light) with light wavelength from about 420 nm to about 490 nm (l ⁇ 420 - 490 nm); yellow area (yellow light) with light wavelength from about 575 nm to about 585 nm (1 ⁇ 575 - 585 nm); orange area (orange light) with light wavelength from about 585 nm to about 650 nm (l ⁇ 585 - 650 nm), and red area (red light) with light wavelength from about 650 nm to about 750 nm (l ⁇ 650 - 750 nm)
  • optically active edges 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e within the same micro-optical system group can be emitted with light from a given one
  • Light wavelength range preferably a predetermined light wavelength can be imaged sharply. That is, the light / dark transition (transitions) generated by the optically active edges 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e, for example light / dark boundary (s), has one Color fringe of a corresponding color.
  • a shift of the micro-aperture (green focal point) spaced by approximately 0.7 mm from the micro-exit lens leads by approximately 0.06 mm in the horizontal direction to the micro-exit lens or away from it Micro exit optics to a red or a blue color border at the micro-light-dark transition or the border.
  • a shift of the micro-aperture by 0.03 mm to the micro-exit optics (or the micro-exit optics to the micro-aperture results in an orange colored border).
  • An overlay of the color fringes in different colors in the photograph leads to a clear compensation of the color fringe.
  • a yellow-reddish color fringe can be overlaid with a violet color fringe and thereby produce an essentially white color fringe - compensation. This can be done with a
  • Projection device can be achieved, which comprises two micro-optic system groups, which consist of an equal number of micro-optic systems, the micro-exit optics of a micro-optic system group being about 0.06 mm thicker than those of the others.
  • the sharpness factor can then be adjusted to the light distribution.
  • the different distances d1, d2, d3 in the different micro-optical system groups G1, G2, G3 can be achieved, for example, by different thicknesses of the micro-exit optics 32 themselves, the corresponding substrates or the corresponding ones
  • Adhesive layers between the corresponding substrate and the micro exit optics Adhesive layers between the corresponding substrate and the micro exit optics.
  • FIG. 1 shows that the micro exit optics 32 are applied to a substrate 50, 51, 52.
  • the substrate 50, 51, 52 is, depending on the micro-optical system group Gl,
  • the thickness of the substrate 50, 51, 52 in the corresponding micro-optical system group Gl, G2, G3 defines the distances dl, d2, d3 between the micro- Apertures 32 and the micro exit optics 31 of this micro-optical system group Gl, G2, G3. It is also conceivable to design the substrate 60 of the diaphragm device 6 or the substrate 40 of the entrance optics 4 for the different micro-optical system groups G1, G2, G3 with different thicknesses.
  • the different distances d1, d2, d3 also with an adhesive layer 53 of a thickness Ad, for example from 0.01 mm to approximately 0.12 mm, preferably from approximately 0.01 mm to approximately 0 , 06 mm, in particular from about 0.01 mm to about 0.03 mm can be achieved.
  • This somewhat thicker adhesive layer can, for example, between the micro exit optics 31 and the substrate 50 of the
  • micro-diaphragms with a thickness D, so that, for example, a rear one, with regard to the micro-exit optics 31 (in
  • Distal part 32a of its optically active edges with light of a first light wavelength XGU is sharply imaged from the predetermined light wavelength range and a front part 32b of its optically active edges with light of a second light wavelength X GI 2 from the proximal with respect to the micro-exit optics 31 predetermined light wavelength range is mapped sharply.
  • micro-optic system with a micro exit optic 31 which has an intersection of about 0.7 mm for beams with a
  • the micro-aperture 32 can be approximately 0.12 mm thick, its center being spaced from the micro-exit optics 31 by approximately 0.7 mm.
  • the distal part 32a of the optically active edge of the micro-aperture 32 becomes at an intersection S ⁇ cn of the red rays with the optical axis OA of the micro-exit optics 31 and the proximal part 32b of the optically active edge of the micro-aperture 32 in one
  • the intersection Sx Gi2 of the blue rays with the optical axis OA of the micro exit optics lie.
  • Different parts of the optically Effective edge, such as the distal or proximal part are in the form of micro-light-dark transitions or borders with color fringes in
  • This overlay can also compensate for the color fringe of the cut-off line.
  • micro-exit optics of different thicknesses - whether achieved by a thicker substrate, thicker adhesive layer or thicker micro-exit optic body - are preferred.
  • the production of micro-diaphragms of different thicknesses is only possible with application methods (lithographic) and lead to an air gap in the projection device.
  • Micro-panels of different thicknesses cannot be connected to flat glass plates, such as those used in the imprint process.
  • Micro exit optics of different thicknesses can, however, be easily produced using a tool.
  • the micro-exit optics 31 of each micro-optic system 3 have a light exit surface with a predetermined curvature kl, k2, the predetermined curvature kl, k2 (the value of the predetermined curvature) of a light wavelength from a predetermined light wavelength range or from one of the predetermined light wavelength ranges, preferably from one of the
  • Light wavelengths AGI, AG2, AG3 depends and is essentially the same within the same micro-optical system group Gl, G2, G3, the predetermined curvatures kl, k2 in the micro-optical system 3 from different micro-optical system groups Gl, G2, G3 are different.
  • FIG. 5 shows schematically two micro-exit optics 31 from different micro-optic system groups G1, G2 and upstream of these micro-exit optics 31 micro-shutters 32.
  • the micro-shutters in this example are at the same distance from the micro- Exit optics 31 are arranged. It is understood that this is not a limitation.
  • the distance between the micro-aperture and the micro-exit optics can also vary here, as described above and be adapted to the light wavelength.
  • the light exit surfaces of the micro exit optics 31 of FIG. 5 are curved differently.
  • the optically effective edges of the micro-diaphragms 32 are imaged as micro-light-dark transitions or boundaries 3200, 3201 with color fringes in different colors.
  • the light wavelengths can be selected in such a way that the color fringing that occurs after the overlay is white.
  • the micro-diaphragms can be expedient not only to vary the position of the micro-diaphragms (the distance d1, d2, d3 between the micro-diaphragm and the respective micro-exit optics) from micro-optic system group to micro-optic system group, but rather also change the curvatures kl, k2 of the light exit surfaces of the micro exit optics.
  • the overall thickness of the projection device can also influence the elongated extent of the entire light module in which the projection device is used, and thus e.g. the depth can be adjusted.
  • the micro-optical systems 3 in FIG. 5 to provide an adhesive layer as in FIGS. 2 or 3 or a thicker substrate as in FIG.
  • FIG. 6 shows examples of micro-diaphragms 32 with differently shaped openings 321a, 321b, 321c, 321d, 321e and of micro-light distributions which can be produced by the respective form of the opening.
  • FIG. 6 shows two different forms of micro-light-dark limits: an essentially horizontal micro-light-dark limit 3201 and a micro-light-dark limit with an asymmetry increase 3201.
  • a Superposition of the micro-light distributions of the same micro-optical system group in the light image forms a partial light distribution which has a partial light-dark boundary with a color fringe of a predetermined color, the predetermined color being different from the predetermined one
  • Light wavelength range preferably depends on the predetermined light wavelength.
  • the partial light distributions that overlap in the photograph form a light distribution or total light distribution, such as low beam light distribution 8 in FIG. 7.
  • the micro light distributions with the asymmetry increase 3201
  • Micro-light-dark boundaries have partial light-dark borders with an asymmetry increase, each partial light-dark border having the color fringe in the specified color.
  • the color of the color fringe of the light-dark boundary with the increase in asymmetry 80 in the low-beam light distribution 8 is preferably white.
  • the different micro-optical system groups can be designed separately from one another. It is conceivable that the different micro-optical system groups are spaced apart.
  • the entrance optics, the exit optics and the diaphragm device can be arranged on separate, preferably translucent substrates.
  • FIG. 1 shows that the lighting device 1 for a motor vehicle headlight has a light source 7 that the projection device 2 in
  • Light emission direction Z is upstream.
  • the light source 7 emits light which is projected by means of the projection device 2 into an area in front of the lighting device in the form of a light distribution, for example a low beam distribution 8 with a light-dark boundary, for example a light-dark boundary with an asymmetry increase 80.
  • the light distribution is formed from a multiplicity of overlapping partial light distributions, each with a partial light-dark boundary.
  • Each partial light distribution is formed by exactly one micro-optical system group.
  • the light source 7 can expediently be set up to generate collimated light.
  • the light source 7 can be a light-collimating optical element, such as
  • the light source 7 has three light-emitting regions 70, 71, 72.
  • Each individual light-emitting area can be one or more semiconductor-based light sources, preferably LED light sources, and can be controlled, for example switched on and off, independently of the other light-emitting areas of the light source 7.
  • micro-optical system group Gl, G2, G3 it may be expedient to assign at least one, preferably exactly one, micro-optical system group Gl, G2, G3 to each light-emitting region 70, 71, 72 in such a way that light generated by the respective light-emitting region 70, 71, 72 is directly and only on hits the micro-optical system group G1, G2, G3 assigned to this light-emitting region 70, 71, 72.

Abstract

Projektionseinrichtung (2) für ein Lichtmodul (1) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, die aus einer Vielzahl matrixartig angeordneter Mikro-Optiksysteme (3) gebildet ist, wobei jedes Mikro-Optiksystem (3) eine Mikro-Eintrittsoptik (30), eine der Mikro-Eintrittsoptik (30) zugeordnete Mikro-Austrittsoptik (31) und eine Mikro-Blende (32) aufweist, wobei alle Mikro-Eintrittsoptiken (31) eine Eintrittsoptik (4), alle Mikro-Austrittsoptiken (31) eine Austrittsoptik (5) und die Mikro-Blenden (32) eine Blendenvorrichtung (6) bilden, wobei die Blendenvorrichtung (6) in einer im Wesentlichen zur Hauptabstrahlrichtung (Z) der Projektionseinrichtung (2) orthogonal stehenden Ebene angeordnet ist und die Eintrittsoptik (4), die Austrittsoptik (5) und die Blendenvorrichtung (6) in im Wesentlichen zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind, wobei die Gesamtheit der Mikro-Optiksysteme (3) in zumindest zwei Mikro-Optiksystem-Gruppen (G1, G2, G3) unterteilt ist, wobei die Mikro-Blenden (32) der Mikro-Optiksysteme (3) einer jeden Mikro-Optiksystem-Gruppe (G1, G2, G3) durch Licht zumindest einer Lichtwellenlänge (λG, λG2, λG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich scharf abbildbar sind und die vorgegebenen Lichtwellenlängenbereiche bei unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (G1, G2, G3) unterschiedlich sind.

Description

PROJEKTIONSEINRICHTUNG AUS EINER VIELZAHL VON MIKRO-OPTIKSYSTEMEN UND EIN LICHTMODUL FÜR EINEN KRAFTFAHRZEUGSCHEINWERFER
Die Erfindung betrifft eine Projektionseinrichtung für ein Lichtmodul eines
Kraftfahrzeugscheinwerfers, die aus einer Vielzahl matrixartig angeordneter Mikro- Optiksysteme gebildet ist, wobei jedes Mikro-Optiksystem eine Mikro-Eintrittsoptik, eine der Mikro-Eintrittsoptik zugeordnete Mikro- Austrittsoptik und eine zwischen der Mikro- Eintrittsoptik und der Mikro-Austrittsoptik angeordnete Mikro-Blende aufweist, wobei alle Mikro-Eintrittsoptiken eine Eintrittsoptik, alle Mikro-Austrittsoptiken eine Austrittsoptik und die Mikro-Blenden eine Blendenvorrichtung bilden, wobei die Blendenvorrichtung in einer im Wesentlichen zur Hauptabstrahlrichtung der Projektionseinrichtung orthogonal stehenden Ebene angeordnet ist und die Eintrittsoptik, die Austrittsoptik und die
Blendenvorrichtung in im Wesentlichen zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Lichtmodul mit zumindest einer solchen
Projektionseinrichtung.
Projektionseinrichtungen der oben genannten Art und Lichtmodule mit solchen
Projektionseinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Die internationale Anmeldung WO 2015/058227 Al der Anmelderin zeigt ein
Mikroprojektions-Lichtmodul, bei welchem einzelne Projektionssysteme - Projektionseinrichtungen - aneinandergereiht sind. Mit jedem einzelnen Projektionssystem wird eine scharfe Abbildung einer Gesamtlichtverteilung, beispielsweise einer
Abblendlichtlichtverteilung erzeugt. Die Auslegung eines einzigen Mikro-Optiksystems, aus dem die Projektionssysteme gebildet sind, erfolgt dabei für die Wellenlänge von ca. 555 nm, also für den grünen Farbbereich. Dieser Bereich wird scharf abgebildet, alle anderen
Wellenlängenbereiche dagegen werden aufgrund der chromatischen Aberration unscharf abgebildet. Bei einer Abblendlichtverteilung führt das beispielsweise dazu, dass die Hell- Dunkel-Grenze einen violetten Farbsaum erhält. Die Farbe des Farbsaums lässt sich bei einem solchen Projektionssystem nur über die bewusste Defokussierung der
Projektionssysteme durch Änderung der Position der Mikro- Austrittsoptik einstellen. Dies führt aber beispielsweise dazu, dass ein großer, mit bloßem Auge sehr gut sichtbarer Spalt zwischen der Abblendlichtverteilung und einer Teil-Fernlichtverteilung entsteht (bei Defokussierung der Linse in Richtung Strahlenblende) oder dass der Farbsaum noch blauer wird (bei Defokussierung der Linse weg von der Strahlenblende (Blendenvorrichtung)). Andere Lösungen wie beispielsweise achromatische Linsen sind in der Herstellung zu aufwendig und zu teuer, da sie eine bestimmte Materialkombination erfordern.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen und eine Projektionseinrichtung sowie ein Lichtmodul bereitzustellen, die den Farbsaum kompensieren.
Die Aufgabe wird mit einer Projektionseinrichtung der oben genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gesamtheit der Mikro-Optiksysteme in zumindest zwei Mikro-Optiksystem-Gruppen unterteilt ist, wobei die Mikro-Blenden der Mikro-Optiksysteme einer jeden Mikro-Optiksystem-Gruppe durch Licht zumindest einer Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise durch Licht einer vorgegebenen Lichtwellenlänge, scharf abbildbar sind und die vorgegebenen Lichtwellenlängenbereiche bei unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen
unterschiedlich sind und vorzugsweise nicht überlappen.
Hierdurch wird einer jeden Mikro-Optiksystem-Gruppe eine, vorzugsweise genau eine Lichtwellenlänge zugeordnet. Jede Mikro-Optiksystem-Gruppe ist somit durch eine Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise durch eine vorgegebene Lichtwellenlänge charakterisiert. Es lässt sich darüber hinaus sagen, dass eine der Mikro-Optiksystem-Gruppen nur Licht zumindest einer Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise einer vorgegebenen
Lichtwellenlänge fokussiert. Andere Mikro-Optiksystem-Gruppen sind hinsichtlich des Lichts einer Lichtwellenlänge aus diesem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise der vorgegebenen Lichtwellenlänge defokussiert.
Die mithilfe der Projektionseinrichtung erzeugten Lichtverteilungen werden als eine Überlagerung einer Vielzahl von Mikro-Lichtverteilungen - Lichtverteilungen, die durch einzelne Mikro-Optiksysteme geformt werden - gebildet. Weiters ist jede Mikro- Optiksystem-Gruppe zum Formen einer Teil-Lichtverteilung eingerichtet. Die Teil- Lichtverteilungen sind Überlagerungen von jenen Mikro-Lichtverteilungen, die mithilfe der zu der entsprechenden Mikro-Optiksystem-Gruppe gehörenden Mikro-Optiksysteme gebildet/ geformt werden. Die Lichtverteilung beziehungsweise die Gesamtlichtverteilung ist auch eine Überlagerung von den Teil-Lichtverteilungen einzelner Mikro-Optiksystem- Gruppen.
Durch das oben genannte scharfe Abbilden der Mikro-Blenden beispielsweise ihrer optisch wirksamen Kanten im Licht zumindest einer Lichtwellenlänge aus dem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise der vorgegebenen Lichtwellenlänge entstehen im Lichtbild Mikro-Hell-Dunkel-Übergänge beziehungsweise -Grenzen, die Farbsäume in unterschiedlichen Farben aufweisen. Durch Überlagerung der Mikro-Hell-Dunkel- Übergänge beziehungsweise -Grenzen werden die Farbsäume im Lichtbild ebenfalls überlagert, wodurch ein Farbkompensationseffekt erreicht wird, bei dem die Farbe eines Farbsaums der gesamten Lichtverteilung beziehungsweise der Gesamtlichtverteilung angepasst wird. Vorzugsweise sind die vorgegebenen Lichtwellenlängenbereiche, insbesondere die vorgegebenen Lichtwellenlängen derart gewählt, dass ein weißer Farbsaum entsteht.
Somit wird eine Farbkompensation ohne Achromat, spezielle Positionierung der Mikro- Austrittsoptiken einen zusätzlichen Prozessschritt oder zusätzliche Bauteile ermöglicht.
Es kann darüber hinaus mit Vorteil vorgesehen sein, dass in jedem Mikro-Optiksystem die Mikro-Blende von der Mikro-Austrittsoptik um einen Abstand beabstandet ist, wobei der Abstand von der zumindest einen Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen
Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise von einer vorgegebenen Lichtwellenlänge abhängt und innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe im Wesentlichen gleich ist, wobei die Abstände bei den Mikro-Optiksystemen aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen unterschiedlich sind.
Dies bedeutet, dass innerhalb einer und derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe die Mikro- Blenden von den jeweiligen Mikro-Austrittsoptiken um gleichen Abstand beabstandet sein können, wobei dieser Abstand gemäß zumindest einer Lichtwellenlänge aus dem
vorgegebenen, dieser Mikro-Optiksystem-Gruppe zugeordneten Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise zumindest einer vorgegebenen Lichtwellenlänge gewählt ist. Dabei können die Mikro-Optiksysteme aus zwei beziehungsweise mehr unterschiedlichen Mikro- Optiksystem-Gruppen zwei beziehungsweise mehr unterschiedliche Abstände zwischen ihren Mikro-Blenden und den jeweiligen Mikro-Austrittsoptiken aufweisen. Jede Mikro- Optiksystem-Gruppe kann eingerichtet sein, Mikro-Blende im Licht zumindest einer Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise einer vorgegebenen Lichtwellenlänge scharf abzubilden.
Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn Unterschiede zwischen den Abständen in unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen etwa 0,01 mm bis etwa 0,12 mm, vorzugsweise von etwa 0,01 mm bis etwa 0,06 mm, insbesondere von etwa 0,01 mm bis etwa 0,03 mm betragen, wobei die Mikro-Austrittsoptiken eine Schnittweite - den Abstand zwischen dem Brennpunkt und der Lichteintrittsfläche - aufweisen, die von der zumindest einen Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich und von ihrem Durchmesser abhängt.
Beispielsweise können Mikro- Austrittsoptiken für grünes Licht ausgelegt werden. Wenn die Mikro- Austrittsoptiken zum Beispiel als plankonvexe Linsen mit einem Linsendurchmesser von etwa 2 mm ausgebildet sind, können sie für Licht mit einer Lichtwellenlänge von etwa 555 nm („grünes Licht"), eine Schnittweite von etwa 0,7 mm („grüner Brennpunkt") aufweisen (siehe Beispiel in der Figurenbeschreibung).
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Position der Mikro-Blenden in einer Mikro- Optiksystem-Gruppe auf einen dieser Mikro-Optiksystem-Gruppe zugeordneten
vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise auf eine Lichtwellenlänge abgestimmt werden kann. Beispielsweise, wenn die Mikro-Optiksystem-Gruppe die Mikro- Blenden für grünes Licht (aus grünem Bereich des Spektrums mit Lichtwellenlängen von etwa 490 nm bis etwa 575 nm: l ~ 490 - 575 nm, insbesondere l ~ 555 nm) abbilden soll, wird die Position der Zwischenbildebene für diese Wellenlängen bestimmt und anschließend die Mikro-Blenden der Mikro-Optiksystem-Gruppe in die grüne Zwischenbildebene
beziehungsweise in den Schnittpunkt der grünen Strahlen mit der optischen Achse der Mikro-Austrittsoptik positioniert. Dabei weisen die Mikro-Blenden einen Abstand von der Mikro-Austrittsoptiken aus, der auf das grüne Licht abgestimmt ist und somit mit der entsprechenden Lichtwellenlänge zusammenhängt. Die optisch wirksamen Kanten innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe können mit Licht aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise einer vorgegebenen Lichtwellenlänge scharf abgebildet werden. Das heißt, der(die) durch die optische wirksamen Kanten erzeugte(n) Hell-Dunkel-Übergang(Übergänge), beispielsweise Hell- Dunkel-Grenze(n) weist(weisen) einen Farbsaum einer entsprechenden Farbe auf.
Es kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Mikro-Austrittsoptik eines jeden Mikro- Optiksystems eine Lichtaustrittsfläche mit einer vorgegebenen Krümmung aufweist, wobei die vorgegebene Krümmung (der Wert der vorgegebenen Krümmung) von der zumindest einen Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise von einer der vorgegebenen Lichtwellenlängen abhängt und innerhalb derselben Mikro- Optiksystem-Gruppe im Wesentlichen gleich ist, wobei die vorgegebenen Krümmungen bei den Mikro-Optiksystemen aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen
unterschiedlich sind.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Mikro-Blenden jeder Mikro- Optiksystem-Gruppe optisch wirksame Kanten aufweist, die zum Abbilden einer im
Wesentlichen horizontalen (mit oder ohne Asymmetrieanstieg) Mikro-Hell-Dunkel-Grenze ausgebildet sind.
Dabei kann es weitere Vorteile geben, wenn die Mikro-Hell-Dunkel-Grenzen bei
unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen durch Licht der unterschiedlichen
Lichtwellenlängen scharf abbildbar sind.
Hinsichtlich des Unterbringens der Mikro-Optiksystem-Gruppe in einem
Kraftfahrzeugscheinwerfer kann es nützlich sein, wenn die unterschiedlichen Mikro- Optiksystem-Gruppen getrennt voneinander ausgebildet sind und vorzugsweise
voneinander beabstandet sind.
Weiters kann es mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Mikro-Blenden einer jeden Mikro- Optiksystem-Gruppe zu einer Mikro-Blenden-Gruppe zusammengefasst sind und die Mikro-Blenden-Gruppen identisch ausgebildet sind, wobei vorzugsweise jede Mikro-Blende als ein Plättchen aus einem lichtundurchlässigen Material mit einem Durchbruch ausgebildet ist, wobei insbesondere jede Mikro-Blende entlang der Hauptabstrahlrichtung eine endliche Dicke, beispielsweise von etwa 0,01 mm bis etwa 0,12 mm, vorzugsweise von etwa 0,06 mm, aufweist.
Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe mit einem Lichtmodul mit zumindest einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung gelöst, wobei das Lichtmodul außerdem eine Lichtquelle aufweist, wobei die Projektionseinrichtung der Lichtquelle in
Lichtabstrahlrichtung nachgelagert ist und im Wesentlichen gesamtes, von der Lichtquelle erzeugtes Licht in einen Bereich vor dem Lichtmodul in Form einer Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze projiziert, wobei die Lichtverteilung aus einer Vielzahl einander überlappender Teil-Lichtverteilungen mit jeweils einer Teil-Hell-Dunkel-Grenze gebildet ist und jede Teil-Lichtverteilung durch genau eine Mikro-Optiksystem-Gruppe gebildet ist.
Weiters kann es vorgesehen sein, dass jede Teil-Hell-Dunkel-Grenze einen Farbsaum einer vorgegebenen Farbe aufweist und unterschiedliche Teil-Hell-Dunkel-Grenzen Farbsäume unterschiedlicher Farben aufweisen.
Es kann zweckdienlich sein, wenn die Teil-Hell-Dunkel-Grenzen und die Hell-Dunkel- Grenze im Wesentlichen gerade, beispielsweise horizontal oder vertikal, verlaufen oder einen Asymmetrieanstieg aufweisen, wobei jede Farbe einer Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise einer vorgegebenen
Lichtwellenlänge entspricht.
Bei einer praxisbewahrten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle eingerichtet ist, kollimiertes Licht zu erzeugen.
Darüber hinaus kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Lichtquelle ein
lichtkollimierendes Optikelement und ein dem lichtkollimierenden Optikelement vorgelagertes, vorzugsweise halbleiterbasiertes Leuchtelement, beispielsweise eine LED- Lichtquelle, umfasst, wobei das lichtkollimierende Optikelement beispielsweise ein
Kollimator oder eine lichtkollimierende Vorsatzoptik oder eine TIR-Linse ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle zumindest zwei lichtemittierende Bereiche aufweist, wobei jeder einzelne lichtemittierende Bereich unabhängig von den anderen lichtemittierenden Bereichen der Lichtquelle steuerbar, beispielsweise ein- und ausschaltbar ist, und jedem lichtemittierenden Bereich mindestens eine, vorzugsweise genau eine Mikro-Optiksystem-Gruppe derart zugeordnet ist, dass von dem jeweiligen lichtemittierenden Bereich erzeugtes Licht direkt und nur auf die diesem lichtemittierenden Bereich zugeordnete Mikro-Optiksystem-Gruppe trifft. Dadurch wird ein dynamisches Einstellen, d.h. Einstellen im Betrieb des Lichtmoduls, der Farbe des Farbsaums der Hell- Dunkel-Grenze möglich.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielhafter
Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigt
Fig. 1 eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Projektionseinrichtung aus mehreren Mikro- Optiksystemen in perspektivischer Ansicht;
Fig. la Explosionsdarstellung eines der Mikro-Optiksysteme der Figur 1;
Fig. lb ein Schnitt A-A des Mikro-Optiksystems der Figur la;
Fig. 2 und 3 Mikro-Optiksystem-Gruppen mit unterschiedlich beabstandeten Mikro-Blenden und Mikro-Austrittsoptiken;
Fig. 4 ein Mikro-Optiksystem mit einer endlich dicken Mikro-Blende;
Fig. 5 Mikro-Optiksystem-Gruppen mit unterschiedlich gekrümmten Lichtaustrittsflächen der Mikro-Austrittsoptiken;
Fig. 6 verschiedene Formen von Mikro-Blenden und Mikro-Lichtverteilungen, und
Fig. 7 eine Abblendlichtverteilung mit einer asymmetrischen Hell-Dunkel-Grenze.
Die Figuren sind schematische Darstellungen, die lediglich jene Bestandteile zeigen, die für eine Erklärung der Erfindung hilfreich sein können. Der Fachmann erkennt sofort, dass eine Projektionseinrichtung und ein Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer eine Vielzahl weiterer, hier nicht gezeigter Bestandteile aufweisen kann, wie Ein- und
Verstelleinrichtungen, elektrische Versorgungsmittel und vieles mehr. Zur Vereinfachung der Lesbarkeit und da, wo es zweckdienlich ist, sind die Figuren mit Bezugsachsen versehen. Diese Bezugsachsen beziehen sich auf eine fachgerechte Einbaulage des Erfindungsgegenstands in einem Kraftfahrzeug und stellen ein kraftfahrzeugbezogenes Koordinatensystem dar.
Darüber hinaus soll es klar sein, dass richtungsbezogene Begriffe, wie„horizontal", „vertikal",„oben",„unten" etc., im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung in einer relativen Bedeutung zu verstehen sind und sich entweder auf die oben erwähnte
fachgerechte Einbaulage des Erfindungsgegenstands in einem Kraftfahrzeug oder auf eine fachübliche Ausrichtung einer abgestrahlten Lichtverteilung im Lichtbild beziehungsweise im Verkehrsraum beziehen.
Somit sind weder die Bezugsachsen noch die richtungsbezogenen Begriffe nicht
einschränkend auszulegen.
Figur 1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung 1 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, die dem erfindungsgemäßen Lichtmodul entsprechen kann. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst eine Projektionseinrichtung 2, die aus einer Vielzahl matrixartig angeordneter Mikro- Optiksysteme 3 gebildet ist, wobei jedes Mikro-Optiksystem 3 eine Mikro-Eintrittsoptik 30, eine der Mikro-Eintrittsoptik 30 zugeordnete Mikro-Austrittsoptik 31 und eine zwischen der Mikro-Eintrittsoptik 30 und der Mikro-Austrittsoptik 31 angeordnete Mikro-Blende 32 aufweist. Figur 1 lässt erkennen, dass sich die matrixartige Anordnung der Mikro- Optiksysteme 3 in zwei, im Wesentlichen orthogonal zu der Hauptabstrahlrichtung Z stehenden Richtungen X (horizontal) und Y (vertikal) erstreckt. Das in den Figuren 1, la und lb gezeigte Koordinatensystem ist, wie oben beschrieben, auf die Beleuchtungsvorrichtung 1 in ihrer fachüblichen Einbaulage bezogen.
Mit der Beleuchtungsvorrichtung 1 können Lichtverteilungen erzeugt werden, die als eine Überlagerung einer Vielzahl von Mikro-Lichtverteilungen (wie beispielsweise in Figur 6) - Lichtverteilungen, die durch einzelne Mikro-Optiksysteme geformt werden - gebildet werden. Figur 7 zeigt beispielhaft eine solche Lichtverteilung, die als eine
Abblendlichtverteilung 8 mit einer Hell-Dunkel-Grenze mit einem Asymmetrieanstieg 80 ausgebildet ist. Wenn Mikro-Optiksysteme zu bestimmten Mikro-Optiksystem-Gruppen (siehe unten oder oben) zusammengefasst werden, so ist jede Mikro-Optiksystem-Gruppe zum Formen einer Teil-Lichtverteilung eingerichtet. Die Teil-Lichtverteilungen sind ebenfalls Überlagerungen von mehreren Mikro-Lichtverteilungen. Die Lichtverteilung
beziehungsweise die Gesamtlichtverteilung ist eine Überlagerung von Teil- Lichtverteilungen.
Vorzugsweise besteht jedes Mikro-Optiksystem 3 aus genau einer Mikro-Eintrittsoptik 30, genau einer Mikro-Austrittsoptik 31 und genau einer Mikro-Blende 32 (Figur la). Dabei bilden alle Mikro-Eintrittsoptiken 30 eine beispielsweise einstückige Eintrittsoptik 4. Analog bilden alle Mikro-Austrittsoptiken 31 eine beispielsweise einstückige Austrittsoptik 5 und die Mikro-Blenden 32 eine beispielsweise einstückige Blendenvorrichtung 6. Somit bilden die Eintrittsoptik 4, die Austrittsoptik 5 und die Blendenvorrichtung 6 eine beispielsweise einstückige Projektionseinrichtung 2. Es ist allerdings durchaus denkbar, dass die
Projektionseinrichtung 2 nicht einstückig ausgebildet ist. Die Mikro-Eintrittsoptiken 30, die Mikro- Austrittsoptiken 31 und die Mikro-Blenden 32 können beispielsweise auf einem oder mehreren, vorzugsweise lichtdurchlässigen Substrat(en) 40, 50, 51, 52, 60 beispielsweise aus Glas oder Kunststoff aufgebracht sein.
Die Blendenvorrichtung 6 ist in einer im Wesentlichen zur Hauptabstrahlrichtung Z der Projektionseinrichtung 2 orthogonal stehenden Ebene - in der Zwischenbildebene 322 - angeordnet. Somit liegen alle Mikro-Blenden 32 ebenfalls in der Zwischenbildebene 322. Die Eintrittsoptik 4, die Austrittsoptik 5 und die Blendenvorrichtung 6 sind in im Wesentlichen zueinander parallelen Ebenen angeordnet.
Figur la zeigt schematisch eine vergrößerte Explosionsdarstellung eines der Mikro- Optiksysteme 3 der Figur 1. Figur lb zeigt Schnitt A-A der Figur la. Die Substrate 40, 50, 51, 52, 60 wurden in dieser Darstellung der Einfachheit halber weggelassen. Die Figur la lässt erkennen, dass die Mikro-Blende 32 eine optisch wirksame Kante 320 aufweisen kann. Die Mikro-Blende 32 ist von der Mikro-Austrittsoptik 31 um einen Abstand d beabstandet. Die optisch wirksame Kante 320 kann eingerichtet beziehungsweise ausgebildet sein, Hell- Dunkel-Grenze der Mikro-Lichtverteilung - eine sogenannte Mikro-Hell-Dunkel-Grenze 3200, 3201 - zu erzeugen (siehe Figur 6). An dieser Stelle soll auf Figur 6 Bezug genommen werden. Figur 6 zeigt verschiedene Formen der optisch wirksamen Kanten 320a, 320b, 320c, 320d, 320e einer Mikro-Blende 32, sowie diesen Formen entsprechende Mikro- Lichtverteilungen, die zum Beispiel eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Mikro- Hell-Dunkel-Grenze 3201 oder eine Mikro-Hell-Dunkel-Grenze mit einem
Asymmetrieanstieg 3201 aufweisen können.
Eine Mikro-Lichtverteilung wird von durch das jeweilige Mikro-Optiksystem 3
durchtretendem Licht gebildet. Vorzugsweise also formt jedes Mikro-Optiksystem 3 genau eine Mikro-Lichtverteilung und umgekehrt: jede Mikro-Lichtverteilung wird vorzugsweise durch genau ein Mikro-Optiksystem 3 geformt. Die optisch wirksame Kante 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e kann unterschiedliche Verläufe aufweisen. Wenn die Mikro-Blende 32, wie in Ligur lb gezeigt, als ein Durchbruch 321, 321a, 321b, 321c, 321d, 321e in einem sonst lichtundurchlässigen Plättchen ausgebildet ist, weist die optisch wirksame Kante 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e, die in diesem Pall als Durchbruchgrenze ausgebildet ist, eine geschlossene Lorm auf (siehe auch Ligur 6). Dabei ist zumindest ein Teil der optisch wirksamen Kante 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e zum Lormen / Bilden der Mikro-Hell- Dunkel-Grenze 3200, 3201 eingerichtet/ ausgebildet. Bei den in den Liguren la und 6 gezeigten Mikro-Blenden ist das der untere Teil der optisch wirksamen Kante 320, 320a,
320b, 320c, 320d, 320e.
Der Lachmann erkennt sofort, dass sich geometrische Lorm der Lichtverteilungen (auch der Teil-Lichtverteilungen und der Mikro-Lichtverteilungen) betreffende technische Merkmale auf eine zweidimensionale Projektion der jeweiligen Lichtverteilung beziehen. Diese
Projektion kann beispielsweise in einem Lichttechniklabor entstehen, wenn man die
Lichtverteilung auf einen Messschirm projiziert, der in ca. 25 Meter Entfernung orthogonal zur Hauptabstrahlrichtung eines in einer fachüblichen Einbaulage positionierten
Lichtmoduls, einer Beleuchtungsvorrichtung oder eines Kraftfahrzeugscheinwerfers aufgestellt ist. Das oben Gesagte ist auf Hell-Dunkel-Grenzen (Teil- oder Mikro-Hell-Dunkel- Grenze) entsprechend anzuwenden.
Aufgrund der chromatischen Aberration wird die optisch wirksame Kante 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e nur mit Licht einer bestimmten Parbe beziehungsweise einer bestimmten Wellenlänge scharf abgebildet.
Beispielsweise bei einem Mikro-Optiksystem 3 mit einer Mikro-Austrittsoptik 31, die eine Schnittweite von etwa 0,7 mm für Strahlen mit einer Lichtwellenlänge von etwa 555 nm (Licht aus grünem Spektralbereich) aufweist, wird die optisch wirksame Kante 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e der Mikro-Blende 32, die um diese Schnittweite von der Mikro- Austrittsoptik 31 beabstandet ist (der Abstand d ist gleich der Schnittweite in diesem Fall), in Form einer Mikro-Hell-Dunkel-Grenze mit einem violetten Farbsaum abgebildet, wenn das Mikro-Optiksystem mit weißem Licht, beispielsweise einer halbleiterbasierten Lichtquelle, vorzugsweise einer LED-Lichtquelle bestrahlt wird. Die violette Farbe des Farbsaums ist auf eine Mischung von blauem und rotem Anteil des weißen Lichts zurückzuführen. Durch eine Verschiebung der Mikro-Blende 32 entlang der Hauptabstrahlrichtung Z wird der Abstand d geändert. Dadurch ändert sich auch die Farbe des Farbsaums, weil die Mikro-Blende nicht mehr in einem Schnittpunkt der grünen Strahlen (Lichtstrahlen aus mit einer
Lichtwellenlänge aus dem grünen Spektralbereich) mit der optischen Achse der Mikro- Austrittsoptik liegt sondern beispielsweise in einem Schnittpunkt der roten oder der blauen (Licht)Strahlen mit der optischen Achse der Mikro-Austrittsoptik. Der Abstand d kann also in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge Ad gewählt werden. Dieses Beispiel lässt eine allgemeine Aussage treffen: sind alle Mikro-Optiksysteme der Projektionseinrichtung identisch, weisen Hell-Dunkel-Übergänge einer mit der Projektionseinrichtung erzeugten Lichtverteilung, beispielsweise Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung, einen Farbsaum in einer Farbe auf, die von dem Abstand d der Mikro-Blenden von den Mikro- Austrittsoptiken abhängt. Die Farbe dieses Farbsaums ergibt sich durch Mischung von Licht der Lichtwellenlängen, für die die Mikro-Blenden nicht in der Brennebene liegen
(chromatische Aberration).
Um dem Problem des Farbsaums zu begegnen und ihn zu kompensieren wird die
Gesamtheit der Mikro-Optiksysteme 3 in zumindest zwei Mikro-Optiksystem-Gruppen Gl, G2, G3 unterteilt. Figur 1 zeigt beispielsweise drei Mikro-Optiksystem-Gruppen Gl, G2, G3. Jeder Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 wird ein vorgegebener
Lichtwellenlängenbereich (z.B. grüner Bereich), vorzugsweise eine vorgegebene
Lichtwellenlänge AGI, AC2, AG3 zugeordnet. Dies bedeutet, dass jede Mikro-Optiksystem- Gruppe Mikro-Optiksysteme umfasst, deren Mikro-Blenden nur durch Licht mit
Lichtwellenlängen AGI, AG2, AG3 aus dem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise durch Licht einer vorgegebenen Lichtwellenlänge (z.B. von etwa 555 nm) scharf abbildbar sind. Erfindungsgemäß sind die vorgegebenen Lichtwellenlängenbereiche, vorzugsweise die vorgegebenen Lichtwellenlängen AGI, AG2, AG3, unterschiedlicher Mikro- Optiksystem-Gruppen Gl, G2, G3 verschieden. Es kann zweckmäßig sein, dass sich die unterschiedlichen Lichtwellenlängenbereiche nicht überlappen. Durch das oben genannte scharfe Abbilden der Mikro-Blenden 32 beziehungsweise ihrer optisch wirksamen Kanten 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e im Licht zumindest einer Lichtwellenlänge aus dem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise der vorgegebenen Lichtwellenlänge XGI, l( ,2, AG3, entstehen im Lichtbild Mikro-Hell-Dunkel-Übergänge beziehungsweise - Grenzen, die Farbsäume in unterschiedlichen Farben aufweisen. Durch Überlagerung der Mikro-Hell-Dunkel-Übergänge beziehungsweise -Grenzen werden die Farbsäume im Lichtbild ebenfalls überlagert, wodurch ein Farbkompensationseffekt erreicht wird, bei dem die Farbe eines Farbsaums der gesamten Lichtverteilung beziehungsweise der
Gesamtlichtverteilung angepasst wird. Vorzugsweise sind die vorgegebenen
Lichtwellenlängenbereiche, insbesondere die vorgegebenen Lichtwellenlängen derart gewählt, dass ein weißer Farbsaum entsteht.
Die Mikro-Blenden 32 einer jeden Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 können zu einer Mikro-Blenden-Gruppe zusammengefasst sein wobei die Mikro-Blenden-Gruppen identisch ausgebildet sein können.
Weiters kann vorgesehen sein, dass in jedem Mikro-Optiksystem 3 zumindest ein Teil der Mikro-Blende 32 von der Mikro-Austrittsoptik 31 um einen Abstand d, dl, d2, d3 beabstandet ist, wobei der Abstand d, dl, d2, d3 von einer Lichtwellenlänge Xd, XGI, XG2, XG3 aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich oder aus einem der vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich abhängt und innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 im Wesentlichen gleich ist. Die Abstände dl, d2, d3 können bei den Mikro- Optiksystemen 3 aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen Gl, G2, G3
unterschiedlich gewählt werden. Dies bedeutet, dass innerhalb einer und derselben Mikro- Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 die Mikro-Blenden 32 von den jeweiligen Mikro- Austrittsoptiken um gleichen Abstand beabstandet sind, wobei dieser Abstand dl, d2, d3 gemäß einer Lichtwellenlänge aus dem vorgegebenen, dieser Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 zugeordneten Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise der vorgegebenen Lichtwellenlänge XGI, XG2, XG3 gewählt ist. Dabei weisen die Mikro-Optiksysteme 3 aus zwei beziehungsweise mehr unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen Gl, G2, G3 zwei beziehungsweise mehr unterschiedliche Abstände dl, d2, d3 zwischen ihren Mikro-Blenden 32 und den jeweiligen Mikro-Austrittsoptiken 31 auf. Jede Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 ist eingerichtet, Mikro-Blende 32 im Licht der zumindest einen Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise einer vorgegebenen
Lichtwellenlänge scharf abzubilden.
Im oben genannten den violetten Farbsaum betreffenden Beispiel wird die Mikro-Blende durch grünes Licht der Lichtwellenlänge von ca. 555 nm scharf abgebildet.
Die Unterschiede Ad 12, Ad 22 zwischen den Abständen dl, d2, d3 in unterschiedlichen Mikro- Optiksystem-Gruppen Gl, G2, G3 können etwa 0,01 mm bis etwa 0,12 mm, vorzugsweise von etwa 0,01 mm bis etwa 0,06 mm, insbesondere von etwa 0,01 mm bis etwa 0,03 mm betragen. Dabei weisen die Mikro-Austrittsoptiken 31 für grünes Licht, insbesondere für Licht mit einer Lichtwellenlänge von etwa 555 nm, vorzugsweise eine Schnittweite von etwa 0,7 mm auf.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Position der Mikro-Blenden in einer Mikro- Optiksystem-Gruppe auf einen dieser Mikro-Optiksystem-Gruppe zugeordneten
vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise auf eine Lichtwellenlänge abgestimmt werden kann. Beispielsweise, wenn die Mikro-Optiksystem-Gruppe die Mikro- Blenden für grünes Licht (aus grünem Bereich des Spektrums mit Lichtwellenlängen von etwa 490 nm bis etwa 575 nm: l ~ 490 - 575 nm, insbesondere l ~ 555 nm) abbilden soll, wird die Position der Zwischenbildebene für diese Wellenlängen bestimmt und anschließend die Mikro-Blenden der Mikro-Optiksystem-Gruppe in die grüne Zwischenbildebene
beziehungsweise in den Schnittpunkt der grünen Strahlen mit der optischen Achse der Mikro-Austrittsoptik positioniert. Dabei weisen die Mikro-Blenden einen Abstand von der Mikro-Austrittsoptiken aus, der auf das grüne Licht abgestimmt ist und somit mit der entsprechenden Lichtwellenlänge zusammenhängt.
Bei einer anderen Mikro-Optiksystem-Gruppe wird die Position der Mikro-Blenden in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge aus einem anderen Lichtwellenlängenbereich des Spektrums festgelegt. Weitere Bereiche des Spektrums sind beispielsweise: violetter Bereich (violettes Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 380 nm bis etwa 420 nm ( l ~ 380 - 420 nm); blauer Bereich (blaues Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 420 nm bis etwa 490 nm (l ~ 420 - 490 nm); gelber Bereich (gelbes Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 575 nm bis etwa 585 nm (l ~ 575 - 585 nm); orangefarbener Bereich (orangefarbenes Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 585 nm bis etwa 650 nm (l ~ 585 - 650 nm), und roter Bereich (rotes Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 650 nm bis etwa 750 nm (l ~ 650 - 750 nm)
Somit können die optisch wirksamen Kanten 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe mit Licht aus einem vorgegebenen
Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise einer vorgegebenen Lichtwellenlänge scharf abgebildet werden. Das heißt, der(die) durch die optische wirksamen Kanten 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e erzeugte(n) Hell-Dunkel-Übergang(Übergänge), beispielsweise Hell- Dunkel-Grenze(n) weist(weisen) einen Farbsaum einer entsprechenden Farbe auf.
Bezugnehmend auf das oben genannte Beispiel, führt eine Verschiebung der um ca. 0,7 mm von der Mikro-Austrittsoptik beabstandeten Mikro-Blende (grüner Brennpunkt) um ca. 0,06 mm in horizontaler Richtung zu der Mikro- Austrittsoptik beziehungsweise weg von der Mikro-Austrittsoptik zu einem roten beziehungsweise einem blauen Farbsaum beim Mikro- Hell-Dunkel-Übergang beziehungsweise der -Grenze. Beispielsweise wird durch eine Verschiebung der Mikro-Blende um 0,03mm zu der Mikro- Austrittsoptik (beziehungsweise der Mikro-Austrittsoptik zu der Mikro-Blende, stellt sich eine orangefarbener Farbsaum ein). Eine Überlagerung der Farbsäume in interschiedlichen Farben im Lichtbild führt zu einer deutlichen Kompensation des Farbsaums. Beispielsweise kann ein gelb-rötlicher Farbsaum mit einem violetten Farbsaum überlagert werden und dadurch ein im Wesentlichen weißer Farbsaum erzeugen - Kompensation. Dies kann beispielsweise mit einer
Projektionseinrichtung erreicht werden, die zwei Mikro-Optiksystem-Gruppen umfasst, die aus einer gleichen Anzahl der Mikro-Optiksystemen bestehen, wobei die Mikro- Austrittsoptiken einer Mikro-Optiksystem-Gruppe um ca. 0,06 mm dicker sind als die der Anderen. Anschließend kann der Schärfefaktor der Lichtverteilung angepasst werden.
Die unterschiedlichen Abstände dl, d2, d3 in den unterschiedlichen Mikro-Optiksystem- Gruppen Gl, G2, G3 können beispielsweise durch unterschiedliche Dicken der Mikro- Austrittsoptiken 32 selbst, der entsprechenden Substrate oder der entsprechenden
Kleberschichten zwischen dem entsprechenden Substrat und den Mikro-Austrittsoptiken.
Figur 1 lässt erkennen, dass die Mikro-Austrittsoptiken 32 auf einem Substrat 50, 51, 52 aufgebracht sind. Dabei ist das Substrat 50, 51, 52 je nach Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl,
G2, G3 unterschiedlich dick. Die Dicke des Substrats 50, 51, 52 in der entsprechenden Mikro- Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 definiert die Abstände dl, d2, d3 zwischen den Mikro- Blenden 32 und den Mikro- Austrittsoptiken 31 dieser Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3. Es ist auch denkbar das Substrat 60 der Blendenvorrichtung 6 oder das Substrat 40 der Eintrittsoptik 4 für die unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen Gl, G2, G3 unterschiedlich dick auszubilden.
In Figuren 2 und 3 ist zu erkennen, dass die unterschiedlichen Abstände dl, d2, d3 auch mit einer Kleberschicht 53 einer Dicke Ad, beispielsweise von 0,01 mm bis etwa 0,12 mm, vorzugsweise von etwa 0,01 mm bis etwa 0,06 mm, insbesondere von etwa 0,01 mm bis etwa 0,03 mm erreicht werden können. Dabei kann sich diese etwas dickere Kleberschicht beispielsweise zwischen den Mikro- Austrittsoptiken 31 und dem Substrat 50 der
Austrittsoptik 5 oder zwischen den Mikro-Blenden 32 und dem Substrat 50 der
Austrittsoptik 5.
Darüber hinaus ist es denkbar (siehe Figur 4), die Mikro-Blenden einer Dicke D anzufertigen, so dass beispielsweise ein hinterer, hinsichtlich der Mikro-Austrittsoptik 31 (in
Hauptabstrahlrichtung Z) distaler Teil 32a ihrer optisch wirksamen Kanten mit Licht einer ersten Lichtwellenlänge XGU aus dem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich scharf abgebildet wird und ein vorderer, hinsichtlich der Mikro-Austrittsoptik 31 proximaler Teil 32b ihrer optisch wirksamen Kanten mit Licht einer zweiten Lichtwellenlänge XGI2 aus dem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich scharf abgebildet wird. Das heißt, dass der distale Teil 32a in einem Schnittpunkt S^c n der Strahlen der Lichtwellenlänge XGU mit der optischen Achse OA des Mikro-Optiksystems 3 und der proximale Teil 32b in einem Schnittpunkt S Gi2der Strahlen der Lichtwellenlänge XGI2 mit der optischen Achse OA des Mikro- Optiksystems 3 angeordnet sind.
Bezugnehmend auf das obige Beispiel des Mikro-Optiksystems mit einer Mikro- Austrittsoptik 31, die eine Schnittweite von etwa 0,7 mm für Strahlen mit einer
Lichtwellenlänge von etwa 555 nm (Licht aus grünem Spektralbereich) aufweist, kann die Mikro-Blende 32 etwa 0,12 mm dick sein, wobei ihre Mitte um ca. 0,7 mm von der Mikro- Austrittsoptik 31 beabstandet sein kann. Dabei wird der distale Teil 32a der optisch wirksamen Kante der Mikro-Blende 32 in einem Schnittpunkt S^cn der roten Strahlen mit der optischen Achse OA der Mikro-Austrittsoptik 31 und der proximale Teil 32b der optisch wirksamen Kante der Mikro-Blende 32 in einem Schnittpunkt SxGi2 der blauen Strahlen mit der optischen Achse OA der Mikro- Austrittsoptik liegen. Unterschiedliche Teile der optisch wirksamen Kante, wie beispielsweise der distale oder der proximale Teil, werden in Form Mikro-Hell-Dunkel-Übergänge beziehungsweise -Grenzen mit Farbsäumen in
unterschiedlichen Farben im Lichtbild überlagert. Durch diese Überlagerung kann die Kompensation des Farbsaums der Hell-Dunkel-Grenze ebenfalls erfolgen.
Hinsichtlich der Einfachheit der Fertigung werden allerdings unterschiedlich dicke Mikro- Austrittsoptiken - ob durch ein dickeres Substrat, dickere Kleberschicht oder dickeren Mikro- Austrittsoptik-Körper erreicht - bevorzugt. Herstellung unterschiedlich dicker Mikro- Blenden ist nur mit auftragenden Verfahren möglich (Lithografisch) und führen zu einem Luftspalt in der Projektionseinrichtung. Unterschiedlich dicke Mikro-Blenden lassen sich nicht mit wie beispielsweise im Imprint- Verfahren angewendeten ebenen Glasplatten verbinden. Unterschiedlich dicke Mikro- Austrittsoptiken (entspricht einer Verschiebung der brechenden Fläche) lassen sich jedoch mittels Werkzeug einfach herstellen.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Mikro-Austrittsoptik 31 eines jeden Mikro- Optiksystems 3 eine Lichtaustrittsfläche mit einer vorgegebenen Krümmung kl, k2 aufweist, wobei die vorgegebene Krümmung kl, k2 (der Wert der vorgegebenen Krümmung) von einer Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich oder aus einem der vorgegebenen Lichtwellenlängenbereiche, vorzugsweise von einer der
Lichtwellenlängen AGI, AG2, AG3 abhängt und innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 im Wesentlichen gleich ist, wobei die vorgegebenen Krümmungen kl, k2 bei den Mikro-Optiksystemen 3 aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen Gl, G2, G3 unterschiedlich sind.
Durch Ändern der Krümmungen kl, k2 der Lichtaustrittsflächen der Mikro-Austrittsoptiken 31 können die Schnittweiten (für alle Farben) der Mikro-Austrittsoptiken 31 geändert werden. Daher weisen die Mikro-Optiksysteme 3 mit Mikro-Austrittsoptiken 31, die unterschiedlich gekrümmte Lichtaustrittsflächen haben, für eine vorbestimmte
Lichtwellenlänge A unterschiedliche Schnittweiten auf. Figur 5 zeigt schematisch zwei Mikro- Austrittsoptiken 31 aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen Gl, G2 und diesen Mikro-Austrittsoptiken 31 vorgelagerte Mikro-Blenden 32. Dabei ist anzumerken, dass die Mikro-Blenden in diesem Beispiel im gleichen Abstand zu den Mikro- Austrittsoptiken 31 angeordnet sind. Es versteht sich, dass dies keine Einschränkung ist. Der Abstand Mikro-Blende - Mikro-Austrittsoptik kann auch hier, wie oben beschrieben, variiert und an die Lichtwellenlänge angepasst werden. Die Lichtaustrittsflächen der Mikro- Austrittsoptiken 31 der Figur 5 sind unterschiedlich gekrümmt. Das heißt, dass die Mikro- Blenden 32 der Mikro-Optiksysteme 3 einer ersten Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl in einem Schnittpunkt S^ci der Strahlen der Lichtwellenlänge XGI mit der optischen Achse OA des entsprechenden Mikro-Optiksystems 3 und die Mikro-Blenden 32 der Mikro-Optiksysteme 3 einer zweiten Mikro-Optiksystem-Gruppe G2 in einem Schnittpunkt S^G2 der Strahlen der Lichtwellenlänge XG2 mit der optischen Achse OA des entsprechenden Mikro-Optiksystems 3 befinden können. Dadurch wird die optisch wirksamen Kanten der Mikro-Blenden 32 als Mikro-Hell-Dunkel-Übergänge beziehungsweise -Grenzen 3200, 3201 mit Farbsäumen in unterschiedlichen Farben abgebildet. Wie bereits erwähnt können die Lichtwellenlängen derart gewählt werden, dass der nach bei der Überlagerung entstehende Farbsaum weiß ist.
Es versteht sich, dass diese Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Es kann beispielsweise zweckmäßig sein, nicht nur die Position der Mikro-Blenden (den Abstand dl, d2, d3 zwischen der Mikro-Blende und den jeweiligen Mikro- Austrittsoptiken) von Mikro-Optiksystem-Gruppe zu Mikro-Optiksystem-Gruppe zu variieren, sondern auch die Krümmungen kl, k2 der Lichtaustrittsflächen der Mikro-Austrittsoptiken zu ändern. Dabei kann beispielsweise die Gesamtdicke der Projektionseinrichtung aber auch die längliche Ausdehnung des ganzen Lichtmoduls, in dem die Projektionseinrichtung verwendet wird, beeinflusst und somit z.B. die Bautiefe angepasst werden. Beispielsweise ist es durchaus denkbar bei den Mikro-Optiksystemen 3 der Figur 5 eine Kleberschicht wie in den Figuren 2 oder 3 oder ein dickeres Substrat wie in Figur 1 vorzusehen.
Wie bereits erwähnt zeigt Figur 6 Beispiele von Mikro-Blenden 32 mit unterschiedlich geformten Durchbrüchen 321a, 321b, 321c, 321d, 321e und von Mikro-Lichtverteilungen, die durch jeweilige Form des Durchbruchs erzeugbar sind. Figur 6 lässt zwei unterschiedliche Formen von Mikro-Hell-Dunkel-Grenzen erkennen: eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Mikro-Hell-Dunkel-Grenze 3201 und eine Mikro-Hell-Dunkel-Grenze mit einem Asymmetrieanstieg 3201. Wie oben dargelegt, wird durch eine Überlagerung von den Mikro- Lichtverteilungen derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe im Lichtbild eine Teil- Lichtverteilung gebildet, die eine Teil-Hell-Dunkel-Grenze mit einem Farbsaum einer vorgegebenen Farbe aufweist, wobei die vorgegebene Farbe von dem vorgegebenen
Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise von der vorgegebenen Lichtwellenlänge abhängt. Die sich im Lichtbild überlagernden Teil-Lichtverteilungen bilden eine Lichtverteilung beziehungsweise Gesamtlichtverteilung, wie beispielsweise die Abblendlichtverteilung 8 in der Figur 7. Die Mikro-Lichtverteilungen mit den den Asymmetrieanstieg 3201
aufweisenden Mikro-Hell-Dunkel-Grenzen führen zu Teil-Hell-Dunkel-Grenzen mit einem Asymmetrieanstieg, wobei jede Teil-Hell-Dunkel-Grenze den Farbsaum in der vorgegebenen Farbe aufweist. Dadurch wird die Hell-Dunkel-Grenze mit dem Asymmetrieanstieg 80 gebildet, deren Farbsaum eine Farbe aufweist, die durch die Farben der Farbsäume der Teil- Lichtverteilung bestimmt wird. Vorzugsweise ist die Farbe des Farbsaums der Hell-Dunkel- Grenze mit dem Asymmetrieanstieg 80 bei der Abblendlichtverteilung 8 weiß.
Zwar in den Figuren nicht gezeigt, können die unterschiedlichen Mikro-Optiksystem- Gruppen durchaus getrennt voneinander ausgebildet sein. Dabei ist es denkbar, dass die unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppe voneinander beabstandet sind. Die
Eintrittsoptik, die Austrittsoptik und die Blendenvorrichtung können dabei auf gentrennten unterschiedlichen, vorzugsweise lichtdurchlässigen Substraten angeordnet sein.
Darüber hinaus ist Figur 1 zu entnehmen, dass die Beleuchtungsvorrichtung 1 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer einer Lichtquelle 7, die der Projektionseinrichtung 2 in
Lichtabstrahlrichtung Z vorgelagert ist. Die Lichtquelle 7 gibt Licht ab, das mittels der Projektionseinrichtung 2 in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung in Form einer Lichtverteilung, beispielsweise einer Abblendlichtverteilung 8 mit einer Hell-Dunkel- Grenze, beispielsweise einer Hell-Dunkel-Grenze mit einem Asymmetrieanstieg 80 projiziert wird.
Wie oben erwähnt ist die Lichtverteilung aus einer Vielzahl einander überlappender Teil- Lichtverteilungen mit jeweils einer Teil-Hell-Dunkel-Grenze gebildet. Jede Teil- Lichtverteilung ist durch genau eine Mikro-Optiksystem-Gruppe gebildet.
Zweckmäßigerweise kann die Lichtquelle 7 eingerichtet sein, kollimiertes Licht zu erzeugen.
Beispielsweise kann die Lichtquelle 7 ein lichtkollimierendes Optikelement, wie
beispielsweise einen Kollimator 9 in Figur 1 und ein dem Kollimator 9 vorgelagertes, vorzugsweise halbleiterbasiertes Leuchtelement, beispielsweise eine LED-Lichtquelle 10 umfassen. Dabei kann das lichtkollimierende Optikelement auch als eine lichtkollimierende Vorsatzoptik oder eine TIR-Linse (nicht gezeigt) ausgebildet sein. Darüber hinaus ist in Figur 1 zu erkennen, dass die Lichtquelle 7 drei lichtemittierende Bereiche 70, 71, 72 aufweist. Jeder einzelne lichtemittierende Bereich kann eine oder mehrere halbleiterbasierten Lichtquelle, vorzugsweise LED-Lichtquelle, und unabhängig von den anderen lichtemittierenden Bereichen der Lichtquelle 7 steuerbar, beispielsweise ein- und ausschaltbar sein. Weiters kann es zweckdienlich sein, jedem lichtemittierenden Bereich 70, 71, 72 mindestens eine, vorzugsweise genau eine Mikro-Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 derart zuzuordnen, dass von dem jeweiligen lichtemittierenden Bereich 70, 71, 72 erzeugtes Licht direkt und nur auf die diesem lichtemittierenden Bereich 70, 71, 72 zugeordnete Mikro- Optiksystem-Gruppe Gl, G2, G3 trifft.
Die vorstehende Diskussion der Erfindung wurde zu Zwecken der Darstellung und
Beschreibung vorgestellt. Das Vorstehende soll die Erfindung nicht auf die hierin offenbarte Form oder Formen beschränken. In der vorstehenden ausführlichen Beschreibung sind beispielsweise verschiedene Merkmale der Erfindung in einer oder mehreren
Ausführungsformen zum Zwecke der Straffung der Offenbarung zusammengefasst. Diese Art der Offenbarung ist nicht so zu verstehen, dass sie die Absicht widerspiegelt, dass die beanspruchte Erfindung mehr Merkmale erfordert, als in jedem Anspruch ausdrücklich erwähnt wird. Vielmehr liegen, wie die folgenden Ansprüche widerspiegeln, erfinderische Aspekte in weniger als allen Merkmalen einer einzigen vorstehend beschriebenen
Ausführungsform vor.
Darüber hinaus liegen, obwohl die Beschreibung der Erfindung die Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen und bestimmter Variationen und Modifikationen enthält, andere Variationen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung, z. B.
innerhalb der Fähigkeiten und Kenntnisse von Fachleuten, nach dem Verständnis der vorliegenden Offenbarung.
Die Bezugsziffern in den Ansprüchen dienen lediglich zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindungen und bedeuten auf keinen Fall eine Beschränkung der
vorliegenden Erfindungen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Projektionseinrichtung (2) für ein Lichtmodul (1) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, die aus einer Vielzahl matrixartig angeordneter Mikro-Optiksysteme (3) gebildet ist, wobei jedes Mikro-Optiksystem (3) eine Mikro-Eintrittsoptik (30), eine der Mikro-Eintrittsoptik (30) zugeordnete Mikro- Austrittsoptik (31) und eine Mikro-Blende (32) aufweist, wobei alle Mikro-Eintrittsoptiken (31) eine Eintrittsoptik (4), alle Mikro-Austrittsoptiken (31) eine Austrittsoptik (5) und die Mikro-Blenden (32) eine Blendenvorrichtung (6) bilden, wobei die Blendenvorrichtung (6) in einer im Wesentlichen zur Hauptabstrahlrichtung (Z) der
Projektionseinrichtung (2) orthogonal stehenden Ebene angeordnet ist und die Eintrittsoptik (4), die Austrittsoptik (5) und die Blendenvorrichtung (6) in im Wesentlichen zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit der Mikro-Optiksysteme (3) in zumindest zwei Mikro-Optiksystem-Gruppen (Gl, G2, G3) unterteilt ist, wobei die Mikro-Blenden (32) der Mikro-Optiksysteme (3) einer jeden Mikro-Optiksystem-Gruppe (Gl, G2, G3) durch Licht zumindest einer
Lichtwellenlänge (XGI, XG2, XG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich scharf abbildbar sind und die vorgegebenen Lichtwellenlängenbereiche bei unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (Gl, G2, G3) unterschiedlich sind.
2. Projektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Mikro-Optiksystem (3) zumindest ein Teil der Mikro-Blende (32) von der Mikro- Austrittsoptik (31) um einen Abstand (d, dl, d2, d3) beabstandet ist, wobei der Abstand (d, dl, d2, d3) von der zumindest einen Lichtwellenlänge (Xd, XGI, XG2, XG3) aus einem
vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich abhängt und innerhalb derselben Mikro- Optiksystem-Gruppe (Gl, G2, G3) gleich ist, wobei die Abstände (dl, d2, d3) bei den Mikro- Optiksystemen (3) aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (Gl, G2, G3) unterschiedlich sind.
3. Projektionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Unterschiede (Adi2, Ad23) zwischen den Abständen (dl, d2, d3) in unterschiedlichen Mikro-Optiksystem- Gruppen (Gl, G2, G3) etwa 0,01 mm bis etwa 0,12 mm, vorzugsweise von etwa 0,01 mm bis etwa 0,06 mm, insbesondere von etwa 0,01 mm bis etwa 0,03 mm betragen, wobei die Mikro- Austrittsoptiken (31) eine Schnittweite aufweisen, die von der zumindest einen
Lichtwellenlänge (Xd, XGI, XG2, XG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich und von ihrem Durchmesser abhängt.
4. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Austrittsoptik (31) eines jeden Mikro-Optiksystems (3) eine
Lichtaustrittsfläche mit einer vorgegebenen Krümmung (kl, k2) aufweist, wobei die vorgegebene Krümmung (kl, k2) von der zumindest einen Lichtwellenlänge (XGI, XG2, XG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise von einer der
vorgegebenen Lichtwellenlängen (XGI, XG2, XG3) abhängt und innerhalb derselben Mikro- Optiksystem-Gruppe (Gl, G2, G3) gleich ist, wobei die vorgegebenen Krümmungen (kl, k2) bei den Mikro-Optiksystemen (3) aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (Gl, G2, G3) unterschiedlich sind.
5. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Mikro-Blenden (32) jeder Mikro-Optiksystem-Gruppe (Gl, G2, G3) optisch wirksame Kanten (320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e) aufweist, die zum Abbilden einer im Wesentlichen horizontalen Mikro-Hell-Dunkel-Grenze ausgebildet sind.
6. Projektionseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro- Hell-Dunkel-Grenzen bei unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen durch Licht der unterschiedlichen Lichtwellenlängen (XGI, XG2, XG3) scharf abbildbar sind.
7. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (Gl, G2, G3) getrennt voneinander ausgebildet sind und vorzugsweise voneinander beabstandet sind.
8. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Blenden (32) einer jeden Mikro-Optiksystem-Gruppe (Gl, G2, G3) zu einer Mikro-Blenden-Gruppe zusammengefasst sind und die Mikro-Blenden-Gruppen identisch ausgebildet sind, wobei vorzugsweise jede Mikro-Blende (32) als ein Plättchen aus einem lichtundurchlässigen Material mit einem Durchbruch (321, 321a, 321b, 321c, 321d, 321e) ausgebildet ist, wobei insbesondere jede Mikro-Blende (32) entlang der Hauptabstrahlrichtung (Z) eine endliche Dicke (D), beispielsweise von etwa 0,01 mm bis etwa 0,12 mm, vorzugsweise von etwa 0,06 mm, aufweist.
9. Lichtmodul (1) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Projektionseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, sowie einer Lichtquelle (7), wobei die
Projektionseinrichtung (2) der Lichtquelle (7) in Lichtabstrahlrichtung nachgelagert ist und von der Lichtquelle (7) erzeugtes Licht in einen Bereich vor dem Lichtmodul in Form einer Lichtverteilung (8) mit einer Hell-Dunkel-Grenze (80) projiziert, wobei die Lichtverteilung aus einer Vielzahl einander überlappender Teil-Lichtverteilungen mit jeweils einer Teil-Hell- Dunkel-Grenze gebildet ist und jede Teil-Lichtverteilung durch genau eine Mikro- Optiksystem-Gruppe gebildet ist.
10. Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Teil-Hell-Dunkel-Grenze einen Farbsaum einer vorgegebenen Farbe aufweist und unterschiedliche Teil-Hell-Dunkel-Grenzen Farbsäume unterschiedlicher Farben aufweisen, wobei jede Farbe einer Lichtwellenlänge (la, AG2, Vn) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise einer vorgegebenen
Lichtwellenlänge (la, AG2, l ,3) entspricht.
11. Lichtmodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil-Hell- Dunkel-Grenzen und die Hell-Dunkel-Grenze im Wesentlichen gerade, beispielsweise horizontal oder vertikal, verlaufen oder einen Asymmetrieanstieg (80) aufweisen.
12. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) eingerichtet ist, kollimiertes Licht zu erzeugen.
13. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) ein lichtkollimierendes Optikelement (9) und ein dem lichtkollimierenden Optikelement (9) vorgelagertes, vorzugsweise halbleiterbasiertes Leuchtelement (10), beispielsweise eine LED-Lichtquelle, umfasst, wobei das lichtkollimierende Optikelement (9) beispielsweise ein Kollimator oder eine lichtkollimierende Vorsatzoptik oder eine TIR-Linse ist.
14. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) zumindest zwei lichtemittierende Bereiche (70, 71, 72) aufweist, wobei jeder einzelne lichtemittierende Bereich unabhängig von den anderen lichtemittierenden Bereichen der Lichtquelle (7) steuerbar, beispielsweise ein- und ausschaltbar ist, und jedem lichtemittierenden Bereich (70, 71, 72) mindestens eine, vorzugsweise genau eine Mikro- Optiksystem-Gruppe (Gl, G2, G3) derart zu geordnet ist, dass von dem jeweiligen lichtemittierenden Bereich (70, 71, 72) erzeugtes Licht direkt und nur auf die diesem lichtemittierenden Bereich (70, 71, 72) zugeordnete Mikro-Optiksystem-Gruppe (Gl, G2, G3) trifft.
15. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einem Lichtmodul nach einem der
Ansprüche 9 bis 14.
EP19752993.6A 2018-08-07 2019-08-05 Lichtmodul für einen kraftfahrzeugscheinwerfer aus einer vielzahl von mikro-optiksystemen Active EP3833903B1 (de)

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