JP6212218B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求項１に記載されている照明装置に関する。

自動車の走行状況に合わせて出力光が調整される前照灯を、自動車に装備することが従来技術から公知である。このようなシステムは、アダプティブフロントライティングシステムまたはアクティブ前方照明（ＡＦＳ：active forward lighting）とも称される。このようなヘッドライトは、例えば、カーブ付近を走行するときにカーブの照明を改善する目的で、可動レンズを有することができる。同様に、このようなヘッドライトを、所望の照明の形状に従って個々にオン／オフを切り替えることのできる多数の個別に駆動される発光ダイオード部品を備えるように構成することが知られている。

本発明の目的は、照明装置を提供することである。この目的は、請求項１の特徴を有する照明装置によって達成される。従属請求項には、さまざまな修正形態が記載されている。

本照明装置は、光源と、テーパ要素（taper）と、２次元画像生成器（two-dimensional image generator）と、を備えている。テーパ要素は、光源からの光を２次元画像生成器に導くように意図されている。本照明装置の２次元画像生成器は、光源によって生成された光から、可変形状を有する空間的な光照射野（spatial light field）を生成することができ、これは有利である。この場合、２次元画像生成器は、生成される光照射野の形状を大幅に変化させ、かつ正確に調整することができる。この場合、本照明装置によって生成される光照射野を変化させる目的で光源に変更を加える必要はない。これにより、光源を、経済的または高出力の点光源あるいは面光源として構成することが可能である。

本照明装置の一実施形態においては、光源は、レーザダイオードを備えている。これによって、本照明装置の光源を、高い光束を生成するように構成することができ、これは有利である。この場合、光源は、コンパクトな寸法を有することができ、低コストで作製することができる。

本照明装置の別の実施形態においては、光源は、発光ダイオードを備えている。これによって、高い光束を生成し、コンパクトな寸法を有し、かつ低コストで作製できるように、光源を構成することができる。

本照明装置の一実施形態においては、光源とテーパ要素との間にダイヤフラムが配置されている。この場合、テーパ要素の側のダイヤフラムの面は、ミラー（mirroring）を有する。このようにすることで、本照明装置の中で光源の方向に後方散乱する、または反射される光を、ダイヤフラムのミラーにおいて再び反射することによって、前方に伝えて利用することができる。これにより、光源の方向に反射される光、または後方散乱する光に起因する、本照明装置における輝度損失を、低減または排除することができ、これは有利である。このようにすることで、本照明装置を、高い効率で、かつ高い光強度を使用する目的で構成することができ、これは有利である。

本照明装置の一実施形態においては、本照明装置は、電磁放射の波長を変換する変換材料を備えている。この場合、変換材料は、例えば、第１の波長を有する電磁放射を吸収し、第２の（一般にはより長い）波長を有する電磁放射を放出するように、構成することができる。具体的には、変換材料は、本照明装置の光源によって放出された電磁放射（例えば可視光）の少なくとも一部分を吸収し、それを異なる波長を有する電磁放射に変換するように、構成することができる。したがって、本照明装置の変換材料は、本照明装置の光源によって生成される光の光色を変えるのに適している。本照明装置の光源は、例えば、青色スペクトル領域の波長を有する電磁放射を放出するように構成することができる。本照明装置の変換材料は、この電磁放射を白色光に変換するように構成することができる。

本照明装置の一実施形態においては、本照明装置の光ビームの経路上、テーパ要素と２次元画像生成器との間に、偏光依存性反射シート（polarization-dependently reflecting sheet）が配置されている。偏光依存性反射シートは、第１の偏光方向を有する光はこのシートを通過することができるが、第２の偏光方向を有する光はこのシートによって反射されるように、構成することができる。このシートを通過する光は、本質的に均一な偏光方向を有することができる。偏光依存性反射シートにおいて反射された光は、変換材料まで戻り、そこで散乱および／または再吸収された後、偏光依存性反射シートを透過することのできる偏光方向を有する光として、特定の確率で偏光依存性反射シートに到達することができる。このようにすることで、偏光依存性反射シートに入射する光の半分以上が偏光依存性反射シートを通過することができ、これらの光は、シートを通過した後、本質的に均一な偏光方向を有し、これは有利である。この偏光方向は、例えば、２次元画像生成器に適合する偏光方向に一致させることができる。

本照明装置の一実施形態においては、本照明装置の光ビームの経路上、テーパ要素と偏光依存性反射シートとの間に、位相差板（retardation plate）が配置されている。位相差板は、光学リターダ（optical retarder）とも称される。位相差板は、自身を通過する光の偏光を４５゜回転させるように構成することができる。位相差板を透過した後に偏光依存性反射シートを透過する光の割合は、この回転によって本質的に変化しない。本照明装置の光源から偏光依存性反射シートに初めて達する光（ランダムに分布する偏光方向を有する）は、初めて位相差板を通過するときにその偏光が４５゜回転する。位相差板を透過した後に偏光依存性反射シートを透過する光の割合は、この回転によって本質的に変化しない。偏光依存性反射シートにおいて反射された光は、位相差板をもう一度通過し、例えば、光源、またはダイヤフラムのミラーにおいて反射され、その光は位相差板を３回目に通過した後、再び偏光依存性反射シートに達する。この光は、位相差板を２回多く通過したことにより、この時点で偏光方向が９０゜回転しており、したがって今回は偏光依存性反射シートを通過することができる。このようにすることで、偏光依存性反射シートを通過する光の割合も増大させることができ、したがって本照明装置の高い効率が得られ、これは有利である。

本照明装置の一実施形態においては、２次元画像生成器は、液晶装置として構成されている。この場合、液晶装置は、２次元の画素マトリクスとして構成することができる。したがって、２次元画像生成器は、本照明装置の光源によって生成された光から、液晶装置の画素マトリクスによってあらかじめ設定可能な形状を有する２次元の光照射野を生成することができ、これは有利である。

本照明装置の一実施形態においては、２次元画像生成器は、単色の（すなわち非色選択性の）液晶装置として構成されている。このようにすることで、液晶装置は、複数の異なる光色のための個別のセルを有する必要がない。これにより、２次元画像生成器の液晶装置における光の損失が減少し、これは有利である。したがって、２次元画像生成器を低コストで作製することができる。

本照明装置の一実施形態においては、２次元画像生成器は、透過型液晶装置として構成されている。この場合、２次元画像生成器はＬＣＤとも称される。この場合、２次元画像生成器の透過性が調整可能であることが有利であり、したがって、透過型液晶装置として構成されている２次元画像生成器を通過する光を２次元的に変調することができる。

本照明装置の一実施形態においては、２次元画像生成器は、反射型液晶装置として構成されている。この場合、２次元画像生成器は、ＬＣＯＳとも称される。この場合、この２次元画像生成器によって、自身において反射される光の偏光方向を２次元的に変調することが可能である。反射型液晶装置として構成されている２次元画像生成器の画素マトリクスの各画素において、反射される光の偏光方向を回転させるか否かを選択することができる。

本照明装置の一実施形態においては、本照明装置の光ビームの経路上、テーパ要素と２次元画像生成器との間に、偏光ビームスプリッタ（polarization beam splitter）が配置されている。偏光ビームスプリッタによって、偏光に依存してビームを分離することができ、これは有利である。これにより、反射型液晶装置として構成されている２次元画像生成器において反射された光のうち、反射型液晶装置として構成されている２次元画像生成器によって偏光が回転しなかった光を取り除くことが可能である。これにより、２次元画像生成器によって、偏光ビームスプリッタから放出される光を２次元的に変調することが可能である。

本照明装置の一実施形態においては、２次元画像生成器は、マイクロミラー装置として構成されている。マイクロミラー装置は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）とも称される。この場合、マイクロミラー装置として構成されている２次元画像生成器は、マイクロメカニカルミラー（micromechanical mirror）の２次元アレイを有する。マイクロミラー装置として構成されている２次元画像生成器に入射する光を、各マイクロメカニカルミラーによって、調整可能な方向に反射することが可能である。これにより、マイクロミラー装置として構成されている２次元画像生成器において反射される光を２次元的に変調することが可能である。

本照明装置の一実施形態においては、本照明装置の光ビームの経路上、テーパ要素と２次元画像生成器との間に、プリズムが配置されている。この場合、本照明装置のプリズムは、本照明装置の光源によって生成されて本照明装置のテーパ要素によってプリズムに導かれた光を、マイクロミラー装置として構成されている２次元画像生成器に向けて進路変更する目的と、マイクロミラー装置として構成されている２次元画像生成器によって反射された光を本照明装置の内側で転送する目的とに使用することができ、これは有利である。これを目的として、プリズムは界面（interface）を有することができ、界面は、自身に入射する光を入射角に応じて全反射する、または透過させる。

本照明装置の一実施形態においては、本照明装置は、本照明装置の光ビームの経路上、２次元画像生成器の下流に配置されている、光学照射素子（optical projection element）を備えている。この場合、光学照射素子は、例えば照射レンズを備えていることができる。本照明装置の光学照射素子は、本照明装置によって生成されて２次元的に変調された光を、本照明装置によって照らす対象の空間領域に照射する目的に使用することができる。

本照明装置の一実施形態においては、本照明装置は、自動車のヘッドライトとして構成されている。本照明装置においては、自動車の周囲の可変領域を照らすことができ、これは有利である。

本照明装置の一実施形態においては、２次元画像生成器は、第１の空間方向において第２の空間方向よりも高い解像度を有する。例えば、２次元画像生成器は、水平方向よりも垂直方向において高い解像度（例えば、少なくとも２倍高い、好ましくは少なくとも３倍高い解像度）を有することができる。このようにする利点として、本照明装置においては、水平方向よりも垂直方向において、本照明装置によって生成される照明を細かく変化させることができる。本照明装置が自動車のヘッドライトとして構成される場合、これにより、高さ方向および距離方向において、放出される光を特に細かく変化させることができる。

本照明装置の一実施形態においては、２次元画像生成器は、異なる大きさの画像点（image point）を備えている。例えば、２次元画像生成器の中央領域における画像点は、画像生成器の外側領域におけるよりも、小さい大きさを有することができ、したがって隣接する画像点との互いに高い密度で配置することができる。このようにする利点として、本照明装置においては、本照明装置によって生成される照明の外側領域よりも、本照明装置によって生成される照明の中央領域において、より細かく変化させることができる。本照明装置が自動車のヘッドライトとして構成される場合、これにより、光円錐（light cone）の特に重要な中央領域において、放出される光を特に細かく変化させることができる。

本発明の上述した特性、特徴、および利点と、これらを達成する方法は、それぞれ概略的に示した図面を参照しながら以下にさらに詳しく説明する例示的な実施形態に関連して、さらに明確かつ包括的に理解されるであろう。

第１の照明装置の図を示している。 照明装置のレーザダイオード光源の図を示している。 照明装置の発光ダイオード光源の図を示している。 第２の照明装置の図を示している。 第３の照明装置の図を示している。

図１は、第１の照明装置１０の大幅に概略化した図を示している。第１の照明装置１０は、例えば、自動車のヘッドライト（特に前照灯）として機能することができる。第１の照明装置１０においては、自動車の周囲を適応的に照らすことができ、例えば自動車の走行状況に合わせて調整することができる。このような適応的な照明としては、例えば、第１の照明装置１０によって照らされる自動車の周囲の領域を、水平方向もしくは垂直方向またはその両方向に移動させる、領域の大きさを変更する、あるいは領域の形状を変更することが含まれる。このような適応的な照明は、例えば、自動車の走行速度、カーブ付近の走行、自動車のピッチ運動またはロール運動、自動車が走行している道路のタイプの関数として、もしくは、対向車あるいは先行車の存在の関数として、もしくは、周囲光の明るさの関数として、またはこれらの２つ以上の関数として、実行することができる。

第１の照明装置１０は、光源１００を有する。光源１００は、可視光を生成するように意図されている。光源１００は、複数の異なる波長を有する電磁放射が含まれる、白色の光色を有する可視光を生成するように構成されていることが好ましい。第１の照明装置１０の光源１００によって生成された光は、光源１００から本質的に第１のビーム方向１１０に放出される。

第１の照明装置１０は、光学テーパ要素２００（optical taper）を有し、光学テーパ要素２００は、光源１００から第１のビーム方向１１０に放出された光が光学テーパ要素２００に到達するように、光源１００の下流に配置されている。テーパ要素２００は、光ファイバ部品として構成することができる。テーパ要素２００は、光源１００の側の入力側２１０と、光源１００とは反対側の出力側２２０とを有する。テーパ要素２００は、入力側２１０よりも出力側２２０において大きい直径を有する。したがって、テーパ要素２００は、その入力側２１０と出力側２２０との間に角錐台状または円錐台状に広がっている。

テーパ要素２００は、光源１００によって生成された光を、テーパ要素２００の入力側２１０から出力側２２０に導き、その光を出力側２２０において放出させる目的に使用される。さらに、テーパ要素２００は、光源１００によって生成されてテーパ要素２００の入力側２１０においてテーパ要素２００に入る光のビーム広がりと比較して、テーパ要素２００の出力側２２０において放出される光のビーム広がりを低減する目的に使用される。ビーム広がりの低減は、テーパ要素２００の側面における反射（例えば、内部全反射、または、テーパ要素２００の側面の反射コーティングにおける反射）によって、行うことができる。光源１００によって生成されてテーパ要素２００の入力側２１０においてテーパ要素２００に入る光は、例えば、±９０゜の広がりを有する。テーパ要素２００の出力側２２０において出力される光は、例えば、±１０゜の広がりを有する。

第１の照明装置１０の光源１００は、例えば、光を放出するように意図されている１つまたは複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを有することができる。図２および図３は、光源１００の可能な構造を示している。

図２は、レーザダイオード光源１１００の概略図を示している。レーザダイオード光源１１００は、レーザダイオード１１１０を有する。レーザダイオード１１１０は、特に、半導体レーザダイオードとすることができる。レーザダイオード１１１０は、光ビームを生成するように構成されている。例えば、レーザダイオード１１１０は、青色スペクトル領域の波長を有する光ビームを生成するように構成することができる。

レーザダイオード光源１１００は、ダイヤフラム開口部１１４０を有するダイヤフラム１１３０をさらに有する。ダイヤフラム開口部１１４０は、アパーチャ（aperture）とも称される。ダイヤフラム開口部１１４０は、例えば、円板の形状に構成することができる。レーザダイオード１１１０とダイヤフラム１１３０との間には光学素子１１２０が配置されており、この光学素子１１２０は、レーザダイオード１１１０によって放出されたレーザビームをダイヤフラム開口部１１４０の中に入射させるように意図されている。光学素子１１２０は、例えば、集光レンズを有することができる。代替形態として、レーザダイオード１１１０によって放出されたレーザビームがダイヤフラム開口部１１４０に直接入るように、レーザダイオード１１１０をダイヤフラム１１３０に近接して配置することもできる。この場合、光学素子１１２０を省くことができる。

ダイヤフラム１１３０は、ダイヤフラム１１３０において発生する熱を放散させる目的で、冷却板として構成する、または適切な冷却装置に熱伝導可能に結合することができる。

レーザダイオード光源１１００は、複数個のレーザダイオード１１１０を備えることもできる。この場合、ダイヤフラム１１３０は、レーザダイオード１１１０あたり１つのダイヤフラム開口部１１４０を有することができる。代替形態として、すべてのレーザダイオード１１１０のレーザビームを、共通のダイヤフラム開口部１１４０の中に入射させることができる。これを目的として、ダイヤフラム開口部１１４０を細長いスリットとして構成することもできる。

レーザダイオード１１１０とは反対側のダイヤフラム１１３０の面と、テーパ要素２００の入力側２１０との間に、変換器１１６０が配置されている。したがって、ダイヤフラム１１３０のダイヤフラム開口部１１４０を通過する、レーザダイオード１１１０からのレーザ光は、この変換器１１６０に入射する。変換器１１６０は、変換器１１６０に入射するレーザダイオード１１１０からのレーザ光の少なくとも一部分を吸収して、異なる（一般にはより長い）波長を有する光を放出するように、構成されている。レーザダイオード１１１０によって放出されて変換器１１６０によって吸収されなかった光と、変換器１１６０によって放出された光の混合光は、例えば、白色の光色を有することができる。変換器１１６０は、例えば、発光（ルミネセンス）材料（例：有機発光材料または無機発光材料）を有することができる。変換器１１６０は、量子ドットを有することもできる。

変換器１１６０から放出された光は、テーパ要素２００の入力側２１０においてテーパ要素２００に入ることができる。この場合、変換器１１６０から放出される光は、大きなビーム広がりと、ランダムに分布する偏光を有しうる。

変換器１１６０の側のダイヤフラム１１３０の面には、ミラー１１５０が配置されていることが好ましい。ミラー１１５０は、変換器１１６０からダイヤフラム１１３０の方向に放出された光を、テーパ要素２００の方向に反射する目的に使用することができる。さらに、ミラー１１５０は、テーパ要素２００からダイヤフラム１１３０の方向に後方散乱した光を反射してテーパ要素２００に戻す目的にも使用することができる。ダイヤフラム１１３０のダイヤフラム開口部１１４０は、テーパ要素２００の入力側２１０よりもずっと小さい断面積を有することが好ましい。このようにすることで、ダイヤフラム１１３０の方向に後方散乱する光に起因する光損失が小さく維持される。

図３は、発光ダイオード光源２１００の概略図を示している。発光ダイオード光源２１００は、多数の発光ダイオード２１１０を有し、これらの発光ダイオード２１１０は、図示した例においては、テーパ要素２００の入力側２１０の近くに２次元アレイとして配置されている。しかしながら、別の方式で発光ダイオード２１１０を配置することもできる。１個のみの発光ダイオード２１１０を使用して発光ダイオード光源２１００を構成することも可能である。

発光ダイオード２１１０は、電磁放射（例えば青色スペクトル領域の波長を有する可視光）を放出するように構成されている。各発光ダイオード２１１０は、テーパ要素２００の入力側２１０の側の自身の面に、発光ダイオード２１１０によって放出された電磁放射の光色を変換するように構成されている変換器２１２０を有する。変換器２１２０は、例えば、発光ダイオード２１１０によって放出された電磁放射から白色光を生成するように構成することができる。これを目的として、変換器２１２０は、発光ダイオード２１１０によって放出された電磁放射の一部分を吸収して、異なる波長を有する電磁放射を放出することができる。また、変換器２１２０を、図２のレーザダイオード光源１１００の変換器１１６０と同様に構成することもできる。

変換器２１２０から放出された光は、テーパ要素２００の入力側２１０においてテーパ要素２００に入ることができる。変換器２１２０から放出される光は、大きなビーム広がりと、ランダムに分布する偏光方向を有しうる。

発光ダイオード光源２１００の各発光ダイオード２１１０の、変換器２１２０の側の表面を、少なくとも部分的に、光反射性として構成することができる。

図１に概略的に示した第１の照明装置１０は、第１の２次元画像生成器５００を有する。第１の２次元画像生成器５００は、透過型液晶装置として構成されている。第１の２次元画像生成器５００は、ＬＣＤとも称される。第１の２次元画像生成器５００は、単色の透過型液晶装置として構成されていることが好ましい。この場合、第１の２次元画像生成器５００は、１種類の液晶セルを有するのみであり、複数の異なる光色のための個別の液晶セルを有さない。このようにすることで、単色の透過型液晶装置として構成されている第１の２次元画像生成器５００は、高い透過率を有することができる。

第１の２次元画像生成器５００は、画素マトリクスを形成している液晶セルの２次元アレイを有する。第１の２次元画像生成器５００の、液晶セルによって形成される画素は、画像点とも称される。第１の２次元画像生成器５００の画素マトリクスは、第１のビーム方向１１０に垂直に、かつテーパ要素２００の出力側２２０に平行に配置されている。

第１の２次元画像生成器５００の各画像点は、テーパ要素２００から第１の２次元画像生成器５００のそれぞれの画像点に入射する光のうち、所定の偏光方向を有する光が、第１の２次元画像生成器５００のその画像点を通過することができる、または吸収されるように、他の画像点とは独立して調整することができる。これを目的として、第１の２次元画像生成器５００は、例えば、第１の２次元画像生成器５００の両側に配置された、互いに対して９０゜回転している２つの偏光フィルタを有することができる。この場合、第１の２次元画像生成器５００の各画像点は、その画像点を通過する光の偏光方向を、調整可能に９０゜回転させる、または回転させないことができる。

透過型液晶装置として構成されている第１の２次元画像生成器５００の個々の画像点の調整可能な透過性とは独立して、所定の偏光方向を有する光のみが第１の２次元画像生成器５００を通過することができる。したがって、第１の照明装置１０においては、テーパ要素２００の出力側２２０と第１の２次元画像生成器５００との間に、偏光依存性反射シート４００が配置されている。偏光依存性反射シート４００は、第１のビーム方向１１０に垂直な向きにある。偏光依存性反射シート４００は、偏光依存性反射シート４００に入射する光を、その光の偏光方向の関数として、反射または透過させるように、構成されている。この場合、偏光依存性反射シート４００は、偏光依存性反射シート４００を通過する光の偏光方向が、第１の２次元画像生成器５００も通過することのできる偏光方向に一致するような向きにある。偏光依存性反射シート４００は、フィルムとも称され、例えば、無機フィルムとして構成することができる。

偏光依存性反射シート４００において反射される光、すなわち第１の２次元画像生成器５００に適合しない偏光方向を有する光は、テーパ要素２００に戻り、出力側２２０から入力側２１０にテーパ要素２００を通過し、少なくとも一部分が、光源１００の変換器１１６０，２１２０に吸収され、場合によっては偏光方向が変化した状態で再放出され得る。再放出された光は、テーパ要素２００を通過して偏光依存性反射シート４００に達し、これにより、偏光依存性反射シート４００を通過して第１の２次元画像生成器５００に達するための機会がもう一度訪れる。このようにすることで、光源１００によって生成された光のうち、第１の２次元画像生成器５００に適合する偏光方向を有する状態で第１の２次元画像生成器５００に達する光が、偏光依存性反射シート４００によって増大する。

第１の照明装置１０においては、テーパ要素２００の出力側２２０と偏光依存性反射シート４００との間に、位相差板３００が配置されている。位相差板３００は、光学リターダとも称される。位相差板３００は、第１のビーム方向１１０に垂直な向きにあり、したがって、テーパ要素２００の出力側２２０と、偏光依存性反射シート４００とに平行な向きにある。

位相差板３００は、位相差板３００を通過する光の偏光方向を４５゜回転させるように構成されている。このようにすることで、第１の照明装置１０の光源１００によって生成された光のうち、第１の２次元画像生成器５００に適合する偏光方向を有する状態で第１の２次元画像生成器５００に達する光の割合を、位相差板３００によってさらに増大させることができる。

光源１００によって生成された光は、位相差板３００を初めて通過するときに、その偏光方向が４５゜回転する。光源１００から放出される光の偏光方向は、本質的にランダムに分布しているため、偏光依存性反射シート４００を通過することのできる光の割合は、この回転によって本質的に変化しない。

偏光依存性反射シート４００において反射された光は、位相差板３００をもう一度通過し、その偏光方向がさらに４５゜回転する。偏光依存性反射シート４００において反射されたこの光は、テーパ要素２００を通過して光源１００に戻る。この光は、変換器１１６０，２１２０において吸収されない場合、レーザダイオード光源１１００のダイヤフラム１１３０のミラー１１５０において、または発光ダイオード光源２１００の発光ダイオード２１１０の上面において反射することができ、このとき反射によって偏光方向は変化しない。このようにして反射された光は、もう一度テーパ要素２００および位相差板３００を通過し、このとき偏光方向がさらに４５゜回転する。この時点で、この光の偏光方向は、前回に偏光依存性反射シート４００に入射したときと比較して９０゜回転しているため、この光は今回は偏光依存性反射シート４００を通過して、第１の２次元画像生成器５００に適合する偏光方向を有する状態で第１の２次元画像生成器５００に達することができる。

したがって、光源１００によって生成された光のうち、第１の２次元画像生成器５００に適合する偏光方向を有する状態で第１の２次元画像生成器５００に達する光を、偏光依存性反射シート４００および位相差板３００を使用することで５０％以上増大させることができる。しかしながら、位相差板３００を省くこともできる。偏光依存性反射シート４００を省くこともできる。

第１の２次元画像生成器５００は、第１の２次元画像生成器５００に入射する光の一部分のみを透過させる。この場合、２次元画像生成器５００の各画像点ごとに、それぞれの画像点に入射した光が第１の２次元画像生成器５００を通過できるかを、個別に調整することが可能である。このようにすることで、第１の２次元画像生成器５００によって、光分布の２次元的な変調が行われる。

第１の照明装置１０は、第１の照明装置１０の光ビームの経路上、第１の２次元画像生成器５００の下流に配置されている光学照射素子６００を有する。光学照射素子６００は、例えば、照射レンズ、もしくは、１つまたは複数のミラー、またはその両方を備えていることができる。光学照射素子６００は、第１の２次元画像生成器５００を通過して２次元的に変調されている光を、第１の照明装置１０によって照らす対象の空間領域に照射するように構成されている。例えば、第１の２次元画像生成器５００によって変調された光を自動車の前方の道路上に照射するように、光学照射素子６００を構成することができる。第１の照明装置１０の単純化した構造においては、光学照射素子６００を省くことができる。

第１の照明装置１０において発生するすべての損失を考慮すると、光源１００によって生成される光束の例えば２０％〜２５％を道路上に照射することができる。

図４は、第２の照明装置２０の概略図を示している。第２の照明装置２０は、図１の第１の照明装置１０に対応する構成要素を有する。第１の照明装置１０の構成要素のうち、第２の照明装置２０にも含まれる構成要素には、図４において図１と同じ参照数字を付してあり、これらについては以下では詳しく説明しない。第２の照明装置２０と第１の照明装置１０とで異なる部分についてのみ以下に説明する。

第２の照明装置２０は、光源１００を有し、この光源１００は、第１のビーム方向１１０に光を放出し、その光を入力側２１０においてテーパ要素２００の中に入力させるように意図されており、テーパ要素２００は光を出力側２２０に伝える。光源１００は、例えば、図２のレーザダイオード光源１１００、または図３の発光ダイオード光源２１００と同様に構成することができる。

第２の照明装置２０は、第２の照明装置２０の光ビームの経路上、テーパ要素２００の出力側２２０の後ろに、偏光依存性反射シート４００を有する。図４に一例として示した第２の照明装置２０には、位相差板３００が存在しないが、テーパ要素２００の出力側２２０と偏光依存性反射シート４００との間に位相差板３００を配置することもできる。代替形態として、第２の照明装置２０においては、位相差板３００のみならず偏光依存性反射シート４００も省くことができる。

第２の照明装置２０においては、第１の２次元画像生成器５００の代わりに、第２の２次元画像生成器１５００が設けられている。第２の２次元画像生成器１５００は、反射型液晶装置として、好ましくは単色の反射型液晶装置として構成されている。反射型液晶装置として構成されている第２の２次元画像生成器１５００は、ＬＣｏＳディスプレイとも称される。

第２の２次元画像生成器１５００は、画素または画像点のマトリクスを形成している反射型液晶セルの２次元アレイを有する。第２の２次元画像生成器１５００の各画像点ごとに、それぞれの画像点において反射される光の偏光方向を９０゜回転させるか否かを個別に調整することが可能である。

第２の２次元画像生成器１５００は、第１のビーム方向１１０に平行な向きにあり、すなわちテーパ要素２００の出力側２２０に垂直な向きにある。

第２の照明装置２０の光ビームの経路上、テーパ要素２００の出力側２２０と第２の２次元画像生成器１５００との間に、偏光ビームスプリッタ７００が配置されている。偏光ビームスプリッタ７００はスプリッタ面７１０を有し、テーパ要素２００の出力側２２０から第１のビーム方向１１０においてスプリッタ面７１０に到達した光は、この面７１０において第２の２次元画像生成器１５００の方向に垂直に進路変更される。

第２の２次元画像生成器１５００に達した光は、第２の２次元画像生成器１５００の画像点において反射され、反射された光の偏光方向は、個々の画像点の設定の関数として、９０゜回転する、または変化しないままである。

第２の２次元画像生成器１５００によって第２のビーム方向７２０に反射された光は、再び偏光ビームスプリッタのスプリッタ面７１０に入射する。偏光ビームスプリッタ７００のスプリッタ面７１０に再び入射する光のうち、第２の２次元画像生成器１５００において反射されたときに偏光方向が回転しなかった光は、偏光ビームスプリッタ７００のスプリッタ面７１０において再び反射され、したがって垂直方向に、テーパ要素２００の出力側２２０の方向に進路変更される。しかしながら、第２の２次元画像生成器１５００において反射された光のうち、第２の２次元画像生成器１５００において反射されたときに偏光方向が回転した光は、偏光ビームスプリッタ７００によって再び進路変更され、第１のビーム方向１１０に垂直な向きにある第２のビーム方向７２０に、偏光ビームスプリッタ７００から放出される。

偏光ビームスプリッタ７００を２回目に通過するときに進路変更されずに、第２のビーム方向７２０に偏光ビームスプリッタ７００から放出される光は、第２の２次元画像生成器１５００の画像点によって２次元的に変調されている。この２次元的に変調されている光を、第２のビーム方向７２０において偏光ビームスプリッタ７００の下流に配置されている光学照射素子６００によって、第２の照明装置２０によって照らす対象の空間内に（例えば自動車の前方の道路上に）照射することができる。

第２の２次元画像生成器１５００において反射された光のうち、偏光ビームスプリッタ７００を２回目に通過するときに反射されてテーパ要素２００内に戻された光は、テーパ要素２００の内側で均一に混ざり、すなわちこの光からは、第２の２次元画像生成器１５００によって行われた２次元的な変調が除去される。この光は、入力側２１０を経て第２の照明装置２０の光源１００に達し、光源１００においてこの光を反射する、または再吸収して再び放出することができる。再吸収および再放出は、例えば、変換器１１６０，２１２０において行うことができる。反射は、例えば、ダイヤフラム１１３０のミラー１１５０において、または発光ダイオード２１１０の反射面において行うことができる。反射された、または再放出された光は、再びテーパ要素２００の入力側２１０に達し、テーパ要素２００によって第２の２次元画像生成器１５００にもう一度導かれる。

したがって、第２の照明装置２０においては、第２の２次元画像生成器１５００のオフに切り替えられた画像点からの不要な光の少なくとも一部分が回収され、第２の２次元画像生成器１５００に再び送られる。このようにすることで、第２の照明装置２０は、特に高い効率を有することができる。

照らす対象の周囲空間に第２の照明装置２０によって照射される光の光束密度が、第２の２次元画像生成器１５００のアクティブな画像点の数によって変動することを防止する目的で、第２の照明装置２０の光源１００を、第２の２次元画像生成器１５００のアクティブな（すなわちオンに切り替えられた）画像点の数の関数として調整することができる。この場合、例えば、光源１００の輝度および色度座標を、ＰＷＭ周波数および動作電流を変化させることによって個別に補正することができる。

図５は、第３の照明装置３０の概略図を示している。第３の照明装置３０は、図１の第１の照明装置１０に対応する構成要素を有する。第１の照明装置１０の構成要素のうち、第３の照明装置３０にも含まれる構成要素には、図５において図１と同じ参照数字を付してあり、これらについては以下では詳しく説明しない。第３の照明装置３０と第１の照明装置１０とで異なる部分についてのみ以下に説明する。

第３の照明装置３０も光源１００を有し、光源１００は第１のビーム方向１１０に光を放出するように意図されている。この場合、光源１００は、例えば、図２のレーザダイオード光源１１００、または図３の発光ダイオード光源２１００と同様に構成することができる。光源１００によって第１のビーム方向１１０に放出された光は、入力側２１０においてテーパ要素２００に入り、テーパ要素２００によって出力側２２０に導かれる。第３の照明装置３０では、位相差板３００および偏光依存性反射シート４００を省くことが好ましい。

第３の照明装置３０は、第１の２次元画像生成器５００の代わりに、第３の２次元画像生成器２５００を有する。第３の２次元画像生成器２５００は、マイクロミラー装置として構成されている。マイクロミラー装置として構成されている第３の２次元画像生成器２５００は、画素または画像点のマトリクスを形成しているマイクロメカニカルミラーの２次元アレイを有する。各マイクロメカニカル・マイクロミラーは、それぞれのマイクロミラーに入射する光が少なくとも２つの異なる空間方向のうちの一方向に反射されるように、他のマイクロミラーとは独立して調整することができる。

第３の照明装置３０の、マイクロミラー装置として構成されている第３の２次元画像生成器２５００のマイクロミラーの２次元アレイは、第１のビーム方向１１０に平行な向きにあり、したがってテーパ要素２００の出力側２２０に垂直な向きにある。

第３の照明装置３０の光ビームの経路上、テーパ要素２００の出力側２２０と第３の２次元画像生成器２５００との間には、プリズム８００が配置されている。プリズム８００は、テーパ要素２００の出力側２２０において第１のビーム方向１１０に放出された光を、第３の２次元画像生成器２５００の方向に進路変更するために使用される。これを目的として、プリズム８００は界面８１０を有し、界面８１０は、テーパ要素２００の出力側２２０から自身に達する光を第３の２次元画像生成器２５００の方向に全反射する。

第３の２次元画像生成器２５００において、プリズム８００から到達した光は、それぞれマイクロミラーによって形成されている各画像点によって反射され、第２のビーム方向８２０または別の方向に進路変更される。第２のビーム方向８２０以外の方向に進路変更された光は、例えば、吸収体に吸収させることができる。しかしながら、プリズム８００への第２のビーム方向８２０に反射された光は、プリズム８００の中に入ることができ、全反射が起こらない角度で界面８１０に入射する。第３の２次元画像生成器２５００によって第２のビーム方向８２０に反射された光は、マイクロミラーのアレイによって２次元的に変調されている。

この第３の照明装置３０も、第２のビーム方向８２０においてプリズム８００の下流に光学照射素子６００を有し、光学照射素子６００は、第３の２次元画像生成器２５００によって第２のビーム方向８２０に反射された光を、第３の照明装置３０によって照らす対象の、第３の照明装置３０の周囲に（例えば自動車の近傍の道路上に）照射する。

第１の照明装置１０、第２の照明装置２０、および第３の照明装置３０は、自動車のヘッドライト、特に前照灯として使用することができる。この用途では、単色光の放出のみが要求される。これにより、第１の照明装置１０の第１の２次元画像生成器５００、第２の照明装置２０の第２の２次元画像生成器１５００、および第３の照明装置３０の第３の２次元画像生成器２５００を、単色の画像生成器として構成することが可能であり、これは有利である。このようにすることで、画像生成器５００，１５００，２５００を、特に単純、堅牢、小型、かつ低コストであるように構成することができ、これは有利である。単色の画像生成器５００，１５００，２５００の別の利点として、このような画像生成器では発生する光損失が少ない。

さらに、第１の照明装置１０の光源１００、第２の照明装置２０の光源１００、および第３の照明装置３０の光源１００も、照明装置１０，２０，３０が自動車のヘッドライトとして使用されるとき、単色光を生成するのみでよく、したがってこれらの光源１００も、単純、小型、かつ低コストであるように構成することができ、これは有利である。

第１の照明装置１０の２次元画像生成器５００、第２の照明装置２０の２次元画像生成器１５００、および第３の照明装置３０の２次元画像生成器２５００は、それぞれ、互いに垂直な空間方向の両方において同じ解像度を有することができる。この場合、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の個々の画像点（ピクセル）は、例えば四角形として構成することができる。しかしながら、２次元画像生成器５００，１５００，２５００を、互いに垂直な２つの空間方向において異なる解像度を有するように構成することも可能である。この場合、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の画像点を、例えば、四角形および非四角形として構成することができる。

照明装置１０，２０，３０が自動車のアダプティブヘッドライトとして使用されるときには、例えば、２次元画像生成器５００，１５００，２５００を、水平方向よりも垂直方向において高い解像度（例えば、少なくとも２倍高い解像度、または好ましくは少なくとも３倍高い解像度）を有するように、構成することが好ましいことがある。この場合、垂直方向とは、光学照射素子６００を通じての照射において自動車から離れる方向に一致する、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の方向を意味する。

第１の照明装置１０の２次元画像生成器５００、第２の照明装置２０の２次元画像生成器１５００、および第３の照明装置３０の２次元画像生成器２５００は、それぞれ、その表面全体にわたり一定の解像度を有することができる。この場合、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の個々の画像点は、すべて同じ大きさである。しかしながら、第１の照明装置１０の２次元画像生成器５００、第２の照明装置２０の２次元画像生成器１５００、および第３の照明装置３０の２次元画像生成器２５００を、それぞれ、その表面の領域によって異なる解像度を有するように構成することも可能である。この場合、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の画像点は、例えば、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の中央領域において、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の外側領域とは異なる大きさを有することができる。特に、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の画像点は、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の外側領域よりも、２次元画像生成器５００，１５００，２５００の中央領域において小さい大きさを有する（したがって中央領域において解像度がより高い）ことができる。照明装置１０，２０，３０が自動車のヘッドライトとして使用されるときには、このようにすることで、照明装置１０，２０，３０によって生成される照明の中央領域を、照明装置１０，２０，３０によって生成される照明の周縁領域よりも、細かく変化させることができる。

さらに、第１の照明装置１０、第２の照明装置２０、および第３の照明装置３０の発光ダイオード光源２１００の、２次元アレイとして配置されている発光ダイオード２１１０を、２つの空間方向において大きさが異なるように、または２次元アレイの表面領域によって大きさが異なるように、構成することも可能である。例えば、発光ダイオード光源２１００の発光ダイオード２１１０の２次元アレイの垂直方向において、水平方向よりも、発光ダイオード２１１０が小さい大きさおよび高い密度を有することができる。これに加えて、またはこれに代えて、発光ダイオード光源２１００の２次元アレイの中央領域において、発光ダイオード光源２１００の２次元アレイの外側領域よりも、発光ダイオード２１１０が小さい大きさおよび高い密度を有することができる。

第１の照明装置１０、第２の照明装置２０、および第３の照明装置３０の動作時、発光ダイオード光源２１００の発光ダイオード２１１０の２次元アレイの発光ダイオードすべてが同時に動作しないことが可能である。このような動作は、特に、第１の照明装置１０、第２の照明装置２０、および第３の照明装置３０が、自動車のヘッドライトとして（特に前照灯として）使用されるときに適用することができる。この場合、自動車のその時点の走行状況に応じて、自動車の周囲にさまざまな適応的（アダプティブ）な照明を生成することができ、そのために発光ダイオード光源２１００の発光ダイオード２１１０の２次元アレイのうちの異なる部分が使用され、発光ダイオード光源２１００の発光ダイオードすべてが同時に使用されることはない。これにより、発光ダイオード光源２１００の電源を、発光ダイオード光源２１００のすべての発光ダイオードに同時に給電することができないような大きさとすることが可能である。このようにすることで、電源を、特に小型、低コスト、かつ経済的であるように、構成することができる。

本発明について、好ましい例示的な実施形態に関連して図示および詳しく説明してきた。しかしながら、本発明はこれらの開示した例に限定されない。当業者には、本発明の保護範囲から逸脱することなく、これらの実施形態から別の変形形態を導くことができるであろう。

独国優先権出願第１０２０１３２１５３７４．０号は、本出願の開示内容の一部を明示的に形成しており、本出願と同様の照明装置を記載している。

１０ 第１の照明装置
２０ 第２の照明装置
３０ 第３の照明装置
１００ 光源
１１０ 第１のビーム方向
２００ テーパ要素
２１０ 入力側
２２０ 出力側
３００ 位相差板
４００ 偏光依存性反射シート
５００ 第１の２次元画像生成器
６００ 光学照射素子
７００ 偏光ビームスプリッタ
７１０ スプリッタ面
７２０ 第２のビーム方向
８００ プリズム
８１０ 界面
８２０ 第２のビーム方向
１１００ レーザダイオード光源
１１１０ レーザダイオード
１１２０ 光学素子
１１３０ ダイヤフラム
１１４０ ダイヤフラム開口部
１１５０ ミラー
１１６０ 変換器
２１００ 発光ダイオード光源
２１１０ 発光ダイオード
２１２０ 変換器
１５００ 第２の２次元画像生成器
２５００ 第３の２次元画像生成器

Claims (17)

1. 照明装置（１０，２０，３０）であって、
   光源（１００，１１００，２１００）と、
   テーパ要素（２００）と、
   ２次元の画素マトリクスをもつ２次元画像生成器（５００，１５００，２５００）と、
   を備えており、
   前記２次元画像生成器（５００，１５００，２５００）が、第１の空間方向において、第２の空間方向よりも高い解像度を有し、
   前記テーパ要素（２００）が、前記光源（１００，１１００，２１００）からの光を前記２次元画像生成器（５００，１５００，２５００）に導くように意図されており、
   前記照明装置（１０，２０，３０）が、自動車のヘッドライトとして構成されている、
   照明装置（１０，２０，３０）。
2. 前記光源（１００，１１００）がレーザダイオード（１１１０）を備えている、
   請求項１に記載の照明装置（１０，２０，３０）。
3. 前記光源（１００，２１００）が発光ダイオード（２１１０）を備えている、
   請求項１に記載の照明装置（１０，２０，３０）。
4. 前記光源（１００，１１００）と前記テーパ要素（２００）との間にダイヤフラム（１１３０）が配置されており、
   前記テーパ要素（２００）の側の前記ダイヤフラム（１１３０）の面がミラー（１１５０）を有する、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置（１０，２０，３０）。
5. 前記照明装置（１０，２０，３０）が、電磁放射の波長を変換する変換材料（１１６０，２１２０）を備えている、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置（１０，２０，３０）。
6. 前記照明装置（１０，２０）の光ビームの経路上、前記テーパ要素（２００）と前記２次元画像生成器（５００，１５００）との間に、偏光依存性反射シート（４００）が配置されている、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載の照明装置（１０，２０）。
7. 前記照明装置（１０）の光ビームの経路上、前記テーパ要素（２００）と前記偏光依存性反射シート（４００）との間に、位相差板（３００）が配置されている、
   請求項６に記載の照明装置（１０）。
8. 前記位相差板（３００）が、前記位相差板（３００）を通過する光の偏光を４５゜回転させるように構成されている、
   請求項７に記載の照明装置（１０）。
9. 前記２次元画像生成器（５００，１５００）が、液晶装置として構成されている、
   請求項１から請求項８のいずれかに記載の照明装置（１０，２０）。
10. 前記２次元画像生成器（５００，１５００）が、単色の液晶装置として構成されている、
    請求項９に記載の照明装置（１０，２０）。
11. 前記２次元画像生成器（５００）が、透過型液晶装置として構成されている、
    請求項９および請求項１０のいずれかに記載の照明装置（１０）。
12. 前記２次元画像生成器（１５００）が、反射型液晶装置として構成されている、
    請求項９および請求項１０のいずれかに記載の照明装置（２０）。
13. 前記照明装置（２０）の光ビームの経路上、前記テーパ要素（２００）と前記２次元画像生成器（１５００）との間に、偏光ビームスプリッタ（７００）が配置されている、
    請求項１２に記載の照明装置（２０）。
14. 前記２次元画像生成器（２５００）が、マイクロミラー装置として構成されている、
    請求項１から請求項８のいずれかに記載の照明装置（３０）。
15. 前記照明装置（３０）の光ビームの経路上、前記テーパ要素（２００）と前記２次元画像生成器（２５００）との間に、プリズム（８００）が配置されている、
    請求項１４に記載の照明装置（３０）。
16. 前記照明装置（１０，２０，３０）が、前記照明装置（１０，２０，３０）の光ビームの経路上、前記２次元画像生成器（５００，１５００，２５００）の下流に配置されている光学照射素子（６００）、を備えている、
    請求項１から請求項１５のいずれかに記載の照明装置（１０，２０，３０）。
17. 前記２次元画像生成器（５００，１５００，２５００）が、異なる大きさの画像点を備えている、
    請求項１から請求項１６のいずれかに記載の照明装置（１０，２０，３０）。

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