EP4291822A1 - Projektions- und beleuchtungsvorrichtung für einen kraftfahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Projektions- und beleuchtungsvorrichtung für einen kraftfahrzeugscheinwerfer

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EP4291822A1
EP4291822A1 EP22702734.9A EP22702734A EP4291822A1 EP 4291822 A1 EP4291822 A1 EP 4291822A1 EP 22702734 A EP22702734 A EP 22702734A EP 4291822 A1 EP4291822 A1 EP 4291822A1
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EP
European Patent Office
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micro
light
optics
projection device
entry
Prior art date
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Application number
EP22702734.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Gürtl
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ZKW Group GmbH
Original Assignee
ZKW Group GmbH
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Publication date
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    • G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements

Definitions

  • the invention relates to a projection device for a motor vehicle headlight, the projection device being set up for imaging light in the form of at least one light distribution in a main emission direction, the projection device comprising the following:
  • At least one light entry microoptics array which has a plurality of micro entry optics arranged in a matrix-like manner in a plane orthogonal to the main emission direction of the projection device and having a light entry surface, the micro entry optics being set up to couple light beams from a light source into the projection device via the respective light entry surface,
  • At least one light exit microoptics array which has a plurality of micro exit optics arranged in a matrix-like manner in a plane orthogonal to the main emission direction of the projection device and having a light exit surface, the micro exit optics being set up to direct light beams coupled into the projection device via the respective light exit surface out of the projection device to be coupled out in the direction of the main emission direction,
  • a micro-entry optics of the light entry Micro-optical arrays and exactly one assigned micro-exit optic of the light-exit micro-optical array form a pair of micro-optics in that light beams coupled into a micro-entry optic can essentially be decoupled through the micro-exit optics assigned to the respective micro-entry optics, with the light entry surface of the micro-entry optics and the first side of the substrate layer form a first edge in a common surface intersection line, and wherein the light exit surface of the micro-exit optics and the second side of the substrate layer form a second marginal edge in a common surface intersection line.
  • the invention also relates to a light module for a motor vehicle headlight, the light module comprising the following:
  • each collimator being assigned a light source, and each light source and a collimator assigned to the light source forming a light emission pair.
  • the invention relates to a lighting device with at least one projection device according to the invention and at least one light module according to the invention.
  • the invention relates to a motor vehicle headlight with at least one lighting device according to the invention.
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight with at least one projection device according to the invention or with at least one light module according to the invention.
  • Hy uptabstrah Lichtung is to be understood as meaning the direction in which the projection device emits the strongest or most light as a result of its directivity.
  • the prior art uses so-called “microlens arrays” - in short MLAs - used, with light sources upstream of the MLA.
  • collimators are used to parallelize the light beams emitted by the light sources. To save costs, these are often made of one material in a coherent collimator array, with a similar effect of the light from one collimator crossing into an adjacent collimator and stray lights being generated or suppressed Thereby coupling light rays into an undesired lens in the MLA.
  • the substrate layer is made of transparent glass, with an interference structure being arranged in the substrate layer made of glass between adjacent pairs of micro-optics by means of a laser processing method in order to prevent light beams coupled into a pair of micro-optics from passing into an adjacent pair of micro-optics, wherein the perturbation structure extends essentially from the first side of the substrate layer to the second side of the substrate layer.
  • the holes are filled with a light-absorbing material.
  • the interfering structure for each pair of micro-optics extends from the first edge in the shortest connection to the second edge and essentially forms a cylindrical lorm in its entirety, so that light beams which couple into the micro-entry optics exclusively from the micro-exit optics of the corresponding pair of micro-optics.
  • the interference structure per pair of micro-optics extends essentially from the first side to the second side of the substrate layer and in its entirety essentially forms a quadrangular, rectangular or hexagonal prism or forms an elliptical cylinder, so that light rays entering the Coupling in the micro entrance optics Only decoupling from the micro exit optics of the corresponding pair of micro optics.
  • the collimators are contiguously connected via connecting sections and form a collimator array, the collimators being formed as a one-piece collimator array and made of a single light-transmissive material, and with an interference structure between adjacent collimators in the connecting sections of the collimator array for light confinement is introduced into the material by means of a laser processing method, which disruptive structure is set up to prevent light beams coupled into a collimator from passing into an immediately adjacent collimator.
  • Such connecting sections are created during the manufacture of the collimator array from one material and are, for example, so-called connections or intersections in the injection molding process, as a result of which the light to be coupled in can be coupled in from one collimator into an adjacent collimator.
  • the material to be a carbon-containing material, with the interference structure being in the form of a carbonization layer.
  • the collimator array is made of polycarbonate.
  • LEDs light-emitting diodes
  • the LEDs can be controlled individually and can be switched on and off individually and can be dimmed independently of one another.
  • the light module can include a control device.
  • a lighting device having at least one projection device according to the invention and at least one light module according to the invention, with each pair of micro-optics of the projection device being assigned precisely one light emission pair of the light module, with the projection device and the light module being arranged relative to one another such that light beams emitting from a light emission pair are precisely the respective pair of light emission associated micro-optics pair of the projection device can be coupled.
  • a motor vehicle headlight with at least one projection device according to the invention and at least one light module according to the invention.
  • the invention is explained in more detail below with reference to exemplary drawings. Here shows
  • FIG. 1A shows an exemplary projection device in a side view, formed from a substrate layer with a light entry micro-optics array, comprising a plurality of micro entry optics, and a light exit micro-optics array, comprising a plurality of micro exit optics, with an interference structure being arranged in the substrate layer by means of a laser processing method,
  • FIG. 1B shows the projection device from FIG. 1A in a plan view
  • FIGS. 1A and 1B shows the projection device from FIGS. 1A and 1B, a pair of micro-optics being shown, each of which is formed from a micro-entry optic and precisely one micro-exit optic,
  • FIG. 4 shows an exemplary light module, comprising a collimator array and a plurality of light sources, in a side view, and
  • FIG. 5 shows an exemplary lighting device, comprising a projection device according to FIGS. 1A, 1B and 2, and a light module according to FIG. 4.
  • FIG. 1A and 1B show an exemplary projection device 10 for a motor vehicle headlight, the projection device 10 being set up to image light in a region in front of a motor vehicle in the form of at least one light distribution in a main emission direction X.
  • the projection device 10 comprises a light entry microoptics array 100, which has a plurality of micro entry optics 110 arranged in a matrix-like manner in a plane orthogonal to the main emission direction X of the projection device 10 and having a light entry surface 111, the micro entry optics 110 being set up to form light beams a light source via the respective light entry surface 111 into the projection device 10 .
  • the projection device 10 further comprises a light exit microoptics array 200, which has a plurality of micro exit optics 210 arranged in a matrix-like manner in a plane orthogonal to the main emission direction X of the projection device 10 and having a light exit surface 211, the micro exit optics 210 being set up in the projection device 10 coupled light beams via the respective light exit surface 211 out of the projection device 10 in the direction of the main emission direction X.
  • the projection device 10 comprises a substrate layer 300 on which the light entry microoptics array 100 is arranged on a first side 310 of the substrate layer 300 and the light exit microoptics array 200 is arranged on a second side 320 of the substrate layer 300 opposite the first side 310.
  • the light entry microoptics array 100 and the light exit microoptics array 200 are made of transparent acrylate.
  • a micro entry optics 110 of the light entry micro optics array 100 and in each case exactly one associated micro exit optics 210 of the light exit micro optics array 200 form a pair of micro optics 400 in that light beams coupled into a micro entry optics 110 essentially pass through those of the respective micro entry optics 110 associated micro exit optics 210 can be coupled out, which is shown in FIG. 2 by way of illustration.
  • the light entry surface 111 of the micro entry optics 110 and the first side 310 of the substrate layer 300 form a first edge 410a in a common surface intersection line, with the light exit surface 211 of the micro exit optics 210 and the second side 320 of the substrate layer 300 forming one in a common surface intersection line form second marginal edge 410b as seen in Figures 1A and 1B.
  • An interference structure 500 is arranged between adjacent pairs of micro-optics 400 in the substrate layer 300 made of glass by means of a laser processing method in order to prevent light beams coupled into a pair of micro-optics 400 from passing into an adjacent pair of micro-optics 400, with the interference structure 500 essentially moving away from the first edge 410a extends in the shortest connection to the second edge 410b and in its entirety substantially one forms a cylindrical shape, so that light beams which couple into the micro-entry optics 110 decouple exclusively from the micro-exit optics 210 of the corresponding micro-optics pair 400 .
  • the cylindrical shape can be seen in FIG. 1 in combination with FIG. 1B.
  • FIG. 1 A further example of an arrangement of the interfering structure 500 is shown in FIG.
  • the disruptive structure 500 can be in the form of microcracks, the average length of the microcracks being in the range of 50-150 ⁇ m. Furthermore, the perturbation structure 500 can be in the form of a plurality of holes, with one hole having a diameter of up to 5 ⁇ m and the holes being filled with a light-absorbing material.
  • FIG. 4 shows an exemplary light module 20 for a motor vehicle headlight, the light module 20 comprising a plurality of light sources 600 which are set up to emit light beams.
  • the light module 20 comprises a plurality of collimators 700, which are set up to align light beams from the light sources 600 in parallel, with each collimator 700 being assigned a light source 600, and with a light source 600 and a collimator 700 assigned to the light source 600 forming a light emission pair 800. which is to be made recognizable by the dashed rectangle drawn in FIG.
  • the collimators 700 are contiguously connected via connecting portions 710 and form a collimator array 700a, the collimators 700 being formed as a one-piece collimator array 700a and made of a single light-transmissive material.
  • the collimator array 700a is arranged in rows and columns similar to the micro-optic arrays, for example as can be seen in FIG. 1B.
  • an interference structure 900 is introduced into the material by means of a laser processing method in order to delimit light to prevent an immediately adjacent collimator 700.
  • the translucent material is a carbonaceous material - polycarbonate in the example shown.
  • the disruptive structure 900 is in the form of a carbonization layer.
  • 5 shows an exemplary lighting device 30 for a
  • the lighting device 30 is a light module 20 according to the example shown in Fig. 4 and a projection device 10 according to the example shown in Fig. 1A, 1B and 2.
  • Each pair of micro-optics 400 of the projection device 10 of the illumination device 30 is assigned precisely one pair of light-emissions 800 of the light module 20, with the projection device 10 and the light module 20 being arranged relative to one another in such a way that light beams emitting from a pair of light-emissions 800 are directed precisely into the pair of micro-optics 400 assigned to the respective light-emission pair 800 of the projection device 10 can be coupled.

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Abstract

Projektionsvorrichtung (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die Projektionsvorrichtung (10) Folgendes umfasst: - ein Lichteintritts- Mikrooptikarray (100), umfassend Mikro-Eintrittsoptiken, - ein Lichtaustritts-Mikrooptikarray (200), umfassend Mikro-Austrittsoptiken, - eine Substratschicht (300), an welcher das zumindest eine Lichteintritts-Mikrooptikarray (100) an einer ersten Seite (310) der Substratschicht (300) angeordnet ist und das zumindest eine Lichtaustritts-Mikrooptikarray (200) an einer zweiten Seite (320) angeordnet ist, wobei jeweils eine Mikro-Eintrittsoptik (110) und jeweils genau eine zugeordnete Mikro- Austrittsoptik (210) ein Mikrooptikpaar (400) bilden, wobei die Lichteintrittsfläche (111) der Mikro-Eintrittsoptik (110) und die erste Seite (310) in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine erste Randkante (410a) ausbilden, und wobei die Lichtaustrittsfläche (211) der Mikro- Austrittsoptik (210) und die zweite Seite (320) in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine zweite Randkante (410b) ausbilden, wobei die Substratschicht (300) aus lichtdurchlässigem Glas hergestellt ist, wobei zwischen benachbarten Mikrooptikpaaren (400) eine Störstruktur (500) mittels eines Laserbearbeitungsverfahrens angeordnet ist, um ein Übertreten von in einem Mikrooptikpaar (400) eingekoppelte Lichtstrahlen in ein benachbartes Mikrooptikpaar (400) zu verhindern, wobei sich die Stör Struktur (500) im Wesentlichen von der ersten Randkante (410a) bis zur zweiten Randkante (410b) je Mikrooptikpaar (400) erstreckt.

Description

PROJEKTIONS- UND BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG FÜR EINEN KRAFTFAHRZEUGSCHEINWERFER
Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die Projektionsvorrichtung zur Abbildung von Licht in Form zumindest einer Lichtverteilung in eine Hauptabstrahlrichtung eingerichtet ist, wobei die Projektionsvorrichtung Folgendes umfasst:
- zumindest ein Lichteintritts-Mikrooptikarray, welches eine Mehrzahl in einer zu der Hauptabstrahlrichtung der Projektionsvorrichtung orthogonal stehenden Ebene matrixartig angeordnete Mikro-Eintrittsoptiken mit einer Lichteintrittsfläche aufweist, wobei die Mikro- Eintrittsoptiken eingerichtet sind, Lichtstrahlen einer Lichtquelle über die jeweilige Lichteintrittsfläche in die Projektionsvorrichtung einzukoppeln,
- zumindest ein Lichtaustritts-Mikrooptikarray, welches eine Mehrzahl in einer zu der Hauptabstrahlrichtung der Projektionsvorrichtung orthogonal stehenden Ebene matrixartig angeordnete Mikro-Austrittsoptiken mit einer Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Mikro-Austrittsoptiken eingerichtet sind, in die Projektionsvorrichtung eingekoppelte Lichtstrahlen über die jeweilige Lichtaustrittsfläche aus der Projektionsvorrichtung in Richtung der Hauptabstrahlrichtung auszukoppeln,
- eine Substratschicht, an welcher das zumindest eine Lichteintritts-Mikrooptikarray an einer ersten Seite der Substratschicht angeordnet ist und das zumindest eine Lichtaustritts- Mikrooptikarray an einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite der Substratschicht angeordnet ist, wobei jeweils eine Mikro-Eintrittsoptik des Lichteintritts-Mikrooptikarrays und jeweils genau eine zugeordnete Mikro-Austrittsoptik des Lichtaustritts- Mikrooptikarrays ein Mikrooptikpaar bilden, indem in eine Mikro-Eintrittsoptik eingekoppelte Lichtstrahlen im Wesentlichen durch die der jeweiligen Mikro-Eintrittsoptik zugeordnete Mikro- Austrittsoptik auskoppelbar sind, wobei die Lichteintrittsfläche der Mikro-Eintrittsoptik und die erste Seite der Substratschicht in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine erste Randkante ausbilden, und wobei die Lichtaustrittsfläche der Mikro-Austrittsoptik und die zweite Seite der Substratschicht in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine zweite Randkante ausbilden.
Weiters betrifft die Erfindung ein Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei das Lichtmodul Folgendes umfasst:
- zumindest zwei Lichtquellen, welche eingerichtet sind, Lichtstrahlen zu emittieren,
- zumindest zwei Kollimatoren, welche eingerichtet sind, Lichtstrahlen der Lichtquellen parallel auszurichten, wobei jedem Kollimator jeweils eine Lichtquelle zugeordnet ist, und wobei jeweils eine Lichtquelle und ein der Lichtquelle zugeordneter Kollimator ein Lichtemissionspaar bilden.
Überdies betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung und zumindest einem erfindungsgemäßen Lichtmodul.
Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
Weiters betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung oder mit zumindest einem erfindungsgemäßen Lichtmodul.
Unter „ Ha uptabstrah Lichtung" ist die Richtung zu verstehen, in der die Projektionsvorrichtung infolge ihrer Richtwirkung am stärksten bzw. am meisten Licht abstrahlt. Um Lichtverteilungen für ein Kraftfahrzeug zu erzeugen, wird im Stand der Technik unter anderem zu sogenannten „Microlensarrays" - kurz MLAs - gegriffen, wobei Lichtquellen dem MLA vorgeschalten sind.
Allerdings kommt es bei der Lichteinkopplung in den MLA zu Lichtübertritten bzw. zu einem Übersprechen von Lichtstrahlen in benachbarte Linsen, was zu Störlicht führt, welches unerwünscht ist. Zur Lichteinkopplung in den MLA werden zur Parallelisierung der von den Lichtquellen emittierten Lichtstrahlen Kollimatoren verwendet, welche zur Kostenersparnis oft in einem zusammenhängenden Kollimatorarray aus einem Material hergestellt werden, wobei ein ähnlicher Effekt des Übersprechens von Licht eines Kollimators in einen benachbarten Kollimator auftritt und Störlichter erzeugt bzw. Lichtstrahlen dadurch in eine nicht gewünschte Linse in den MLA einkoppeln.
Da bei einem zusammenhängenden, aus einem Material hergestellten Kollimatorarray es nicht möglich ist, sonst übliche Trennstege einzubauen, da sonst weitere Arbeitsschritte und dadurch auch Kosten erhöht werden, müssen andere Lösungen gefunden werden. Externe Trennstege zwischen den Kollimatoren benötigen überdies auch zusätzlichen Bauraum, wodurch die Effektivität der Kollimatoren gesenkt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Projektionsvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Substratschicht aus lichtdurchlässigem Glas hergestellt ist, wobei zwischen benachbarten Mikrooptikpaaren eine Störstruktur in der aus Glas hergestellten Substratschicht mittels eines Laserbearbeitungsverfahrens angeordnet ist, um ein Übertreten von in einem Mikrooptikpaar eingekoppelte Lichtstrahlen in ein benachbartes Mikrooptikpaar zu verhindern, wobei sich die Störstruktur im Wesentlichen von der ersten Seite der Substratschicht bis zur zweiten Seite der Substratschicht erstreckt.
Es kann vorgesehen sein, dass sich die Störstruktur im Wesentlichen von der ersten Randkante bis zur zweiten Randkante je Mikrooptikpaar erstreckt.
Es kann vorgesehen sein, dass der Lichteintritts- Mikrooptikarray und der Lichtaustritts- Mikrooptikarray fest mit der Substratschicht verbunden sind.
Es kann vorgesehen sein, dass der Lichteintritts- Mikrooptikarray, der Lichtaustritts- Mikrooptikarray und die Substratschicht einstückig aus lichtdurchlässigem Glas hergestellt sind. Es kann vorgesehen sein, dass die Störstruktur als Mikrorisse ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die durchschnittliche Länge der Mikrorisse eine Größe im Bereich von 50 - 150 gm aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Störstruktur als mehrere Löcher ausgebildet ist, wobei vorzugsweise ein Loch einen Durchmesser bis zu 5 gm aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Löcher mit einem lichtabsorbierenden Material gefüllt sind.
Es kann vorgesehen sein, dass sich die Störstruktur je Mikrooptikpaar von der ersten Randkante in kürzester Verbindung bis zur zweiten Randkante erstreckt und in ihrer Gesamtheit im Wesentlichen eine zylindrische Lorm bildet, sodass Lichtstrahlen, welche in die Mikro-Eintrittsoptik einkoppeln ausschließlich aus der Mikro-Austrittsoptik des entsprechenden Mikrooptikpaares auskoppeln.
Es kann vorgesehen sein, dass sich die Störstruktur je Mikrooptikpaar im Wesentlichen von der ersten Seite bis zur zweiten Seite der Substratschicht erstreckt und in ihrer Gesamtheit im Wesentlichen ein viereckiges, rechteckiges oder sechseckiges Prisma bildet oder einen ellipüschen Zylinder bildet, sodass Lichtstrahlen, welche in die Mikro-Eintrittsoptik einkoppeln ausschließlich aus der Mikro-Austrittsoptik des entsprechenden Mikrooptikpaares auskoppeln.
Es ist ebenso eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Lichtmodul bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kollimatoren über Verbindungsabschnitte zusammenhängend verbunden sind und ein Kollimatorarray bilden, wobei die Kollimatoren als ein einstückiges Kollimatorarray gebildet und aus einem einzigen lichtdurchlässigen Material hergestellt sind, und wobei zwischen benachbarten Kollimatoren in den Verbindungsabschnitten des Kollimatorarrays zur Lichtabgrenzung eine Störstruktur mittels eines Laserbearbeitungsverfahrens in dem Material eingebracht ist, welche Störstruktur eingerichtet ist, ein Übertreten von in einem Kollimator eingekoppelte Lichtstrahlen in einen unmittelbar benachbarten Kollimator zu verhindern. Solche Verbindungsabschnitte entstehen bei der Herstellung des Kollimatorarrays aus einem Material und sind beispielsweise beim Spritzgussverfahren sogenannte Anbindungen bzw. Verschneidungen, wodurch das einzukoppelnde Licht von einem Kollimator in einen benachbarten Kollimator einkoppeln kann.
Es kann vorgesehen sein, dass das Material ein kohlenstoffhalüges Material ist, wobei die Störstruktur als Karbonisierungsschicht ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Kollimatorarray aus Polycarbonat hergestellt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Lichtquellen als Leuchtdioden (LEDs) ausgebildet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die LEDs einzeln ansteuerbar sind und individuell ein- und ausschaltbar und unabhängige voneinander dimmbar sind. Zur Ansteuerung kann das Lichtmodul eine Steuereinrichtung umfassen.
Es ist ebenso eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung und zumindest einem erfindungsgemäßen Lichtmodul gelöst, wobei jedem Mikrooptikpaar der Projektionsvorrichtung genau ein Lichtemissionspaar des Lichtmoduls zugeordnet ist, wobei die Projektionsvorrichtung und das Lichtmodul derart zueinander angeordnet sind, sodass von einem Lichtemissionspaar emittierende Lichtstrahlen genau in den dem jeweiligen Lichtemissionspaar zugeordneten Mikrooptikpaar der Projektionsvorrichtung einkoppelbar ist.
Die Aufgabe wird ebenso durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gelöst
Die Aufgabe wird ebenso durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung und zumindest einem erfindungsgemäßen Lichtmodul gelöst. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1A eine beispielhafte Projektionsvorrichtung in einer Seitenansicht, gebildet aus einer Substratschicht mit einem Lichteintritts-Mikrooptikarray, umfassend mehrere Mikro- Eintrittsoptiken, und einem Lichtaustritts- Mikrooptikarray, umfassend mehrere Mikro- Austrittsoptiken, wobei in der Substratschicht eine Störstruktur mittels einem Laserbearbeitungsverfahren angeordnet ist,
Fig. 1B die Projektionsvorrichtung aus Fig. 1A in einer Draufsicht,
Fig. 2 die Projektionsvorrichtung aus Fig. 1A und 1B, wobei eine Mikrooptikpaar dargestellt ist, welches aus jeweils einer Mikro-Eintrittsoptik und genau einer Mikro-Austrittsoptik gebildet ist,
Fig. 3 ein weiteres Beispiel einer Projektionsvorrichtung in einer Seitenansicht,
Fig. 4 ein beispielhaftes Lichtmodul, umfassend ein Kollimatorarray und mehreren Lichtquellen, in einer Seitenansicht, und
Fig. 5 eine beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung, umfassend eine Projektionsvorrichtung entsprechend der Fig. 1A, 1B und 2, sowie ein Lichtmodul entsprechend der Fig. 4.
Fig. 1A und Fig. 1B zeigen eine beispielhafte Projektionsvorrichtung 10 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die Projektionsvorrichtung 10 zur Abbildung von Licht in einem Bereich vor einem Kraftfahrzeug in Form zumindest einer Lichtverteilung in eine Hauptabstrahlrichtung X eingerichtet ist.
Die Projektionsvorrichtung 10 umfasst im gezeigten Beispiel ein Lichteintritts- Mikrooptikarray 100, welches eine Mehrzahl in einer zu der Hauptabstrahlrichtung X der Projektionsvorrichtung 10 orthogonal stehenden Ebene matrixartig angeordnete Mikro- Eintrittsoptiken 110 mit einer Lichteintrittsfläche 111 aufweist, wobei die Mikro- Eintrittsoptiken 110 eingerichtet sind, Lichtstrahlen einer Lichtquelle über die jeweilige Lichteintrittsfläche 111 in die Projektionsvorrichtung 10 einzukoppeln. Die Projektionsvorrichtung 10 umfasst weiters ein Lichtaustritts-Mikrooptikarray 200, welches eine Mehrzahl in einer zu der Hauptabstrahlrichtung X der Projektionsvorrichtung 10 orthogonal stehenden Ebene matrixartig angeordnete Mikro- Austrittsopüken 210 mit einer Lichtaustrittsfläche 211 aufweist, wobei die Mikro-Austrittsoptiken 210 eingerichtet sind, in die Projektionsvorrichtung 10 eingekoppelte Lichtstrahlen über die jeweilige Lichtaustrittsfläche 211 aus der Projektionsvorrichtung 10 in Richtung der Hauptabstrahlrichtung X auszukoppeln.
Perner umfasst die Projektionsvorrichtung 10 eine Substratschicht 300, an welcher das Lichteintritts-Mikrooptikarray 100 an einer ersten Seite 310 der Substratschicht 300 angeordnet ist und das Lichtaustritts-Mikrooptikarray 200 an einer der ersten Seite 310 gegenüberliegenden, zweiten Seite 320 der Substratschicht 300 angeordnet ist. Dabei sind der Lichteintritts-Mikrooptikarray 100 und der Lichtaustritts-Mikrooptikarray 200 aus lichtdurchlässigem Acrylat hergestellt.
Dabei bilden jeweils eine Mikro-Eintrittsoptik 110 des Lichteintritts- Mikrooptikarrays 100 und jeweils genau eine zugeordnete Mikro-Austrittsoptik 210 des Lichtaustritts- Mikrooptikarrays 200 ein Mikroopükpaar 400, indem in eine Mikro-Eintrittsoptik 110 eingekoppelte Lichtstrahlen im Wesentlichen durch die der jeweiligen Mikro-Eintrittsoptik 110 zugeordnete Mikro- Austrittsoptik 210 auskoppelbar sind, was in Fig. 2 illustrativ dargestellt ist.
Perner bilden die Lichteintrittsfläche 111 der Mikro-Eintrittsoptik 110 und die erste Seite 310 der Substratschicht 300 in einer gemeinsamen Plächenschnittlinie eine erste Randkante 410a aus, wobei die Lichtaustrittsfläche 211 der Mikro-Austrittsoptik 210 und die zweite Seite 320 der Substratschicht 300 in einer gemeinsamen Plächenschnittlinie eine zweite Randkante 410b ausbilden, wie in Fig. 1A und Fig. 1B zu sehen ist.
Zwischen benachbarten Mikrooptikpaaren 400 ist eine Störstruktur 500 in der aus Glas hergestellten Substratschicht 300 mittels eines Laserbearbeitungsverfahrens angeordnet, um ein Übertreten von in einem Mikrooptikpaar 400 eingekoppelte Lichtstrahlen in ein benachbartes Mikrooptikpaar 400 zu verhindern, wobei sich die Störstruktur 500 im Wesentlichen je Mikrooptikpaar 400 von der ersten Randkante 410a in kürzester Verbindung bis zur zweiten Randkante 410b erstreckt und in ihrer Gesamtheit im Wesentlichen eine zylindrische Form bildet, sodass Lichtstrahlen, welche in die Mikro-Eintrittsoptik 110 einkoppeln ausschließlich aus der Mikro-Austrittsoptik 210 des entsprechenden Mikrooptikpaares 400 auskoppeln. Die zylindrische Form ist dabei in Fig. 1 in Kombination mit Fig. 1B zu erkennen.
Ein weiteres Beispiel einer Anordnung der Störstruktur 500 ist in Fig. 3 gezeigt, wobei die Lichtaustritts-Mikrooptiken 210 orthogonal zur Hauptabstrahlrichtimg X verschoben sind.
Die Störstruktur 500 kann als Mikrorisse ausgebildet sein, wobei die durchschnittliche Länge der Mikrorisse eine Größe im Bereich von 50 150 pm aufweist. Ferner kann die Störstruktur 500 als mehrere Löcher ausgebildet sein, wobei ein Loch einen Durchmesser bis zu 5 pm aufweist und die Löcher mit einem lichtabsorbierenden Material gefüllt sind.
Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Lichtmodul 20 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei das Lichtmodul 20 mehrere Lichtquellen 600 umfasst, welche eingerichtet sind, Lichtstrahlen zu emittieren.
Ferner umfasst das Lichtmodul 20 mehrere Kollimatoren 700, welche eingerichtet sind, Lichtstrahlen der Lichtquellen 600 parallel auszurichten, wobei jedem Kollimator 700 jeweils eine Lichtquelle 600 zugeordnet ist, und wobei jeweils eine Lichtquelle 600 und ein der Lichtquelle 600 zugeordneter Kollimator 700 ein Lichtemissionspaar 800 bilden, was durch das in Fig.4 eingezeichnete gestrichelte Rechteck erkenntlich gemacht werden soll.
Die Kollimatoren 700 sind über Verbindungsabschnitte 710 zusammenhängend verbunden und bilden ein Kollimatorarray 700a, wobei die Kollimatoren 700 als ein einstückiges Kollimatorarray 700a gebildet und aus einem einzigen lichtdurchlässigen Material hergestellt sind. Obwohl nicht in den Figuren zu erkennen, ist das Kollimatorarray 700a ähnlich zu den Mikrooptikarrays, beispielsweise wie in Fig. 1B ersichtlich, in Reihen und Spalten gegliedert.
Zwischen benachbarten Kollimatoren 700 ist in den Verbindungsabschnitten 710 des Kollimatorarrays 700a zur Lichtabgrenzung jeweils eine Störstruktur 900 mittels eines Laserbearbeitungsverfahrens in dem Material eingebracht, welche Störstruktur 900 eingerichtet ist, ein Übertreten von in einem Kollimator 700 eingekoppelte Lichtstrahlen in einen unmittelbar benachbarten Kollimator 700 zu verhindern. Das lichtdurchlässige Material ist ein kohlenstoffhaltiges Material - im gezeigten Beispiel Polycarbonat. Die Störstruktur 900 ist dabei als Karbonisierungsschicht ausgebildet.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung 30 für einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die Beleuchtungsvorrichtung 30 ein Lichtmodul 20 gemäß dem gezeigten Beispiel aus Fig. 4 und eine Projektionsvorrichtung 10 gemäß dem gezeigten Beispiel aus Fig. 1A, 1B und 2.
Dabei ist jedem Mikrooptikpaar 400 der Projektionsvorrichtung 10 der Beleuchtungsvorrichtung 30 genau ein Lichtemissionspaar 800 des Lichtmoduls 20 zugeordnet, wobei die Projektionsvorrichtung 10 und das Lichtmodul 20 derart zueinander angeordnet sind, sodass von einem Lichtemissionspaar 800 emittierende Lichtstrahlen genau in den dem jeweiligen Lichtemissionspaar 800 zugeordneten Mikrooptikpaar 400 der Projektionsvorrichtung 10 einkoppelbar ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Projektionsvorrichtung (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die Projektionsvorrichtung (10) zur Abbildung von Licht in Form zumindest einer Lichtverteilung in eine Hauptabstrahlrichtung (X) eingerichtet ist, wobei die Projektionsvorrichtung (10) Folgendes umfasst:
- zumindest ein Lichteintritts-Mikrooptikarray (100), welches eine Mehrzahl in einer zu der Hauptabstrahlrichtung (X) der Projektionsvorrichtung (10) orthogonal stehenden Ebene matrixartig angeordnete Mikro-Eintrittsoptiken (110) mit einer Lichteintrittsfläche (111) aufweist, wobei die Mikro-Eintrittsoptiken (110) eingerichtet sind, Lichtstrahlen einer Lichtquelle über die jeweilige Lichteintrittsfläche (111) in die Projektionsvorrichtung (10) einzukoppeln,
- zumindest ein Lichtaustritts-Mikrooptikarray (200), welches eine Mehrzahl in einer zu der Hauptabstrahlrichtung (X) der Projektionsvorrichtung (10) orthogonal stehenden Ebene matrixartig angeordnete Mikro- Austrittsoptiken (210) mit einer Lichtaustrittsfläche (211) aufweist, wobei die Mikro-Austrittsoptiken (210) eingerichtet sind, in die Projektionsvorrichtung (10) eingekoppelte Lichtstrahlen über die jeweilige Lichtaustrittsfläche (211) aus der Projektionsvorrichtung (10) in Richtung der Hauptabstrahlrichtung (X) auszukoppeln,
- eine Substratschicht (300), an welcher das zumindest eine Lichteintritts-Mikrooptikarray (100) an einer ersten Seite (310) der Substratschicht (300) angeordnet ist und das zumindest eine Lichtaustritts-Mikrooptikarray (200) an einer der ersten Seite (310) gegenüberliegenden, zweiten Seite (320) der Substratschicht (300) angeordnet ist, wobei jeweils eine Mikro-Eintrittsoptik (110) des Lichteintritts- Mikrooptikarrays (100) und jeweils genau eine zugeordnete Mikro- Austrittsoptik (210) des Lichtaustritts- Mikrooptikarrays (200) ein Mikrooptikpaar (400) bilden, indem in eine Mikro-Eintrittsopük (110) eingekoppelte Lichtstrahlen im Wesentlichen durch die der jeweiligen Mikro- Eintrittsoptik (110) zugeordnete Mikro-Austrittsoptik (210) auskoppelbar sind, wobei die Lichteintrittsfläche (111) der Mikro-Eintrittsoptik (110) und die erste Seite (310) der Substratschicht (300) in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine erste Randkante (410a) ausbilden, und wobei die Lichtaustrittsfläche (211) der Mikro-Austrittsoptik (210) und die zweite Seite (320) der Substratschicht (300) in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine zweite Randkante (410b) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschicht (300) aus lichtdurchlässigem Glas hergestellt ist, wobei zwischen benachbarten Mikrooptikpaaren (400) eine Störstruktur (500) in der aus Glas hergestellten Substratschicht (300) mittels eines Laserbearbeitungsverfahrens angeordnet ist, um ein Übertreten von in einem Mikrooptikpaar (400) eingekoppelte Lichtstrahlen in ein benachbartes Mikrooptikpaar (400) zu verhindern, wobei sich die Störstruktur (500) im Wesentlichen von der ersten Seite (310) der Substratschicht (300) bis zur zweiten Seite (320) der Substratschicht (300) erstreckt.
2. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dass sich die Stör Struktur (500) im Wesentlichen von der ersten Randkante (410a) bis zur zweiten Randkante (410b) je Mikrooptikpaar (400) erstreckt.
3. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichteintritts-Mikrooptikarray (100) und der Lichtaustritts-Mikrooptikarray (200) fest mit der Substratschicht (300) verbunden sind.
4. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichteintritts-Mikrooptikarray (100) und der Lichtaustritts-Mikrooptikarray (200) aus lichtdurchlässigem Acrylat hergestellt sind.
5. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Störstruktur (500) als Mikrorisse ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die durchschnittliche Länge der Mikrorisse eine Größe im Bereich von 50 - 150 pm aufweist.
6. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Störstruktur (500) als mehrere Löcher ausgebildet ist, wobei vorzugsweise ein Loch einen Durchmesser bis zu 5 pm aufweist.
7. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher mit einem lichtabsorbierenden Material gefüllt sind.
8. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Störstruktur (500) je Mikrooptikpaar (400) von der ersten Randkante (410a) in kürzester Verbindung bis zur zweiten Randkante (410b) erstreckt und in ihrer Gesamtheit im Wesentlichen eine zylindrische Form bildet, sodass Lichtstrahlen, welche in die Mikro- Eintrittsoptik (110) einkoppeln ausschließlich aus der Mikro- Austrittsoptik (210) des entsprechenden Mikrooptikpaares (400) auskoppeln.
9. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Störstruktur je Mikrooptikpaar (400) im Wesentlichen von der ersten Seite (310) bis zur zweiten Seite (320) der Substratschicht (300) erstreckt und in ihrer Gesamtheit im Wesentlichen ein viereckiges, rechteckiges oder sechseckiges Prisma bildet, sodass Lichtstrahlen, welche in die Mikro-Eintrittsoptik (110) einkoppeln ausschließlich aus der Mikro- Austrittsoptik (210) des entsprechenden Mikrooptikpaares (400) auskoppeln.
10. Beleuchtungsvorrichtung (30) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest eine Projektionsvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und zumindest einem Lichtmodul (20), wobei das Lichtmodul (20) Folgendes umfasst:
- zumindest zwei Lichtquellen (600), welche eingerichtet sind, Lichtstrahlen zu emittieren,
- zumindest zwei Kollimatoren (700), welche eingerichtet sind, Lichtstrahlen der Lichtquellen (600) parallel auszurichten, wobei jedem Kollimator (700) jeweils eine Lichtquelle (600) zugeordnet ist, und wobei jeweils eine Lichtquelle (600) und ein der Lichtquelle (600) zugeordneter Kollimator (700) ein Lichtemissionspaar (800) bilden, wobei die Kollimatoren (700) über Verbindungsabschnitte (710) zusammenhängend verbunden sind und ein Kollimatorarray (700a) bilden, wobei die Kollimatoren (700) als ein einstückiges Kollimatorarray (700a) gebildet und aus einem einzigen lichtdurchlässigen Material hergestellt sind, und wobei zwischen benachbarten Kollimatoren (700) in den Verbindungsabschnitten (710) des Kollimatorarrays (700a) zur Lichtabgrenzung eine Störstruktur (900) mittels eines Laserbearbeitungsverfahrens in dem Material eingebracht ist, welche Störstruktur (900) eingerichtet ist, ein Übertreten von in einem Kollimator (700) eingekoppelte Lichtstrahlen in einen unmittelbar benachbarten Kollimator (700) zu verhindern, und wobei jedem Mikrooptikpaar (400) der Projektionsvorrichtung (10) genau ein Lichtemissionspaar (800) des Lichtmoduls (20) zugeordnet ist, wobei die Projektionsvorrichtung (10) und das Lichtmodul (20) derart zueinander angeordnet sind, sodass von einem Lichtemissionspaar (800) emittierende Lichtstrahlen genau in den dem jeweiligen Lichtemissionspaar (800) zugeordneten Mikrooptikpaar (400) der Projektionsvorrichtung (10) einkoppelbar ist.
11. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Kollimatoren des Lichtmoduls (20) ein kohlenstoffhaltiges Material ist, wobei die Störstruktur (900) als Karbonisierungsschicht ausgebildet ist.
12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollimatorarray (700a) aus Polycarbonat hergestellt ist.
13. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 10 bis 12.
14. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Projektionsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9
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