EP3833903B1 - Lichtmodul für einen kraftfahrzeugscheinwerfer aus einer vielzahl von mikro-optiksystemen - Google Patents

Lichtmodul für einen kraftfahrzeugscheinwerfer aus einer vielzahl von mikro-optiksystemen Download PDF

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EP3833903B1
EP3833903B1 EP19752993.6A EP19752993A EP3833903B1 EP 3833903 B1 EP3833903 B1 EP 3833903B1 EP 19752993 A EP19752993 A EP 19752993A EP 3833903 B1 EP3833903 B1 EP 3833903B1
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EP
European Patent Office
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micro
light
optical system
aperture
different
Prior art date
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EP19752993.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3833903A1 (de
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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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    • 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
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • 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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    • F21S41/25—Projection lenses
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    • F21S41/25—Projection lenses
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    • 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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    • 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 of a motor vehicle headlight, which is formed from a large number of micro-optical systems arranged in a matrix-like manner, each micro-optical system having a micro-entry optic, a micro-exit optic assigned to the micro-entry optic, and a micro-exit optic between the micro-entry optic and micro-aperture arranged on the micro-exit optics, wherein all micro-entry optics form an entry optic, all micro-exit optics form an exit optic and the micro-apertures form an aperture device, wherein the aperture device is arranged in a plane that is essentially orthogonal to the main emission direction of the projection device and the entrance optics, the exit optics and the diaphragm device are arranged in planes which are essentially parallel to one another.
  • the invention relates to a light module with at least one such projection device.
  • the international registration WO 2015/058227 A1 the applicant shows a micro-projection light module in which individual projection systems - projection devices - are lined up.
  • a sharp image of an overall light distribution for example a low beam light distribution, is generated with each individual projection system.
  • a single micro-optical system, from which the projection systems are formed, is designed for a wavelength of approx. 555 nm, ie for the green color range. This range is sharply imaged, while all other wavelength ranges are blurred due to chromatic aberration. In the case of a low beam distribution, for example, this means that the light-dark boundary has a violet color fringe.
  • the color of the color fringe can only be adjusted by deliberately defocusing the projection systems by changing the position of the micro exit optics.
  • this leads, for example, to a large gap that is very clearly visible to the naked eye between the low beam distribution and a partial high beam distribution (when the lens is defocused towards the beam stop) or that the color fringe becomes even bluer (when the lens is defocused away from the beam stop (stop device)).
  • Other solutions, such as achromatic lenses, are too complicated and too expensive to manufacture, since they require a specific combination of materials. More light modules are from the WO 2017/066817 A1 or the WO 2017/066818 A1 famous.
  • the task is solved with a light module according to claim 1.
  • all of the micro-optical systems are divided into at least two micro-optical system groups, the micro-apertures of the micro-optical systems of each micro-optical system group being illuminated by light of at least one light wavelength from a predetermined light wavelength range, preferably by light of a predetermined light wavelength, can be imaged sharply and the predetermined light wavelength ranges are different for different groups of micro-optical systems and preferably do not overlap.
  • 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 focuses light of at least one light wavelength from a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined light wavelength. Other micro-optical system groups are defocused with regard 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 large number of micro light distributions—light distributions that are formed by individual micro optical systems. Furthermore, each micro-optical system group is set up to form a partial light distribution. The partial light distributions are overlays of those micro light distributions that are created using the micro-optical systems belonging to the corresponding micro-optical-system group are formed/formed. The light distribution or the overall light distribution is also a superimposition of the partial light distributions of individual micro-optical system groups.
  • the above-mentioned sharp imaging of the optically effective edges of the micro-apertures in the light of at least one light wavelength from the specified light wavelength range, preferably the specified light wavelength, according to the invention 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 by superimposing the micro-light-dark transitions or boundaries, whereby a color compensation effect is achieved in which the color of a color fringe is adapted to the entire light distribution or the overall light distribution.
  • the specified light wavelength ranges, in particular the specified light wavelengths are preferably selected in such a way that a white color fringe is produced.
  • the micro-aperture in each micro-optical system is spaced apart from the micro-exit optics by a distance, the distance depending on the at least one light wavelength from a specified light wavelength range, preferably on a specified light wavelength, and within the same micro-optical system group is essentially the same, the distances in the micro-optical systems from different micro-optical system groups being different.
  • the micro-apertures can be spaced from the respective micro-exit optics by the same distance, this distance being determined according to at least one light wavelength from the predetermined light wavelength range assigned to this micro-optical system group, preferably at least one predetermined light wavelength is selected.
  • the micro-optical systems can consist of two or more different micro-optical system groups have two or more different distances between their micro-apertures and the respective micro-exit optics.
  • Each micro-optical system group can be set up to sharply image a micro-aperture 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 approximately 0.01 mm to approximately 0.12 mm, preferably from approximately 0.01 mm to approximately 0.06 mm, in particular from approximately 0.01 mm to about 0.03 mm, the micro-exit optics having a back focus - 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 the micro exit optics are designed, for example, as plano-convex lenses with a lens diameter of about 2 mm, they can be used for light with a light wavelength of about 555 nm ("green light”), a back focus of about 0.7 mm (“green focal point ”) have (see example in the description of the figures).
  • the position of the micro-apertures in a micro-optical system group can be tuned to a predetermined light wavelength range assigned to this micro-optical system group, preferably to a light wavelength.
  • the micro-optical system group is to image the micro-apertures for green light (from the green region of the spectrum with light wavelengths from about 490 nm to about 575 nm: ⁇ ⁇ 490 - 575 nm, in particular ⁇ ⁇ 555 nm).
  • micro-apertures determines the position of the intermediate image plane for these wavelengths and then positions the micro-apertures of the micro-optical system group in the green intermediate image plane or in the intersection of the green rays with the optical axis of the micro-exit optics.
  • the micro-apertures are at a distance from the micro-exit optics that is matched to the green light and is therefore related to the corresponding light wavelength.
  • the optically effective edges within the same micro-optical system group can be imaged sharply with light from a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined light wavelength. This means that the light-dark boundary(s) generated by the optically effective edges(s) has(have) a color fringe of a corresponding color.
  • the micro exit optics of each micro optics system has a light exit surface with a specified curvature, the specified curvature (the value of the specified curvature) of the at least one light wavelength from a specified light wavelength range, preferably from 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 being different.
  • micro-bright-dark boundaries in different micro-optical system groups can be imaged sharply by light of different light wavelengths.
  • the different micro-optical system groups are formed separately from one another and are preferably spaced apart from one another.
  • each micro-optical system group is combined to form a micro-aperture group and the micro-aperture groups are configured identically, with each micro-aperture preferably being a small plate an opaque material is formed with a breakthrough, in particular each micro-aperture along the main direction of emission a finite thickness, for example from about 0.01 mm to about 0.12 mm, preferably from about 0.06 mm.
  • the light module also has a light source, the projection device being located downstream of the light source in the light emission direction and projecting 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 light-dark boundary, the light distribution is formed from a multiplicity of overlapping partial light distributions, each with a partial light/dark boundary, 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 boundaries have color fringes of different colors.
  • the partial light-dark boundaries and the light-dark boundary are essentially straight, for example horizontal or vertical, or have an increase in asymmetry, with each color of a light wavelength from a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined light wavelength is equivalent to.
  • the light source is set up to generate collimated light.
  • the light source comprises a light-collimating optics element and a preferably semiconductor-based lighting element, for example an LED light source, upstream of the light-collimating optics element, the light-collimating optics element being, for example, a 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 independently of the other light-emitting areas of the light source, for example being switched on and off, and each light-emitting area having at least one, preferably precisely one, micro-optical system Group is assigned in such a way that from the respective light-emitting area light generated directly and only hits this light-emitting area associated micro-optical system group.
  • This enables dynamic setting, ie setting during operation of the light module, of the color of the color fringe of the light-dark boundary.
  • FIGS. 1-10 are schematic representations showing only those components that may be helpful in explaining the invention.
  • the person skilled in the art immediately recognizes that a projection device and a light module for a motor vehicle headlight can have a large number of other components that are not shown here, such as setting and adjusting devices, electrical supply means and much more.
  • 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.
  • figure 1 shows a lighting device 1 for a motor vehicle headlight, which can correspond to the light module according to the invention.
  • the illumination device 1 comprises a projection device 2 , which is formed from a multiplicity of micro-optical systems 3 arranged in a matrix-like manner, each micro-optical system 3 having a micro-entry optics 30 , a micro-exit optics 31 assigned to the micro-entry optics 30, and a micro-exit optics 31 arranged between the micro- Entry optics 30 and the micro exit optics 31 arranged micro-aperture 32 has.
  • figure 1 shows that the matrix-like arrangement of the micro-optical systems 3 extends in two directions X (horizontal) and Y (vertical) that are essentially orthogonal to the main emission direction Z. That in the Figures 1, 1a and 1b The coordinate system shown is, as described above, related to the lighting device 1 in its customary installation position.
  • the lighting device 1 can be used to generate light distributions that are superimposed on a large number of micro light distributions (such as in figure 6 ) - Light distributions that are formed by individual micro-optical systems - are formed.
  • figure 7 shows an example of such a light distribution, which is designed as a low beam distribution 8 with a light-dark boundary with an asymmetry increase 80 .
  • each micro-optical-system group is set up to form a partial light distribution.
  • the partial light distributions are also overlays of several micro light distributions.
  • the light distribution or the overall light distribution is a superimposition of partial light distributions.
  • each micro-optical system 3 consists of exactly one micro-entry optics 30, exactly one micro-exit optics 31 and exactly one micro-aperture 32 ( Figure 1a ).
  • all micro entry optics 30 form, for example, a one-piece entry optics 4 .
  • all micro exit optics 31 form a one-piece exit optics 5 , for example, and the micro diaphragms 32 form a one-piece diaphragm device 6 , for example.
  • the entrance optics 4, the exit optics 5 and the diaphragm device 6 form a one-piece projection device 2, for example.
  • the micro-entry optics 30, the micro-exit optics 31 and the micro-apertures 32 can be applied, for example, to one or more, preferably translucent substrate(s) 40, 50, 51, 52, 60 , for example made of glass or plastic.
  • the diaphragm device 6 is arranged in a plane that is essentially orthogonal to the main emission direction Z of the projection device 2—in the intermediate image plane 322 .
  • all micro-apertures 32 are also in the intermediate image plane 322.
  • the entrance optics 4, the exit optics 5 and the aperture device 6 are arranged in planes that are essentially parallel to one another.
  • Figure 1a shows schematically an enlarged exploded view of one of the micro-optical systems 3 of FIG Figure 1.
  • Figure 1b shows section AA of the Figure 1a .
  • the substrates 40, 50, 51, 52, 60 have been omitted from this illustration for the sake of simplicity.
  • the Figure 1a shows that the micro-aperture 32 can have an optically effective edge 320 .
  • the micro-aperture 32 is spaced from the micro-exit optics 31 by a distance d .
  • the optically effective edge 320 can be set up or configured to generate a light-dark boundary of the micro light distribution—a so-called micro light-dark boundary 3200 , 3201 (see FIG figure 6 ). At this point on figure 6 be referred to.
  • figure 6 shows different shapes of the optically effective 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 an essentially horizontal micro-light-dark boundary 3201 or a micro light-dark boundary with an asymmetry increase 3201.
  • a micro light distribution is formed by light passing through 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 profiles.
  • the optically effective edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e which in this case is formed as an opening limit, has a closed form (see also figure 6 ). At least part of the optically effective edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e is set up/designed for shaping/forming the micro-light/dark boundary 3200, 3201. At the in the Figures 1a and 6 In the micro-apertures shown, this is the lower part of the optically active edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e.
  • the technical features relating to the geometric shape of the light distributions relate to a two-dimensional projection of the respective light distribution.
  • This projection can occur, for example, in a lighting technology laboratory if the light distribution is projected onto a measuring screen that is set up at a distance of approx. 25 meters orthogonally to the main direction of radiation of a light module, a lighting device or a motor vehicle headlight that is installed in a customary installation position.
  • cut-off lines partial or micro cut-off line
  • the optically effective edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e is only sharply imaged with light of a specific color or a specific wavelength.
  • the optically effective edge 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e of the micro-aperture 32 spaced by this focal length from the micro exit optics 31 (the distance d is equal to the focal length in this case), in the form of a micro cut-off with a violet color fringe imaged 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 portions of 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 with a light wavelength from the green spectral range) with the optical axis of the micro-exit optics but, for example, at an intersection of the red or of the blue (light) rays with the optical axis of the micro exit optics.
  • the distance d can therefore be selected as a function of the light wavelength ⁇ d .
  • This example allows a general statement to be made: 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 the light-dark boundary of a low beam distribution, have a color fringe in a color that depends on the distance d of the micro-apertures depends on the micro-exit optics. The color of this color fringe results from the mixing of light wavelengths for which the micro-apertures are not in the focal plane (chromatic aberration).
  • micro-optical systems 3 are divided into at least two micro-optical system groups G1 , G2 , G3 .
  • figure 1 shows, for example, three micro-optical system groups G1, G2, G3.
  • a predetermined light wavelength range eg green range
  • a predetermined light wavelength ⁇ G1 , ⁇ G2 , ⁇ G3 is assigned to each micro-optical system group G1, G2, G3.
  • each micro-optical system group includes micro-optical systems whose micro-apertures are only affected by light with light wavelengths ⁇ G1 , ⁇ G2 , ⁇ G3 from the specified light wavelength range, preferably by light of a specified light wavelength (e.g. of about 555 nm). are sharply depictable.
  • the predetermined light wavelength ranges preferably the predetermined light wavelengths ⁇ G1 , ⁇ G2 , ⁇ G3 , of different micro-optical system groups G1, G2, G3 are different. It can be expedient that the different light wavelength ranges do not overlap.
  • the specified light wavelength range preferably the specified light wavelength ⁇ G1 , ⁇ G2 , ⁇ G3 .
  • the color fringes in the light image are also superimposed by superimposing the micro-light-dark transitions or boundaries, 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 specified light wavelength ranges, in particular the specified light wavelengths are preferably selected in such a way that a white color fringe is produced.
  • micro-apertures 32 of each micro-optical system group G1, G2, G3 can be combined to form a micro-aperture group, wherein the micro-aperture groups can be configured identically.
  • each micro-optical system 3 at least part of the micro-aperture 32 is spaced from the micro-exit optics 31 by a distance d, d1, d2, d3, the distance d, d1, d2, d3 being a light wavelength ⁇ d , ⁇ G1 , ⁇ G2 , ⁇ G3 from a predetermined light wavelength range or from one of the predetermined light wavelength ranges and is essentially the same within the same micro-optical system group G1, G2, G3.
  • the distances d1, d2, d3 can be selected differently in the micro-optical systems 3 from different micro-optical-system groups G1, G2, G3.
  • micro-apertures 32 are spaced from the respective micro-exit optics by the same distance, with this distance d1, d2, d3 being determined according to a light wavelength from the specified light wavelength range assigned to this micro-optical system group G1, G2, G3, preferably the predetermined light wavelength ⁇ G1 , ⁇ G2 , ⁇ G3 .
  • 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-apertures 32 and the respective micro-exit optics 31.
  • Each micro-optical system group G1, G2, G3 is set up to expose micro-aperture 32 in the light of at least one light wavelength a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined light wavelength to image sharply.
  • the micro-aperture is sharply imaged by green light with a light wavelength of approx. 555 nm.
  • the differences ⁇ d 12 , ⁇ d 23 between the distances d1, d2, d3 in different micro-optical system groups G1, G2, G3 can be about 0.01 mm to about 0.12 mm, preferably from about 0.01 mm to about 0 0.06 mm, in particular from about 0.01 mm to about 0.03 mm.
  • the micro exit optics 31 for green light in particular for light with a light wavelength of approximately 555 nm, preferably have a back focus of approximately 0.7 mm.
  • the position of the micro-apertures in a micro-optical system group can be tuned to a predetermined light wavelength range assigned to this micro-optical system group, preferably to a light wavelength.
  • the micro-optical system group is to image the micro-apertures for green light (from the green region of the spectrum with light wavelengths from about 490 nm to about 575 nm: ⁇ ⁇ 490 - 575 nm, in particular ⁇ ⁇ 555 nm).
  • micro-apertures determines the position of the intermediate image plane for these wavelengths and then positions the micro-apertures of the micro-optical system group in the green intermediate image plane or in the intersection of the green rays with the optical axis of the micro-exit optics.
  • the micro-apertures are at a distance from the micro-exit optics that is matched to the green light and is therefore related to the corresponding light wavelength.
  • the position of the micro-apertures is determined as a function of the light wavelength from another light wavelength range of the spectrum.
  • Other areas of the spectrum are, for example: violet area (violet light) with light wavelengths from about 380 nm to about 420 nm ( ⁇ ⁇ 380 - 420 nm); blue range (blue light) with light wavelength from about 420 nm to about 490 nm ( ⁇ ⁇ 420 - 490 nm); yellow area (yellow light) with light wavelength from about 575 nm to about 585 nm ( ⁇ ⁇ 575 - 585 nm); orange area (orange light) with light wavelength from about 585 nm to about 650 nm ( ⁇ ⁇ 585 - 650 nm), and red range (red light) with light wavelength from about 650 nm to about 750 nm ( ⁇ ⁇ 650 - 750 nm)
  • the optically active edges 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e can be imaged sharply within the same micro-optical system group with light from a predetermined light wavelength range, preferably a predetermined light wavelength.
  • a predetermined light wavelength range preferably a predetermined light wavelength.
  • shifting the micro-aperture (green focal point) approximately 0.7 mm from the micro-exit optics in the horizontal direction leads to or away from the micro-exit optics by approximately 0.06 mm
  • Micro exit optics to a red or a blue color fringe at the micro light-dark transition or the limit For example, by shifting the micro-aperture by 0.03mm to the micro-exit optics (or the micro-aperture optics to the micro-aperture, an orange color fringe appears).
  • a superimposition of the color fringes in different colors in the light image leads to a clear compensation of the color fringes. For example, a yellow-reddish color fringe can be overlaid with a violet color fringe, thereby creating an essentially white color fringe - compensation.
  • micro-optical system groups which consist of an equal number of micro-optical systems, the micro-exit optics of a micro-optical system group being about 0.06 mm thicker than that of the others.
  • the sharpness factor of the light distribution can then be adjusted.
  • the different distances d1, d2, d3 in the different micro-optical system groups G1, G2, G3 can be caused, for example, by different thicknesses of the micro-exit optics 32 themselves, the corresponding substrates or the corresponding layers of adhesive between the corresponding substrate and the micro-exit optics.
  • figure 1 shows that the micro exit optics 32 are applied to a substrate 50, 51, 52.
  • the thickness of the substrate 50, 51, 52 varies depending on the micro-optical system group G1, G2, G3.
  • the thickness of the substrate 50, 51, 52 in the corresponding micro-optical system group G1, G2, G3 defines the distances d1, d2, d3 between the micro-apertures 32 and the micro-exit optics 31 of this micro-optical system group G1, 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 with different thicknesses for the different micro-optical system groups G1, G2, G3.
  • the different distances d1, d2, d3 can also be achieved with an adhesive layer 53 having a thickness ⁇ d , for example from 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 can be achieved.
  • This somewhat thicker layer of adhesive can, for example, be between the micro exit optics 31 and the substrate 50 of the exit optics 5 or between the micro apertures 32 and the substrate 50 of the exit optics 5.
  • micro-apertures of a thickness D so that, for example, a rear part 32a of its optically effective edges, which is distal with respect to the micro-exit optics 31 (in the main emission direction Z), is sharply imaged with light of a first light wavelength ⁇ G11 from the specified light wavelength range and a front part 32b of its optically active edges that is proximal with respect to the micro exit optics 31 is sharply imaged with light of a second light wavelength ⁇ G12 from the predetermined light wavelength range.
  • the distal portion 32a at an intersection S ⁇ g 11 of the beams of light wavelength ⁇ G11 with the optical axis OA of the micro-optical system 3 and the proximal part 32b at an intersection point S ⁇ G12 of the beams of light wavelength ⁇ G12 are arranged with the optical axis OA of the micro-optical system 3 .
  • the micro-aperture 32 can be about 0 12 mm thick, with its center being spaced from the micro-exit optics 31 by about 0.7 mm.
  • the distal part 32a of the optically effective edge of the micro-aperture 32 is at an intersection point S ⁇ g 11 of the red rays with the optical axis OA of the micro-exit optics 31 and the proximal part 32b of the optically effective edge of the micro-aperture 32 at an intersection S ⁇ G12 of the blue rays lie with the optical axis OA of the micro exit optics.
  • Different parts of the optical Effective edge, such as the distal or the proximal part are superimposed in the light image in the form of micro-light-dark transitions or borders with color fringes in different colors. This superimposition can also compensate for the color fringe of the light-dark boundary.
  • micro exit optics of different thicknesses are preferred—whether achieved by a thicker substrate, thicker adhesive layer or thicker micro exit optics body.
  • the production of micro-apertures of different thicknesses is only possible with application processes (lithographic) and leads to an air gap in the projection device. Micro-apertures 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 be easily produced using a tool.
  • the micro exit optics 31 of each micro optics system 3 has a light exit surface with a predetermined curvature k1 , k2 , the predetermined curvature k1, 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 ⁇ G1 , ⁇ G2 , ⁇ G3 and within the same micro-optical system group G1, G2, G3 is essentially the same, the predetermined curvatures k1, k2 in the micro Optical systems 3 from different micro-optical system groups G1, G2, G3 are different.
  • FIG. 5 shows a schematic of two micro-exit optics 31 from different micro-optical system groups G1, G2 and micro-apertures 32 upstream of these micro-exit optics 31. It should be noted that the micro-apertures 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 be varied here, as described above and adapted to the light wavelength.
  • the light exit surfaces of the micro exit optics 31 of figure 5 are curved differently. This means that the micro-apertures 32 of the micro-optical systems 3 of a first micro-optical-system group G1 at an intersection S ⁇ g 1 of the beams of light wavelength ⁇ G1 with the optical axis OA of the corresponding micro-optical system 3 and the micro-apertures 32 of the micro-optical systems 3 of a second micro-optical-system group G2 at an intersection S ⁇ g 2 the beams of light wavelength ⁇ G2 with the optical axis OA of the corresponding micro-optical system 3 can be located.
  • the optically effective edges of the micro-apertures 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 fringe that occurs after the superimposition is white.
  • these exemplary embodiments can be combined with one another.
  • it can be expedient not only to vary the position of the micro-apertures (the distance d1, d2, d3 between the micro-aperture and the respective micro-exit optics) from micro-optical system group to micro-optical system group, but also to change the curvatures k1, k2 of the light exit surfaces of the micro exit optics.
  • the overall thickness of the projection device but also the lengthwise extension of the entire light module in which the projection device is used, can be influenced and the overall depth can thus be adjusted, for example.
  • an adhesive layer as in the Figures 2 or 3 or a thicker substrate as in figure 1 to foresee.
  • figure 6 Examples of micro-apertures 32 with differently shaped openings 321a, 321b, 321c, 321d, 321e and of micro-light distributions that can be generated by the respective shape of the opening.
  • figure 6 reveals two different forms of micro-light-dark boundaries: a substantially horizontally running micro-light-dark boundary 3201 and a micro-light-dark boundary with an asymmetry increase 3201.
  • a substantially horizontally running micro-light-dark boundary 3201 and a micro-light-dark boundary with an asymmetry increase 3201.
  • by superimposing the micro-light distributions of the same micro-optical system group in the light image forms a partial light distribution that has a partial light-dark boundary with a color fringe of a specified color, the specified color depending on the specified light wavelength range, preferably on the specified light wavelength .
  • the partial light distributions superimposed in the light image form a light distribution or total light distribution, such as the low beam distribution 8 in the figure 7 .
  • the micro light distributions with the micro light/dark boundaries exhibiting the asymmetry increase 3201 lead to partial light/dark boundaries with an asymmetry increase, with each partial light/dark boundary having the color fringe in the specified color.
  • the light-dark boundary with the asymmetry increase 80 is formed, the color fringe of which has a color that is determined by the colors of the color fringe of the partial light distribution.
  • the color of the color fringe of the light-dark boundary with the increase in asymmetry 80 in the low beam distribution 8 is preferably white.
  • the different micro-optical system groups can certainly be formed separately from one another. It is conceivable that the different micro-optical system groups are spaced apart from one another.
  • the entry optics, the exit optics and the diaphragm device can be arranged on separate, different, preferably transparent substrates.
  • the lighting device 1 for a motor vehicle headlight has a light source 7 which is upstream of the projection device 2 in the light emission direction Z.
  • the light source 7 emits light which is projected by the projection device 2 in an area in front of the lighting device in the form of a light distribution, for example a low beam light 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 a collimator 9 in figure 1 and a preferably semiconductor-based lighting element, for example an LED light source 10, located in front of the collimator 9.
  • the light-collimating optics element can also be designed as a light-collimating attachment optics or a TIR lens (not shown).
  • the light source 7 has three light-emitting areas 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 .

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Description

  • 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 A1 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. Weitere Lichtmodule sind aus der WO 2017/066817 A1 oder der WO 2017/066818 A1 bekannt.
  • 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 einem Lichtmodul nach dem Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, 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 erfindungsgemäße scharfe Abbilden der optisch wirksamen Kanten der Mikro-Blenden 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: λ ~ 490 - 575 nm, insbesondere λ ~ 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-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.
  • Erfindungsgemäß weist das Lichtmodul außerdem eine Lichtquelle auf, 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.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, 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. 1a Explosionsdarstellung eines der Mikro-Optiksysteme der Figur 1;
    • Fig. 1b ein Schnitt A-A des Mikro-Optiksystems der Figur 1a;
    • 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, 1a und 1b 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 1a). 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 1a zeigt schematisch eine vergrößerte Explosionsdarstellung eines der Mikro-Optiksysteme 3 der Figur 1. Figur 1b zeigt Schnitt A-A der Figur 1a. Die Substrate 40, 50, 51, 52, 60 wurden in dieser Darstellung der Einfachheit halber weggelassen. Die Figur 1a 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 Figur 1b 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 Fall als Durchbruchgrenze ausgebildet ist, eine geschlossene Form auf (siehe auch Figur 6). Dabei ist zumindest ein Teil der optisch wirksamen Kante 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e zum Formen / Bilden der Mikro-Hell-Dunkel-Grenze 3200, 3201 eingerichtet/ausgebildet. Bei den in den Figuren 1a und 6 gezeigten Mikro-Blenden ist das der untere Teil der optisch wirksamen Kante 320, 320a, 320b, 320c, 320d, 320e.
  • Der Fachmann erkennt sofort, dass sich geometrische Form 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 Farbe 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 λd 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 G1, G2, G3 unterteilt. Figur 1 zeigt beispielsweise drei Mikro-Optiksystem-Gruppen G1, G2, G3. Jeder Mikro-Optiksystem-Gruppe G1, G2, G3 wird ein vorgegebener Lichtwellenlängenbereich (z.B. grüner Bereich), vorzugsweise eine vorgegebene Lichtwellenlänge λG1 , λG2 , λG3 zugeordnet. Dies bedeutet, dass jede Mikro-Optiksystem-Gruppe Mikro-Optiksysteme umfasst, deren Mikro-Blenden nur durch Licht mit Lichtwellenlängen λG1, λG2, λG3 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 λG1, λG2, λG3, unterschiedlicher Mikro-Optiksystem-Gruppen G1, 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 λG1, λG2, λG3, 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 G1, 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, d1, d2, d3 beabstandet ist, wobei der Abstand d, d1, d2, d3 von einer Lichtwellenlänge λd, λG1, λG2, λG3 aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich oder aus einem der vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich abhängt und innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe G1, G2, G3 im Wesentlichen gleich ist. Die Abstände d1, d2, d3 können bei den Mikro-Optiksystemen 3 aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen G1, G2, G3 unterschiedlich gewählt werden. Dies bedeutet, dass innerhalb einer und derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe G1, G2, G3 die Mikro-Blenden 32 von den jeweiligen Mikro-Austrittsoptiken um gleichen Abstand beabstandet sind, wobei dieser Abstand d1, d2, d3 gemäß einer Lichtwellenlänge aus dem vorgegebenen, dieser Mikro-Optiksystem-Gruppe G1, G2, G3 zugeordneten Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise der vorgegebenen Lichtwellenlänge λG1, λG2, λG3 gewählt ist. Dabei weisen die Mikro-Optiksysteme 3 aus zwei beziehungsweise mehr unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen G1, G2, G3 zwei beziehungsweise mehr unterschiedliche Abstände d1, d2, d3 zwischen ihren Mikro-Blenden 32 und den jeweiligen Mikro-Austrittsoptiken 31 auf. Jede Mikro-Optiksystem-Gruppe G1, 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 Δd12, Δd23 zwischen den Abständen d1, d2, d3 in unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen G1, 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: λ ~ 490 - 575 nm, insbesondere λ ~ 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 ( λ ~ 380 - 420 nm); blauer Bereich (blaues Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 420 nm bis etwa 490 nm (λ ~ 420 - 490 nm); gelber Bereich (gelbes Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 575 nm bis etwa 585 nm (λ ~ 575 - 585 nm); orangefarbener Bereich (orangefarbenes Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 585 nm bis etwa 650 nm (λ ~ 585 - 650 nm), und roter Bereich (rotes Licht) mit Lichtwellenlänge von etwa 650 nm bis etwa 750 nm (λ ~ 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 d1, d2, d3 in den unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen G1, 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 G1, G2, G3 unterschiedlich dick. Die Dicke des Substrats 50, 51, 52 in der entsprechenden Mikro-Optiksystem-Gruppe G1, G2, G3 definiert die Abstände d1, d2, d3 zwischen den Mikro-Blenden 32 und den Mikro-Austrittsoptiken 31 dieser Mikro-Optiksystem-Gruppe G1, 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 G1, G2, G3 unterschiedlich dick auszubilden.
  • In Figuren 2 und 3 ist zu erkennen, dass die unterschiedlichen Abstände d1, d2, d3 auch mit einer Kleberschicht 53 einer Dicke Δd, 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 λG11 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 λG12 aus dem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich scharf abgebildet wird. Das heißt, dass der distale Teil 32a in einem Schnittpunkt Sλ G11 der Strahlen der Lichtwellenlänge λG11 mit der optischen Achse OA des Mikro-Optiksystems 3 und der proximale Teil 32b in einem Schnittpunkt Sλ G12 der Strahlen der Lichtwellenlänge λG12 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 Sλ G11 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 Sλ G12 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 k1, k2 aufweist, wobei die vorgegebene Krümmung k1, k2 (der Wert der vorgegebenen Krümmung) von einer Lichtwellenlänge aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich oder aus einem der vorgegebenen Lichtwellenlängenbereiche, vorzugsweise von einer der Lichtwellenlängen λG1, λG2, λG3 abhängt und innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe G1, G2, G3 im Wesentlichen gleich ist, wobei die vorgegebenen Krümmungen k1, k2 bei den Mikro-Optiksystemen 3 aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen G1, G2, G3 unterschiedlich sind.
  • Durch Ändern der Krümmungen k1, 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 λ unterschiedliche Schnittweiten auf. Figur 5 zeigt schematisch zwei Mikro-Austrittsoptiken 31 aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen G1, 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 G1 in einem Schnittpunkt Sλ G1 der Strahlen der Lichtwellenlänge λG1 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 Sλ G2 der Strahlen der Lichtwellenlänge λG2 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 d1, 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 k1, 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 G1, 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 G1, 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.
  • Die Bezugsziffern in den Ansprüchen dienen lediglich zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindungen und bedeuten auf keinen Fall eine Beschränkung der vorliegenden Erfindungen.

Claims (13)

  1. Lichtmodul (1) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Projektionseinrichtung (2), wobei die Projektionseinrichtung (2) 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 (λG1, λG2, λG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich scharf abbildbar sind und die vorgegebenen Lichtwellenlängenbereiche bei unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (G1, G2, G3) unterschiedlich sind, wobei das Lichtmodul (2) eine Lichtquelle (7) aufweist, 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, 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 (λG1, λG2, λG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise einer vorgegebenen Lichtwellenlänge (λG1, λG2, λG3) entspricht.
  2. Lichtmodul (1) 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, d1, d2, d3) beabstandet ist, wobei der Abstand (d, d1, d2, d3) von der zumindest einen Lichtwellenlänge (λd, λG1, λG2, λG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich abhängt und innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe (G1, G2, G3) gleich ist, wobei die Abstände (d1, d2, d3) bei den Mikro-Optiksystemen (3) aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (G1, G2, G3) unterschiedlich sind.
  3. Lichtmodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Unterschiede (Δd12, Δd23) zwischen den Abständen (d1, d2, d3) in unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (G1, 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 (λd, λG1, λG2, λG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich und von ihrem Durchmesser abhängt.
  4. Lichtmodul (1) 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 (k1, k2) aufweist, wobei die vorgegebene Krümmung (k1, k2) von der zumindest einen Lichtwellenlänge (λG1, λG2, λG3) aus einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich, vorzugsweise von einer der vorgegebenen Lichtwellenlängen (λG1, λG2, λG3) abhängt und innerhalb derselben Mikro-Optiksystem-Gruppe (G1, G2, G3) gleich ist, wobei die vorgegebenen Krümmungen (k1, k2) bei den Mikro-Optiksystemen (3) aus unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (G1, G2, G3) unterschiedlich sind.
  5. Lichtmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Mikro-Blenden (32) jeder Mikro-Optiksystem-Gruppe (G1, 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. Lichtmodul (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Hell-Dunkel-Grenzen bei unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen durch Licht der unterschiedlichen Lichtwellenlängen (λG1, λG2, λG3) scharf abbildbar sind.
  7. Lichtmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Mikro-Optiksystem-Gruppen (G1, G2, G3) getrennt voneinander ausgebildet sind und vorzugsweise voneinander beabstandet sind.
  8. Lichtmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Blenden (32) einer jeden Mikro-Optiksystem-Gruppe (G1, 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 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.
  10. Lichtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) eingerichtet ist, kollimiertes Licht zu erzeugen.
  11. Lichtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.
  12. Lichtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 (G1, G2, G3) derart zugeordnet 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 (G1, G2, G3) trifft.
  13. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einem Lichtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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