WO2017149080A1 - Pixellichtquelle - Google Patents

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WO2017149080A1
WO2017149080A1 PCT/EP2017/054922 EP2017054922W WO2017149080A1 WO 2017149080 A1 WO2017149080 A1 WO 2017149080A1 EP 2017054922 W EP2017054922 W EP 2017054922W WO 2017149080 A1 WO2017149080 A1 WO 2017149080A1
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light
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pixel
larp
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Stefan GRÖTSCH
Julia Rothneichner
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Ams Osram International GmbH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the present invention relates to a pixel light source.
  • Pixel light sources comprising micromirror array arrays for light shaping are known in the art. Such pixel light sources can be used, for example, as headlights for motor vehicles, as described in Victor R. Bhakta et al., "High resolution adaptive headlight using Texas Instruments DLP® technology", ISAL 2015, page 483. In WO 2011/156271 A3 is described a pixel light source with a light source field in sparse arrangement.
  • An object of the present invention is to provide a pixel light source. This object is achieved by a pixel light source with the features of independent Pa ⁇ tent labors.
  • the dependent claims disclose various developments.
  • a pixel light source comprises a light source field, an Op ⁇ tiksystem and an imager array.
  • the optical system is provided to image light emitted by the light source field onto the image generator matrix arrangement.
  • the light source array has a plurality of light emitting diode elements and a plurality of LARP elements.
  • LARP elements (LARP stands for laser activated remote phosphor) each have a wavelength-converting element and a semiconductor laser diode for illuminating the wavelength-converting element.
  • genkonvertierende element is intended to convert irradiated laser light into useful light of a different wavelength.
  • the light-emitting diode elements of the light source field of this pixel ⁇ light source can be advantageously obtains cost ⁇ Lich and allow the generation of a high total luminous flux through the light source field.
  • the LRP elements may also advantageously produce a high luminance maximum in the center of the illuminating light source by the pixel ⁇ th region.
  • the pixel light source ⁇ advantageously in particular for applications which require a non-homogeneous illumination of an illuminated by the light source pixel region is suitable.
  • the LARP elements are arranged between the light-emitting diode elements.
  • this results in a compact and space- saving design of the light source field of the Pixellichtquel ⁇ le.
  • the pixel light source In one embodiment of the pixel light source, the
  • Light-emitting diode elements arranged in a hexagonal pattern allow a uniform illumination even with a spaced-apart arrangement of the individual light-emitting diode elements.
  • the LARP elements are arranged in a hexagonal pattern.
  • this arrangement enables the LRP elements a particularly simple and uniform arrangement of the LARP- elements between the light-emitting elements of the light source box.
  • the light source pixels, the hexagonal pattern of the light-emitting elements and the hexa gonal ⁇ pattern of LRP elements overlap.
  • the LARP elements and the light-emitting diode elements in this arrangement are - -
  • the LRP elements and the light-emitting elements can be arranged from each other ge ⁇ separates.
  • the optical system is provided to image the light emitted by the light source field with a first dimension of the angular aperture measured in a first direction and a second dimension of the angular aperture dimensioned in a second direction onto the imager matrix arrangement.
  • the first direction and the second direction are oriented perpendicular to each other.
  • the first extension of the angular aperture and the second extension of the angular aperture are different in size.
  • the optical system of the pixel light source is thereby adapted to the imager matrix arrangement of pixels may include a light source into different directions in space un ⁇ ter Kunststoffkelaperturhimn.
  • the optical system allows optimum utilization of the angular aperture of the imager matrix arrangement of the pixel light source. It can be modulated a larger etendue and thus be transmitted in total more modulated light.
  • the pixel light source, the optics system is configuredfastbil the light emitted by at least one of LRP light elements in a gap of the angular aperture ⁇ , which is between the light emitted by the light-emitting elements light.
  • the LRP elements can be filled through the LRP elements at least partially characterized Lü ⁇ CKEN in the angular aperture, resulting from a spaced abstandeten loading arrangement of the individual light-emitting elements of the light source array.
  • Another possibility is that in addition to light by LARP elements ⁇ rin, isolated illuminated by light-emitting elements of the light sources ⁇ field positions of the angular aperture.
  • At least one LARP element is formed such that from the LARP element - -
  • the pixel light source thereby enables a Be ⁇ lighting a target area with a higher luminance than in the central region in outdoor areas. This is advantageous for many lighting applications where a central area of the illuminated area is of particular interest.
  • the construction of the Pixellichtquel ⁇ le utilizes the fact that LRP by design elements having spatially homogeneous in ⁇ radiation characteristics.
  • the optical system comprises a plurality of optical lenses.
  • the optical system can enable the light emitted from each of the light emitting diode elements of the plurality of light emitting element array light elements and the light emitted from each of the LARP elements of the plurality of LARP elements of the light source array to be imaged on the image sensor array of the pixel light source .
  • the optical system may comprise a field lens.
  • the image generator matrix arrangement is designed as a micromirror matrix arrangement.
  • a particular advantage of the pixel light source in this case is that different angular aperture sizes of the micromirror matrix arrangement can be optimally utilized by the pixel light source in different spatial directions.
  • the pixel light source in one embodiment, this is designed as a headlight for a motor vehicle. It is a particular advantage that the pixel light source can illuminate a co- ten Scheme of the illuminated pixels by the light source Be ⁇ kingdom with higher luminance than an edge region. - -
  • FIG. 1 shows a plan view of a pixel light source with a light source field, an optical system and an imager matrix arrangement
  • Fig. 2 is a plan view of the light source field of the pixel light source ⁇ ;
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the intensity distribution of light emitted by the light source array.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the angular aperture of the light imaged by the optical system onto the imager array.
  • Fig. 1 shows a highly schematic representation of a pixel light source 10.
  • the light source pixels 10 can beispielswei- se be formed as a headlight for a motor vehicle or a part of a headlamp of an automobile bil ⁇ .
  • the pixel light source 10 may be formed, for example, as a headlight.
  • the pixel light source 10 includes a light source array 100, an optical system 200, and an imager array 300.
  • the light source array 100 is provided to ERS 105 ⁇ emit light.
  • the light 105 is light from the visible spectral range, for example white light. - -
  • the optical system 200 is provided to image the light 105 emitted by the light source field 100 onto the imager ⁇ matrix arrangement 300.
  • the imaging matrix arrangement 300 is designed as a micromirror device (DMD) with a multiplicity of individually tiltable micromirrors arranged in a matrix arrangement.
  • the imager array device 300 could alternatively be formed as well as a micro-shutter array (Digital Micro Shutter DMS or MEMS shutter), as a transmissive liquid crystal display (Li ⁇ quid crystal display LCD) or as a reflective remplissigkris ⁇ crystal display (Liquid Crystal on Silicon LCoS).
  • the imager array device 300 is intended to shape the light imaged by the optical system 200 to the imager array 300 105 and deflect into an area to be illuminated by the pixel ⁇ light source 10 area in the vicinity of the pixel light source 10th
  • the ⁇ further optical system is not shown in the schematic representation of FIG. 1 and can also be omitted.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a plan view of the emission side of the light source array 100 of the pixel light source ⁇ 10.
  • the viewing direction is the direction of emission of the emitted by the light source array 100 light 105 in opposite directions.
  • the light source array 100 includes a plurality of Leuchtdio ⁇ the elements 110 and a plurality of LRP elements 120th
  • the light-emitting elements 110 each have one or meh ⁇ eral LED chip and can in each case also a con- - -
  • LARP laser activated remote phosphor
  • the LARP elements can also be referred to as elements that use useful light by means of a laser irradiated
  • the LARP elements each comprise a laser chip and a wavelength converting element.
  • the laser chip is provided to the wavelength-th element to illuminated with a laser beam.
  • the wavelength converting element is to vorgese ⁇ hen, at least to convert a portion of light of the laser beam in useful light of a different wavelength. In ⁇ play into yellow light to produce in the mixture with unkonver- tiertem light white light.
  • the light-emitting elements 110 of the light source array 100 of the pixel light source 10 are spaced from each other in a so-called ⁇ sparse arrangement.
  • the light-emitting diode elements 110 in ⁇ shown in FIG. 2, in a hexagonal pattern 115 are arranged.
  • the light source field 100 has ten light-emitting diode elements 110.
  • the light source field 100 could also be formed with a different number of light-emitting diode elements 110, in particular with a higher number of light-emitting diode elements 10.
  • the LARP elements 120 of the light source field 100 of the pixel ⁇ light source 10 are spaced from each other between the light emitting diode elements 110 of the light source array 100 angeord- net.
  • the light source field 100 of the pixel light source 10 has ten LARP elements 120.
  • the number of LARP elements 120 could also be different, in particular larger.
  • the LARP elements 120 are arranged in a hexagonal pattern 125.
  • the hexagonal pattern 125 of the LARP elements 120 and the hexagonal pattern 115 of the light-emitting diode elements 110 overlap such that the LARP elements 120 are arranged between the light-emitting diode elements 110.
  • the light-emitting diode elements 110 and the LARP elements 120 of the light source field 100 are arranged such that the emission side of the light source field 100 has a smaller width in a first direction 301 than in the first direction Rich ⁇ tion 301 vertical second direction 302.
  • the light source array 100 could also be configured to have substantially the same width in the first direction 301 and the second direction 302, respectively.
  • the optical system 200 visible in the schematic illustration of the pixel light source 10 of FIG. 1 is intended to apply the light 105 emitted by the light source field 100 to the light source field
  • the optical system 200 has a plurality of optical lenses 210.
  • One or more of the optical lenses 210 of the optical system 200, in particular the last optical lens 210 of the optical system 200, may be field lenses.
  • the optical system 200 may include optical lenses 210 individually associated with the individual light emitting diode elements 110 and LARP elements 120 of the light source array 100.
  • each Leuchtdio ⁇ element 110 and each LRP element 100 may be each associated with one or more own optical lens 210 of the light source array 120.
  • the optical system 200 images the light 105 emitted by the light source field 100 onto the image generator matrix arrangement 300 in such a way that each part of the light 105 emitted by a light-emitting diode element 110 or a LARP element 120 is imaged onto the entire surface of the image generator matrix arrangement 300 , The parts of the light 105 emitted by the individual light-emitting diode elements 110 and LARP elements 120 overlap on the image generator matrix arrangement
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an intensity distribution of the parts of the light 105 emitted by the light-emitting diode elements 110 and the LARP elements 120 of the light source field 100, which is imaged on the image generator matrix arrangement 300 by the optical system 200, at the location of the light source
  • Imager array 300 On a horizontal axis of the graph of FIG. 3, the first direction 301 oriented parallel to the imager array 300 is plotted. In this case, a center 310 and edge regions 320 of the imager matrix arrangement 300 are marked. Instead of the first direction
  • the second direction 302 oriented perpendicular to the first direction 301 and likewise parallel to the image generator matrix arrangement 300 could also be represented without this qualitatively changing the intensity distribution shown.
  • an intensity is plotted on the 401 of the imager array 300 auftref ⁇ fenden light 105th
  • a first intensity profile 410 schematically represents the intensity of the part of the light 105 emitted by an exemplary selected light-emitting diode element 110 of the light source field 100.
  • the intensity of light radiated from this Leuchtdio ⁇ element 110 portion of the light 105 is sentlichen over the entire surface of the imager array 300 essen- constant.
  • the emitted from the other light emitting elements 110 of the light source array 100 of the light parts 105 have a corresponding Intensticiansvertei ⁇ lung. - -
  • a second intensity profile 420 exemplifies the profile of the intensity of the portion of the light 105 emitted by an exemplary selected LARP element 120 of the light source field 100 at the location of the image generator matrix arrangement 300.
  • the light emitted by this LRP element 120 light has in the center 310 of the imager array 300 has a higher intensity than in the edge regions 320 of the image ⁇ encoder array 300.
  • the light emitted from this LRP member 120, light can, for example, approximately the shape of egg ⁇ have a Gaussian distribution.
  • the parts of the light 105 emitted by the other LARP elements 120 of the light source field 100 have corresponding intensity distributions at the location of the image generator matrix arrangement 300.
  • the overlay has a total intensity 430 shown schematically in Fig. 3, which in the The light-emitting diode elements 110 of the light source field 100 thus produce a homogeneous background of the light 105 whose intensity is essentially constant over the surface of the image generator matrix arrangement 300.
  • the LARP elements 120 of the light source field 100 furthermore produce an intensity or luminance maximum in the center 310 of the imaging matrix arrangement 300.
  • FIG. 4 shows shear in schematic Depicts an angular aperture 500 of the imager array 300.
  • the angular aperture 500 indicates a solid angle within which the light 105 is incident on the imager matrix.
  • the optical system 200 is formed from ⁇ , the light radiated from the light source array 100 of light 105 with the angular aperture 500 to the voltage Schmgebermatrixanord- 300 mapping.
  • the angular aperture 500 has a first extension 510 of the angular aperture in the first direction 301 and a second extension 520 of the angular aperture in the second direction 302.
  • the first extension 510 of the angular aperture, and the two ⁇ te extension 520 of the angular aperture can have different sizes.
  • the second dimension 520 of the angular aperture is greater than the first dimension 510 of the angular aperture.
  • the first extent 510 of the angular aperture could also be greater than the second extent 520 of the angular aperture.
  • the first dimension 510 of the angular aperture may cover an angle of ⁇ 12 ° and the second dimension 520 of the angular aperture may cover an angle of ⁇ 21 °.
  • the first extension 510 of the angular aperture and the second extension 520 of the angular aperture can also be the same size.
  • the first direction 301 can examples game, a tilting direction of the micro mirrors of Rickge ⁇ bermatrixan Aunt 300 correspond, while the second direction 302 is oriented orthogonal to the tilting direction of the micro mirrors of the imager array 300th Then, the first extension 510 of the angular aperture is assigned to the angle which can be modulated by tilting the micro mirrors of Profgebermatrixanord ⁇ voltage 300th Conversely, the second direction 302 could also correspond to the tilting direction of the micromirrors of the imaging matrix arrangement 300.
  • the 110 and the LRP elements 120 emitted by the light emitting portions of the light elements 105 are imaged by the Op ⁇ tiksystem 200 within the angular aperture 500 on the Schmge ⁇ bermatrixanowskiowski 300th In Fig. 4 are by - -
  • the radiated by the LRP elements 120 parts of light 105 are so depicted in the example shown by the Op ⁇ tiksystem 200 to the imager array 300 that covered by the LRP elements angle 540 in gaps 550 between the light-emitting elements 110 covered angles 530 lie.
  • more complete coverage of the angular aperture 500 of the imager matrix arrangement 300 is achieved.
  • LARP elements 120 additionally be covered by one or more LARP elements 120.

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Abstract

Eine Pixellichtquelle (10) umfasst ein Lichtquellenfeld (100), ein Optiksystem (200) und eine Bildgebermatrixanordnung (300). Dabei ist das Optiksystem (200) vorgesehen, von dem Lichtquellenfeld (100) abgestrahltes Licht (105) auf die Bildgebermatrixanordnung (300) abzubilden. Das Lichtquellenfeld (100) weist eine Mehrzahl von Leuchtdioden-Elementen (110) und eine Mehrzahl von LARP-Elementen (120) auf.

Description

- -
PIXELLICHTQUELLE
BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pixellichtquelle.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 103 717.6, deren Offenbarungsge¬ halt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Pixellichtquellen, die Mikrospiegelmatrixanordnungen zur Lichtformung aufweisen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Pixellichtquellen können beispielsweise als Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge verwendet werden, wie in Vi- krant R. Bhakta et al, „High resolution adaptive headlight using Texas Instruments DLP® technology", ISAL 2015, S. 483 beschrieben ist. In der WO 2011/156271 A3 ist eine Pixellichtquelle mit einem Lichtquellenfeld in Sparse-Anordnung beschrieben .
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Pixellichtquelle bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Pixellichtquelle mit den Merkmalen des unabhängigen Pa¬ tentanspruchs gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind ver- schiedene Weiterbildungen angegeben.
Eine Pixellichtquelle umfasst ein Lichtquellenfeld, ein Op¬ tiksystem und eine Bildgebermatrixanordnung. Dabei ist das Optiksystem vorgesehen, von dem Lichtquellenfeld abgestrahl- tes Licht auf die Bildgebermatrixanordnung abzubilden. Das Lichtquellenfeld weist eine Mehrzahl von Leuchtdioden- Elementen und eine Mehrzahl von LARP-Elementen auf.
Die LARP-Elemente (LARP steht für laser activated remote phosphor) weisen dabei jeweils ein wellenlängenkonvertierendes Element und eine Halbleiter-Laserdiode zur Beleuchtung des wellenlängenkonvertierenden Elements auf. Das wellenlän- - -
genkonvertierende Element ist dazu vorgesehen, eingestrahltes Laserlicht in Nutzlicht einer anderen Wellenlänge zu wandeln.
Die Leuchtdioden-Elemente des Lichtquellenfelds dieser Pixel¬ lichtquelle können vorteilhafterweise kostengünstig erhält¬ lich sein und die Erzeugung eines hohen Gesamt-Lichtstroms durch das Lichtquellenfeld ermöglichen. Die LARP-Elemente können vorteilhafterweise zusätzlich ein hohes Leuchtdichte- Maximum im Zentrum des durch die Pixellichtquelle beleuchte¬ ten Bereichs erzeugen. Dadurch eignet sich die Pixellicht¬ quelle vorteilhafterweise insbesondere für Anwendungen, die eine inhomogene Ausleuchtung eines durch die Pixellichtquelle beleuchteten Bereichs erfordern.
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle sind die LARP- Elemente zwischen den Leuchtdioden-Elementen angeordnet. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine kompakte und platz¬ sparende Gestaltung des Lichtquellenfelds der Pixellichtquel¬ le.
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle sind die
Leuchtdioden-Elemente in einem hexagonalen Muster angeordnet Vorteilhafterweise ermöglichen die Leuchtdioden-Elemente in einer solchen Anordnung eine gleichmäßige Ausleuchtung auch bei einer voneinander beabstandeten Anordnung der einzelnen Leuchtdioden-Elemente .
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle sind die LARP- Elemente in einem hexagonalen Muster angeordnet. Vorteilhaf¬ terweise ermöglicht diese Anordnung der LARP-Elemente eine besonders einfache und gleichmäßige Anordnung der LARP- Elemente zwischen den Leuchtdioden-Elementen des Lichtquellenfelds .
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle überlagern sich das hexagonale Muster der Leuchtdioden-Elemente und das hexa¬ gonale Muster der LARP-Elemente. Vorteilhafterweise sind die LARP-Elemente und die Leuchtdioden-Elemente in dieser Anord- - -
nung besonders gleichmäßig über die Fläche des Lichtquellen¬ felds verteilt. In einer anderen Konfiguration können die LARP-Elemente und die Leuchtdioden-Elemente voneinander ge¬ trennt angeordnet sein.
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle ist das Optiksystem vorgesehen, das von dem Lichtquellenfeld abgestrahlte Licht mit einer in eine erste Richtung bemessenen ersten Ausdehnung der Winkelapertur und einer in eine zweite Richtung bemessenen zweiten Ausdehnung der Winkelapertur auf die Bildgebermatrixanordnung abzubilden. Dabei sind die erste Richtung und die zweite Richtung senkrecht zueinander orientiert. Außerdem sind die erste Ausdehnung der Winkelapertur und die zweite Ausdehnung der Winkelapertur unterschiedlich groß. Vorteilhafterweise ist das Optiksystem der Pixellichtquelle dadurch daran angepasst, dass die Bildgebermatrixanordnung der Pixellichtquelle in unterschiedliche Raumrichtungen un¬ terschiedliche Winkelaperturgrößen aufweisen kann. Dadurch ermöglicht das Optiksystem eine optimale Ausnutzung der Win- kelapertur der Bildgebermatrixanordnung der Pixellichtquelle. Es kann ein größeres Etendue moduliert werden und somit in Summe mehr moduliertes Licht übertragen werden.
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle ist das Optik- System ausgebildet, das von zumindest einem der LARP-Elemente abgestrahlte Licht in eine Lücke der Winkelapertur abzubil¬ den, die zwischen dem von den Leuchtdioden-Elementen abgestrahlten Licht liegt. Vorteilhafterweise können dadurch Lü¬ cken in der Winkelapertur, die sich aus einer voneinander be- abstandeten Anordnung der einzelnen Leuchtdioden-Elemente des Lichtquellenfelds ergeben, durch die LARP-Elemente zumindest teilweise gefüllt werden. Eine andere Möglichkeit besteht da¬ rin, einzelne durch Leuchtdioden-Elemente des Lichtquellen¬ felds beleuchtete Positionen der Winkelapertur zusätzlich durch LARP-Elemente zu beleuchten.
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle ist mindestens ein LARP-Element so ausgebildet, dass von dem LARP-Element - -
abgestrahltes und durch das Optiksystem auf die Bildgebermatrixanordnung abgebildetes Licht eine von der Mitte der Bildgebermatrixanordnung zu einem Randbereich der Bildgebermatrixanordnung abfallende Intensität aufweist. Vorteilhaf- terweise ermöglicht die Pixellichtquelle dadurch eine Be¬ leuchtung eines Zielbereichs mit einer im Zentralbereich höheren Leuchtdichte als in Außenbereichen. Dies ist für viele Beleuchtungsanwendungen vorteilhaft, bei denen ein Mittenbereich des beleuchteten Bereichs von besonderem Interesse ist. Vorteilhafterweise nutzt die Konstruktion der Pixellichtquel¬ le aus, dass LARP-Elemente konstruktionsbedingt räumlich in¬ homogene Abstrahlcharakteristiken aufweisen.
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle umfasst das Op- tiksystem eine Mehrzahl optischer Linsen. Dadurch kann es das Optiksystem ermöglichen, das von jedem der Leuchtdioden- Elemente der Mehrzahl von Leuchtdioden-Elementen des Lichtquellenfelds abgestrahlte Licht und das von jedem der LARP- Elemente der Mehrzahl von LARP-Elementen des Lichtquellen- felds abgestrahlte Licht auf die Bildgebermatrixanordnung der Pixellichtquelle abzubilden. In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle kann das Optiksystem eine Feldlinse umfassen.
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle ist die Bildge- bermatrixanordnung als Mikrospiegelmatrixanordnung ausgebildet. Ein besonderer Vorteil der Pixellichtquelle besteht in diesem Fall darin, dass in unterschiedliche Raumrichtungen unterschiedliche Winkelaperturgrößen der Mikrospiegelmatrixanordnung durch die Pixellichtquelle optimal ausgenutzt wer- den können.
In einer Ausführungsform der Pixellichtquelle ist diese als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Dabei ist es ein besonderer Vorteil, dass die Pixellichtquelle einen Mit- tenbereich des durch die Pixellichtquelle beleuchteten Be¬ reichs mit höherer Leuchtdichte beleuchten kann als einen Randbereich . - -
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Pixellichtquelle mit einem Lichtquellenfeld, einem Optiksystem und einer Bildgebermatrixanordnung;
Fig. 2 eine Aufsicht auf das Lichtquellenfeld der Pixellicht¬ quelle;
Fig. 3 ein Diagramm zur Illustration der Intensitätsverteilung von durch das Lichtquellenfeld abgestrahltem Licht; und
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Winkelapertur des durch das Optiksystem auf die Bildgebermatrixanordnung abgebildeten Lichts.
Fig. 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Pixellichtquelle 10. Die Pixellichtquelle 10 kann beispielswei- se als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein oder einen Teil eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs bil¬ den. Insbesondere kann die Pixellichtquelle 10 beispielsweise als Frontscheinwerfer ausgebildet sein. Die Pixellichtquelle 10 umfasst ein Lichtquellenfeld 100, ein Optiksystem 200 und eine Bildgebermatrixanordnung 300.
Das Lichtquellenfeld 100 ist dazu vorgesehen, Licht 105 abzu¬ strahlen. Das Licht 105 ist in der Regel Licht aus dem sicht- baren Spektralbereich, beispielsweise weißes Licht. - -
Das Optiksystem 200 ist dazu vorgesehen, das von dem Lichtquellenfeld 100 abgestrahlte Licht 105 auf die Bildgeber¬ matrixanordnung 300 abzubilden. Die Bildgebermatrixanordnung 300 ist im dargestellten Beispiel als Mikrospiegelmatrixanordnung (Digital Micromirror Device DMD) mit einer Vielzahl in einer Matrixanordnung angeordneter, einzeln verkippbarer Mikrospiegel ausgebildet. Die Bildgebermatrixanordnung 300 könnte alternativ aber auch als Mikroblendenmatrixanordnung (Digital Micro Shutter DMS bzw. MEMS Shutter) , als transmissive Flüssigkristallanzeige (Li¬ quid Crystal Display LCD) oder als reflektive Flüssigkris¬ tallanzeige (Liquid Crystal on Silicon LCoS) ausgebildet sein .
Die Bildgebermatrixanordnung 300 ist dazu vorgesehen, das von dem Optiksystem 200 auf die Bildgebermatrixanordnung 300 abgebildete Licht 105 zu formen und in einen durch die Pixel¬ lichtquelle 10 zu beleuchtenden Bereich in der Umgebung der Pixellichtquelle 10 abzulenken. Hierzu kann die Pixellicht¬ quelle 10 ein weiteres Optiksystem aufweisen, die zwischen der Bildgebermatrixanordnung 300 und dem durch die Pixellichtquelle 10 zu beleuchtenden Bereich angeordnet ist. Die¬ ses weitere Optiksystem ist in der schematischen Darstellung der Fig. 1 nicht gezeigt und kann auch entfallen.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die Abstrahlseite des Lichtquellenfelds 100 der Pixellicht¬ quelle 10. Die Blickrichtung ist dabei der Abstrahlrichtung des durch das Lichtquellenfeld 100 abgestrahlten Lichts 105 entgegengesetzt .
Das Lichtquellenfeld 100 weist eine Mehrzahl von Leuchtdio¬ den-Elementen 110 und eine Mehrzahl von LARP-Elementen 120 auf.
Die Leuchtdioden-Elemente 110 weisen jeweils einen oder meh¬ rere Leuchtdiodenchips auf und können jeweils auch ein Kon- - -
verterelement aufweisen, das dazu vorgesehen ist, von dem je¬ weiligen Leuchtdiodenchip emittiertes Licht in Nutzlicht ei¬ ner anderen Wellenlänge zu konvertieren, beispielsweise in weißes Licht.
Die Abkürzung LARP steht für laser activated remote phosphor, also für ein durch einen Laserchip angestrahltes Konverterelement, das von dem Laserchip beabstandet angeordnet ist. Die LARP-Elemente können auch als Elemente bezeichnet werden, die Nutzlicht mittels eines durch einen Laser bestrahlten
Konverterelements erzeugen. Die LARP-Elemente weisen jeweils einen Laserchip und ein wellenlängenkonvertierendes Element auf. Der Laserchip ist dabei dazu vorgesehen, das wellenlängenkonvertierende Element mit einem Laserstrahl zu beleuch- ten. Das wellenlängenkonvertierende Element ist dazu vorgese¬ hen, zumindest einen Teil des Lichts des Laserstrahls in Nutzlicht einer anderen Wellenlänge zu konvertieren. Bei¬ spielsweise in gelbes Licht, um in der Mischung mit unkonver- tiertem Licht weißes Licht zu erzeugen.
Die Leuchtdioden-Elemente 110 des Lichtquellenfelds 100 der Pixellichtquelle 10 sind voneinander beabstandet in einer so¬ genannten Sparse-Anordnung angeordnet. Dabei sind die Leucht¬ dioden-Elemente 110 im in Fig. 2 gezeigten Beispiel in einem hexagonalen Muster 115 angeordnet. Im in Fig. 2 gezeigten Beispiel weist das Lichtquellenfeld 100 zehn Leuchtdioden- Elemente 110 auf. Das Lichtquellenfeld 100 könnte aber auch mit einer anderen Anzahl von Leuchtdioden-Elementen 110 ausgebildet werden, insbesondere mit einer höheren Anzahl von Leuchtdioden-Elementen 10.
Die LARP-Elemente 120 des Lichtquellenfelds 100 der Pixel¬ lichtquelle 10 sind voneinander beabstandet zwischen den Leuchtdioden-Elementen 110 des Lichtquellenfelds 100 angeord- net. Im in Fig. 2 gezeigten Beispiel weist das Lichtquellenfeld 100 der Pixellichtquelle 10 zehn LARP-Elemente 120 auf. Die Anzahl der LARP-Elemente 120 könnte aber auch anders, insbesondere größer, sein. Die Anzahl der LARP-Elemente 120 - -
des Lichtquellenfelds 100 kann der Anzahl der Leuchtdioden- Elemente 110 entsprechen, was jedoch nicht zwingend notwendig ist . Im in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind die LARP-Elemente 120 in einem hexagonalen Muster 125 angeordnet. Dabei überlagern sich das hexagonale Muster 125 der LARP-Elemente 120 und das hexagonale Muster 115 der Leuchtdioden-Elemente 110 derart, dass die LARP-Elemente 120 zwischen den Leuchtdioden- Elementen 110 angeordnet sind.
Im in Fig. 2 gezeigten Beispiel des Lichtquellenfelds 100 sind die Leuchtdioden-Elemente 110 und die LARP-Elemente 120 des Lichtquellenfelds 100 so angeordnet, dass die Abstrahl- seite des Lichtquellenfelds 100 in eine erste Richtung 301 eine geringere Breite aufweist als in eine zur ersten Rich¬ tung 301 senkrechte zweite Richtung 302. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Das Lichtquellenfeld 100 könnte auch so ausgebildet sein, dass es in die erste Richtung 301 und in die zweite Richtung 302 jeweils im Wesentlichen dieselbe Breite aufweist.
Das in der schematischen Darstellung der Pixellichtquelle 10 der Fig. 1 sichtbare Optiksystem 200 ist dazu vorgesehen, das von dem Lichtquellenfeld 100 abgestrahlte Licht 105 auf die
Bildgebermatrixanordnung 300 abzubilden. Hierzu weist das Optiksystem 200 eine Mehrzahl optischer Linsen 210 auf. Eine oder mehrere der optischen Linsen 210 des Optiksystems 200, insbesondere die letzte optische Linse 210 des Optiksystems 200, können Feldlinsen sein. Das Optiksystem 200 kann optische Linsen 210 umfassen, die den einzelnen Leuchtdioden- Elementen 110 und LARP-Elementen 120 des Lichtquellenfelds 100 individuell zugeordnet sind. Dabei kann jedem Leuchtdio¬ den-Element 110 und jedem LARP-Element 120 des Lichtquellen- felds 100 jeweils eine oder mehrere eigene optische Linse 210 zugeordnet sein. Das Optiksystem 200 bildet das von dem Lichtquellenfeld 100 emittierte Licht 105 derart auf die Bildgebermatrixanordnung 300 ab, dass jeder von einem Leuchtdioden-Element 110 oder einem LARP-Element 120 abgestrahlte Teil des Lichts 105 je- weils auf die gesamte Fläche der Bildgebermatrixanordnung 300 abgebildet wird. Die durch die einzelnen Leuchtdioden- Elemente 110 und LARP-Elemente 120 abgestrahlten Teile des Lichts 105 überlagern sich an der Bildgebermatrixanordnung
300.
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Intensitätsverteilung der durch die Leuchtdioden-Elemente 110 und die LARP-Elemente 120 des Lichtquellenfelds 100 abgestrahlten Teile des Lichts 105, das durch das Optiksystem 200 auf die Bildgebermatrixanordnung 300 abgebildet wird, am Ort der
Bildgebermatrixanordnung 300. Auf einer horizontalen Achse des Graphen der Fig. 3 ist die parallel zur Bildgebermatrixanordnung 300 orientierte erste Richtung 301 aufgetragen. Dabei sind eine Mitte 310 und Randbereiche 320 der Bildgeber- matrixanordnung 300 markiert. Anstelle der ersten Richtung
301 könnte auch die senkrecht zur ersten Richtung 301 und ebenfalls parallel zur Bildgebermatrixanordnung 300 orientierte zweite Richtung 302 dargestellt sein, ohne dass dies die dargestellte Intensitätsverteilung qualitativ ändert. Auf einer vertikalen Achse des Graphen der Fig. 3 ist eine Intensität 401 des auf die Bildgebermatrixanordnung 300 auftref¬ fenden Lichts 105 aufgetragen.
Ein erster Intensitätsverlauf 410 gibt schematisch die Inten- sität des von einem exemplarisch ausgewählten Leuchtdioden- Element 110 des Lichtquellenfelds 100 abgestrahlten Teils des Lichts 105 wieder. Die Intensität des von diesem Leuchtdio¬ den-Element 110 abgestrahlten Teils des Lichts 105 ist über die gesamte Fläche der Bildgebermatrixanordnung 300 im We- sentlichen konstant. Die von den übrigen Leuchtdioden- Elementen 110 des Lichtquellenfelds 100 abgestrahlten Teile des Lichts 105 weisen eine entsprechende Intensitätsvertei¬ lung auf. - -
Ein zweiter Intensitätsverlauf 420 gibt exemplarisch den Verlauf der Intensität des von einem beispielhaft ausgewählten LARP-Element 120 des Lichtquellenfelds 100 abgestrahlten Teils des Lichts 105 am Ort der Bildgebermatrixanordnung 300 wieder. Das von diesem LARP-Element 120 abgestrahlte Licht weist in der Mitte 310 der Bildgebermatrixanordnung 300 eine höhere Intensität auf als in den Randbereichen 320 der Bild¬ gebermatrixanordnung 300. Das von diesem LARP-Element 120 ab- gestrahlte Licht kann beispielsweise angenähert die Form ei¬ ner Gauß-Verteilung aufweisen. Die von den übrigen LARP- Elementen 120 des Lichtquellenfelds 100 abgestrahlten Teile des Lichts 105 weisen am Ort der Bildgebermatrixanordnung 300 entsprechende Intensitätsverteilungen auf.
Die durch die einzelnen Leuchtdioden-Elemente 110 und die einzelnen LARP-Elemente 120 des Lichtquellenfelds 100 abge¬ strahlten Teile des Lichts 105 überlagern sich am Ort der Bildgebermatrixanordnung 300. Die Überlagerung weist eine in Fig. 3 schematisch gezeigte Gesamtintensität 430 auf, die in der Mitte 310 der Bildgebermatrixanordnung 300 höher ist als in den Randbereichen 320 der Bildgebermatrixanordnung 300. Die Leuchtdioden-Elemente 110 des Lichtquellenfelds 100 er¬ zeugen damit einen homogenen Hintergrund des Lichts 105, des- sen Intensität über die Fläche der Bildgebermatrixanordnung 300 im Wesentlichen konstant ist. Die LARP-Elemente 120 des Lichtquellenfelds 100 erzeugen darüber hinaus ein Intensi- täts- bzw. Leuchtdichtemaximum in der Mitte 310 der Bildgebermatrixanordnung 300.
Die von den Leuchtdioden-Elementen 110 und den LARP-Elementen 120 abgestrahlten Teile des Lichts 105, die durch das Optik¬ system 200 auf die Bildgebermatrixanordnung 300 abgebildet werden, treffen aus unterschiedlichen Winkelrichtungen auf die Bildgebermatrixanordnung 300. Fig. 4 zeigt in schemati- scher Darstellung eine Winkelapertur 500 der Bildgebermatrixanordnung 300. Die Winkelapertur 500 gibt einen Raumwinkel an, innerhalb dessen das Licht 105 auf die Bildgebermatrixan- - -
Ordnung 300 treffen muss, um von der Bildgebermatrixanordnung 300 geschaltet werden zu können. Das Optiksystem 200 ist aus¬ gebildet, das von dem Lichtquellenfeld 100 abgestrahlte Licht 105 mit der Winkelapertur 500 auf die Bildgebermatrixanord- nung 300 abzubilden.
Die Winkelapertur 500 weist in die erste Richtung 301 eine erste Ausdehnung 510 der Winkelapertur und in die zweite Richtung 302 eine zweite Ausdehnung 520 der Winkelapertur auf. Die erste Ausdehnung 510 der Winkelapertur und die zwei¬ te Ausdehnung 520 der Winkelapertur können unterschiedliche Größen aufweisen. Im dargestellten Beispiel ist die zweite Ausdehnung 520 der Winkelapertur größer als die erste Ausdehnung 510 der Winkelapertur. Die erste Ausdehnung 510 der Win- kelapertur könnte aber auch größer als die zweite Ausdehnung 520 der Winkelapertur sein. Beispielsweise kann die erste Ausdehnung 510 der Winkelapertur einen Winkel von ±12° abdecken und die zweite Ausdehnung 520 der Winkelapertur einen Winkel von ±21° abdecken. Die erste Ausdehnung 510 der Win- kelapertur und die zweite Ausdehnung 520 der Winkelapertur können auch gleich groß sein.
Falls die Bildgebermatrixanordnung 300 als Mikrospiegelmatri- xanordnung ausgebildet ist, kann die erste Richtung 301 bei- spielsweise einer Kipprichtung der Mikrospiegel der Bildge¬ bermatrixanordnung 300 entsprechen, während die zweite Richtung 302 orthogonal zur Kipprichtung der Mikrospiegel der Bildgebermatrixanordnung 300 orientiert ist. Dann ist die erste Ausdehnung 510 der Winkelapertur dem Winkel zugeordnet, der durch Kippen der Mikrospiegel der Bildgebermatrixanord¬ nung 300 moduliert werden kann. Es könnte aber auch umgekehrt die zweite Richtung 302 der Kipprichtung der Mikrospiegel der Bildgebermatrixanordnung 300 entsprechen. Die von den Leuchtdioden-Elementen 110 und den LARP-Elementen 120 abgestrahlten Teile des Lichts 105 werden durch das Op¬ tiksystem 200 innerhalb der Winkelapertur 500 auf die Bildge¬ bermatrixanordnung 300 abgebildet. In Fig. 4 sind die durch - -
die Leuchtdioden-Elemente 110 abgedeckten Winkel 530 der Win¬ kelapertur 500 und die durch die LARP-Elemente 120 abgedeck¬ ten Winkel 540 der Winkelapertur 500 schematisch dargestellt. Dabei werden die durch die LARP-Elemente 120 abgestrahlten Teile des Lichts 105 im dargestellten Beispiel durch das Op¬ tiksystem 200 so auf die Bildgebermatrixanordnung 300 abgebildet, dass die von den LARP-Elementen abgedeckten Winkel 540 in Lücken 550 zwischen den von den Leuchtdioden-Elementen 110 abgedeckten Winkeln 530 liegen. Dadurch wird eine voll- ständigere Abdeckung der Winkelapertur 500 der Bildgebermatrixanordnung 300 erreicht. Es wäre aber auch möglich, die von den LARP-Elementen 120 emittierten Teile des Lichts 150 mittels des Optiksystems 200 so auf die Bildgebermatrixanord¬ nung 300 abzubilden, dass einzelne oder mehrere von Leuchtdi- oden-Elementen 110 abgedeckte Winkel 530 der Winkelapertur
500 zusätzlich auch durch ein oder mehrere LARP-Elemente 120 abgedeckt werden.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbei- spiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Er¬ findung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
_ _
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Pixellichtquelle 100 Lichtquellenfeld
105 Licht
110 Leuchtdioden-Element
115 hexagonales Muster
120 LARP-Element
125 hexagonales Muster
200 Optiksystem
210 optische Linse 300 Bildgebermatrixanordnung
301 erste Richtung
302 zweite Richtung
310 Mitte
320 Randbereich
400 Intensitätsverteilung
401 Intensität
410 Intensität eines Leuchtdioden-Elements
420 Intensität eines LARP-Elements
430 Gesamtintensität
500 Winkelapertur
510 erste Ausdehnung der Winkelapertur
520 zweite Ausdehnung der Winkelapertur
530 von Leuchtdioden-Element abgedeckter Winkel
540 von LARP-Element abgedeckter Winkel
550 Lücke

Claims

PATENTA S PRÜCHE
Pixellichtquelle (10)
mit einem Lichtquellenfeld (100), einem Optiksystem (200) und einer Bildgebermatrixanordnung (300),
wobei das Optiksystem (200) vorgesehen ist, von dem
Lichtquellenfeld (100) abgestrahltes Licht (105) auf die
Bildgebermatrixanordnung (300) abzubilden,
wobei das Lichtquellenfeld (100) eine Mehrzahl von
Leuchtdioden-Elementen (110) und eine Mehrzahl von LARP-
Elementen (120) aufweist.
Pixellichtquelle (10) gemäß Anspruch 1,
wobei die LARP-Elemente (120) zwischen den Leuchtdioden- Elementen (110) angeordnet sind.
Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei die Leuchtdioden-Elemente (110) in einem hexagona- len Muster (115) angeordnet sind.
Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei die LARP-Elemente (120) in einem hexagonalen Muster (125) angeordnet sind.
Pixellichtquelle (10) gemäß Ansprüchen 2, 3 und 4, wobei das hexagonale Muster (115) der Leuchtdioden- Elemente (110) und das hexagonale Muster (125) der LARP- Elemente (120) sich überlagern.
Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei das Optiksystem (200) vorgesehen ist, das von dem Lichtquellenfeld (100) abgestrahlte Licht (105) mit einer in eine erste Richtung (301) bemessenen ersten Ausdehnung (510) der Winkelapertur und einer in eine zweite Richtung (302) bemessenen zweiten Ausdehnung (520) der Win- kelapertur auf die Bildgebermatrixanordnung (300) abzubilden,
wobei die erste Richtung (301) und die zweite Richtung (302) senkrecht zueinander orientiert sind,
wobei die erste Ausdehnung (510) der Winkelapertur und die zweite Ausdehnung (520) der Winkelapertur unterschiedlich groß sind.
Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei das Optiksystem (200) ausgebildet ist, das von zu¬ mindest einem der LARP-Elemente (120) abgestrahlte Licht
(105) in eine Lücke (550) der Winkelapertur (500) abzu¬ bilden, die zwischen dem von den Leuchtdioden-Elementen
(110) abgestrahlten Licht (105) liegt.
Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei mindestens ein LARP-Element (120) so ausgebildet ist, dass von dem LARP-Element (120) abgestrahltes und durch das Optiksystem (200) auf die Bildgebermatrixanord nung (300) abgebildetes Licht (105) eine von der Mitte (310) der Bildgebermatrixanordnung (300) zum einem Randbereich (320) der Bildgebermatrixanordnung (300) abfallende Intensität (420) aufweist.
9. Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei das Optiksystem (200) eine Mehrzahl optischer Lin- sen (210) umfasst.
10. Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei das Optiksystem (200) eine Feldlinse umfasst.
11. Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche, wobei die Bildgebermatrixanordnung (300) als Mikrospie- gelmatrixanordnung ausgebildet ist.
Pixellichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei die Pixellichtquelle (10) als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
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