WO2017211647A1 - Vorrichtung und verfahren zum projizieren eines lichtmusters - Google Patents

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WO2017211647A1
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light
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combined
laser
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Abhishek Venkatesan
Xin Liu
Gerald Franz
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Robert Bosch Gmbh
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    • G03B21/2033—LED or laser light sources

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for
  • the device can be used as an adaptive headlight or as part of an adaptive headlight, as a tail light or direction indicator (turn signal) or as part of a tail light or direction change indicator, in particular in a vehicle.
  • a vehicle headlamp is controlled so that its light cone follows a curve that currently drives the vehicle with the headlamp, instead of tangentially out of the curve.
  • headlamp systems that are capable of projecting light patterns that are adaptable to the traffic can be controlled so that an oncoming vehicle is purposefully excluded from the light cone of the headlamp system.
  • Photonic-crystal fibers are fibers based on properties of photonic crystals and advantageous Types of light conduction, for example, allow the concentration of light in a small core (“core").
  • an apparatus for projecting a light pattern comprising: a laser device, by means of which a number of different colored laser beams can be generated and introduced into a photonic crystal fiber of the device, whereby in the photonic crystal fiber, a combined and collimated light beam, in particular laser beam, can be generated; and a selector means, by means of which the combined light beam for projecting the light pattern is spatially selectively on a lens of the device can be guided.
  • a method of projecting a light pattern comprising the steps of: controlling a laser device to generate a number of differently colored laser beams; Introducing the number of laser beams generated into a photonic crystal fiber, whereby in the photonic crystal fiber a combined and collimated light beam, in particular
  • Laser beam is generated; and spatially selectively directing the combined light beam onto a diffuser to project the light pattern.
  • the number of laser beams generated may comprise a red, a green and a blue laser beam or consist of a red, a green and a blue laser beam.
  • the combined and collimated light beam may in particular be a white light beam.
  • the device is particularly simple, whereby the device with particularly low Dimensions can be formed.
  • Laser device as compared with a free jet configuration without photonic crystal fiber is higher.
  • Phosphor converters usually convert - with corresponding losses - blue laser light into a mixture of blue and yellow laser light to obtain a total of white laser light.
  • a color temperature of the laser beam used to project the light pattern can be adjusted during operation, in particular by controlling individual ones
  • Laser diodes e.g., red, green, blue
  • laser diodes e.g., red, green, blue
  • the selector device is designed as a deflection device, which is designed to deflect the white laser beam.
  • the deflection device can have, for example, one or more micromirrors.
  • for projecting the light pattern is a
  • the selector device is designed as an array of selectively the laser beam forwarding or non-forwarding switchable pixels.
  • the device is thus advantageously usable in so-called DLP projectors, for example as a projector, i. as an image projector.
  • the device can also be advantageously used for illuminating objects detected by external devices.
  • the array is an array of micro-optics, eg mirrors.
  • the array is a Grating Light Valve (GLV). Gräting Light Valves allow a high brightness of the light pattern to be projected and good contrast values. They offer a high resolution and can be produced with relatively little technical effort.
  • the device is designed as a portable or stationary projector. According to another advantageous embodiment, the device is designed as a portable or stationary projector. According to another
  • the device is designed as a headlight, in particular as a vehicle headlight or as a mounted on a building headlights.
  • the device is designed as a tail light or as a direction change indicator.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of an apparatus for projecting a light pattern according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a graph showing an advantageous optical
  • Transmission power distribution of a lens of Figure 1 as a function of a radiation angle represents;
  • Fig. 3 shows an advantageous embodiment of the photonic crystal fiber of
  • Apparatus of Fig. 1; 4 is a schematic block diagram of an apparatus for projecting a light pattern according to another embodiment of the present invention
  • Fig. 5 is a schematic block diagram of an apparatus for projecting a light pattern according to still another embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a schematic block diagram of an apparatus for projecting a light pattern according to still another embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 is a schematic flowchart for explaining a method of projecting a light pattern according to another
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device 10 for
  • the apparatus 10 comprises a laser device 12 which is designed or arranged to produce a number of differently colored laser beams 51, 52, 53, in particular a red laser beam 51, a green one
  • Laser beam 52 and a blue laser beam 53 are generated by the laser device 12 and be generated.
  • the laser device 12 is embodied, or designed and set up in such a way that the number of laser beams 51, 52, 53 produced can be introduced or introduced into a photonic crystal fiber 1 of the device 10, whereby in the photonic crystal fiber 1
  • Combined and collimated light beam 54 in particular a combined and collimated laser beam, is generated or generated.
  • Light beam 54 may in particular be a white light beam.
  • the combined and collimated light beam 54 generated by the photonic crystal fiber 1 is selectively for projecting the light pattern 70 into a number of
  • the laser device 12 may be controlled, for example, based on an internal programming or an externally predetermined control signal, depending on the solid angle range in which the combined light beam 54 would be currently passed through the selector 14, such as a control device, the combined
  • Solid angle range a white pixel can be generated or generated.
  • a white pixel can be converted accordingly into a colorful pixel, for example a red, green or blue pixel.
  • the projected light pattern 70 can thus be formed as a totality of white and black, possibly also colorful and black pixels and can thus represent, for example, a photograph or a spatially resolved light cone of a headlight.
  • the device 10 may thus be designed in particular as a headlight of a vehicle or be integrated in a headlight of a vehicle and may serve to provide an adaptive light cone of the headlight, for example a so-called curve light. Also applications in or as taillights or direction change indicator (turn signals) are advantageous.
  • a diffusing screen 16 of the device 10 is arranged in the beam path of the combined light beam 54 after the selector device 14.
  • the diffuser 16 is also denominated as a diffuser.
  • a diffusing screen is an optical component which is used to diffuse light, in particular using the effects of diffuse reflection while refracting light.
  • the diffusing screen 16 is in particular designed such that the light pattern 70 to be projected is produced by the effect of the diffusing screen 16 on the combined light beam 54 which impinges on the diffusing screen 16, in particular by scattering the combined light beam 54, in the beam path behind the diffusing screen 16.
  • the diffusing screen 16 may in particular be designed as described below with reference to FIG. 2.
  • Fig. 2 shows a graph showing a normalized optical
  • Transmission power 72 as a function of a radiation angle 71 shows, wherein the radiation angle 71 is measured to the normal to the lens 16.
  • Fig. 2 shows an advantageous transmission power curve 81, i. a
  • the transmission power curve 81 may be provided by a diffuser 16 made by forming a polymer-on-glass polymer structure, i.e., one disposed on a glass
  • Polymer structure consists or arranged on a glass polymer structure. Depending on the desired site of use, the polymer structure may be formed with a predefined roughness to corresponding
  • an intensity and a spot size of the combined light beam 54 coupled out of the device 10 can be set via the transmission power curve 81 of the diffusing screen 16.
  • Transmission power curves 81 having a tendentially shallow maximum are preferred because they have a lower energy density of the light beam 54 at a beam angle 71 of 0 °.
  • the diffuser 16 may be advantageous as described below
  • the normalized optical transmission power is to be understood as an optical transmission power normalized such that the maximum of the optical transmission is set to the value 1.0 and the minimum to the value 0.0.
  • the first Abstrahlwinkelbetragswert is greater than or equal to five degrees, preferably greater than or equal to ten degrees, in particular greater than or equal to fifteen degrees.
  • the lens 16 preferably has a normalized optical for beam angle 71 of the light beam 54 after passing through the lens 16 with an amount greater than or equal to a second Abstrahlwinkelbetragswert
  • the second radiation angle amount value is equal to the first one
  • Beam angle value or is, preferably, larger than the first
  • the second radiation angle value is preferably greater than or equal to five degrees, more preferably greater than or equal to ten degrees, in particular greater than or equal to fifteen degrees or greater than or equal to twenty degrees.
  • the second radiation angle amount value is also preferably less than or equal to thirty degrees, more preferably less than or equal to twenty-five degrees, in particular less than or equal to twenty degrees.
  • the first and / or second Abstrahlwinkelbetragswert are preferably both between 10 ° and 20 °, in particular between 15 ° and 20 °.
  • the first and / or second Abstrahlwinkelbetragswert each other preferably less than 10 °, in particular less than 5 °
  • those configurations are particularly preferred which result in a particularly steep drop in the normalized optical transmission power.
  • a rotationally symmetric distribution of the normalized optical transmission power i. a distribution which depends only on the amount of the radiation angle 71, but not on the orientation of the
  • Abstrahlwinkels 71 depends on the normal to the lens 16 around.
  • the lens 16 also for forming a rectangular, in particular square, distribution of the optical
  • the described properties of the lens 16 with respect to the normalized optical transmission power are advantageous for forming a favorable beam profile through the lens 16.
  • a particularly narrow radiation profile ie a 0 ° decay normalized optical transmission power, advantageous to high resolution to project the light pattern.
  • such narrow beam profiles can result in an undesirably high light intensity, in particular at 0 °.
  • the aforementioned radiation properties of the diffuser 16 allow a favorable balance between these two conflicting interests.
  • a lens 16 having the characteristics represented by curve 81 or by an idealized curve 85 in FIG.
  • a lens 16 is particularly preferred, which for
  • Abstrahlwinkel 71 of the deflected combined light beam 54 to the normal on the lens 16 after passing through the lens 16 has: for emission angle 71 with an amount between 0 ° and a first
  • Beam angle amount value a normalized optical transmission power of more than 0.5, in particular more than 0.6, more preferably more than 0.7; and for emission angles 71 having an amount greater than or equal to a second emission angle value, a normalized optical transmission power of less than 0.5, in particular less than 0.3, particularly preferably less than 0.2.
  • the first and second radiation angle amount values may be selected as described above.
  • FIG. 3 shows an advantageous embodiment of the photonic crystal fiber 1 of the device 10.
  • the photonic crystal fiber 1 as shown in Fig. 3 a) above, on a core 2 surrounding cladding 3 (English, "cladding"), in which a periodic grating 4 of tiny, mutually parallel and to the core 2 air channels The regular arrangement of these air channels 5 causes light to be trapped in the core 2 of the crystal fiber 1.
  • the core 2 can be hollow (so-called hollow core).
  • the air ducts 5 usually all have the same diameter 6 and the same distance 7 (period) within the grid 4 from each other.
  • a coating 8 (“coating") is usually arranged around the lining 3.
  • An exemplary refractive index function 9 illustrates a frequent relation of refractive indices n of the various components of the crystal fiber 1 to each other.
  • the refractive index n of the coating 8 is greater than the refractive index n of the cladding, but smaller than the refractive index n of the core 2, the difference in refractive indices between the core 2 and the coating 8 being greater than the difference in refractive indices n between the coating 8 and the panel 3.
  • Fig. 3 b shows in the middle a cross section through the panel 3 with the grid 4, and Fig. 3 c) shows a close-up of this cross section below.
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of an apparatus 110 for projecting a light pattern 70 according to another embodiment of the present invention.
  • the device 110 is a variant of the device 10 and differs therefrom in that a selector device 114 of the device 110 is provided instead of the selector device 14 of the device 10.
  • the selector device 114 is specifically designed as a deflector 114
  • Micromirror 115 which is used to deflect the combined light beam 54 in accordance with a respective current deflection state of the deflector 114, i. the micromirror 113, 115 is set up.
  • the deflector 114 is thus as a number of in the beam path of the combined light beam 54th
  • tandem micromirrors 113, 115 wherein the number of micromirrors can be actuated, for example by an actuator of
  • Device 110 is deflected.
  • the deflector 114 of the combined light beam 54 is deflected in two dimensions.
  • the deflection device 114 may also have three or more micromirrors, which are combined in the beam path of the combined
  • Light beam 54 are arranged in series. Alternatively, the deflector
  • micromirror 114 also have a single micromirror, which is designed so that by deforming the micromirror of the incident on the micromirror combined light beam 54 is deflected in two dimensions.
  • An optional output device 118 of the device 110 is for this purpose
  • the decoupling device 118 can be configured or adapted to decouple the projected light pattern 70 from the device 110, for example, in the case of a vehicle headlight, to lead into the environment of the vehicle.
  • the decoupling device 118 can be configured or adapted to decouple the projected light pattern 70 from the device 110, for example, in the case of a vehicle headlight, to lead into the environment of the vehicle.
  • the decoupling device 118 can be configured or adapted to decouple the projected light pattern 70 from the device 110, for example, in the case of a vehicle headlight, to lead into the environment of the vehicle.
  • a secondary optics consist of a secondary optics, have a cover or consist of it and the like.
  • the device 110 is in accordance with all with respect to the device 10
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of an apparatus 210 for projecting a light pattern 70 according to yet another embodiment of the present invention.
  • the device 210 may be considered as a variant of the device 110, which differs from the device 110 as described in more detail below.
  • the device 110 comprises a laser device 12, by means of which a red laser beam 51, a green laser beam 52 and a red laser beam 53, also separately from each other, can be generated and introduced into an optical device 201.
  • the optical device 201 comprises the photonic crystal fiber 1, e.g. 3, in which the generated laser beams 51, 52, 53 combined with each other to the combined light beam 54 and directed to a deflector 214 of the device 210, in particular to a micro-mirror device 215 of the deflector 214.
  • the optical device 201 may in addition to the photonic Crystal fiber 1 further optical elements, optically before and / or after the photonic crystal fiber 1
  • the micromirror device 215 may have, for example, as described above with respect to the deflection device 14 of the device 10, for example two respective one-dimensionally deflecting micromirrors and / or a two-dimensionally deflecting micromirror or the like.
  • Deflector 214 further comprises an application-specific integrated circuit 217 (ASIC) configured to actuate micro-mirror device 215.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Circuit 217 may include, for example, coils and the like.
  • an F-theta lens 219 is arranged, followed by a lens 16, which is formed as described above.
  • the circuit 217 is configured to receive or generate a first control signal based on which the deflector 214, In particular, the micromirror device 215 is actuated by means of the integrated circuit 217 to scan the solid angle range, in particular the F-theta lens 219 and thus the lens 16 lying behind it, based on the first control signal.
  • the first control signal can thus be the
  • Resolution to be scanned, for example, to allow a particularly clear illumination of the object by the decoupled from the device 210 combined light beam 54.
  • the apparatus 210 further comprises a decoupling device 118, which is designed or set up to decouple the combined light beam 54 emerging from the diffusing screen 16 from the device 210.
  • a decoupling device 118 which is designed or set up to decouple the combined light beam 54 emerging from the diffusing screen 16 from the device 210.
  • Decoupling device 118 comprises, or consists of, a second optic, which can also be labeled as a secondary optic.
  • the device 210 may
  • Both the laser device 12 and the integrated circuit 217 are coupled to a control device 230 of the device 210.
  • Control device 230 is set up or designed to control the laser device 12.
  • the control device 230 from the circuit 217 receive a position signal which a current position of the
  • Micro mirror device 215 of the deflector 214 indicated.
  • Controller 230 may be configured to at least also condition the laser device 12 based on the position signal, i. based on the current position of the micro-mirror device 215 to control.
  • the control device 230 can thus be designed or set up to generate a second control signal and to transmit it to the laser device 12.
  • the laser device 12 can be controlled to illuminate individual pixels, that is, partial solid angle ranges, each with different color temperatures. For example, by means of the second control signal, the laser device 12 can be controlled to generate no laser beam 51, 52, 53 at certain points in time the light pattern to be projected has dark areas, for example to exclude certain objects from the illumination by the device 210. Likewise, the laser device 12 may be controlled based on the second control signal to generate at certain times only a subset of the producible differently colored laser beams 51, 52, 53, for example only the red laser beam 51 and the green laser beam 52. Also generates a relative intensity of the generated different-colored laser beams 51, 52, 53 to each other can by the laser device 12 based on the second
  • the first and second control signals may be provided by the circuit 217 or the controller 230, for example, based on a respective one of the first and second control signals
  • Input signal are generated, which by an interface device
  • Control device 230 is transmitted from outside the device 210.
  • This particular input signal may, for example, a signal of a
  • Vehicle control of the vehicle in which the device 110 is integrated.
  • the circuit 217 and the control device 230 may also be designed or set up, the first and / or the second control signal via the
  • Interface device 232 to receive and the control signal (s) thus only in the context of providing to transmit.
  • the interface device 232 receives the
  • Input signal in particular from a driver assistance control unit 234, which generates or transmits the input signal.
  • Control unit 234 is connected via a bus 238, for example a CAN bus, for example to a camera of a driver assistance system (FAS).
  • FAS driver assistance system
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • Bus 238 may be formed, in whole or in part, as part of device 210, ie integrated into device 210.
  • the device 210 further comprises a further control unit 236, which is designed to control an LED device of the device 210.
  • the LED device of the device 210 consists of, or comprises, a first LED segment 241 for generating a first light beam 55, and a second LED segment 242 for generating a second light beam 56.
  • the first light beam 55 is illuminated by an optical system 243
  • Device 210 is coupled out of device 210.
  • the second light beam 56 is through an optical system 244 of
  • Device 210 is coupled out of device 210.
  • the further control unit 236 may also be connected to the bus 238 for receiving information from said external devices, such as the driver assistance camera, based on which the further control unit 236 controls the first and second LED segments 241, 242 ,
  • the device 210 is set up or designed to illuminate different regions 293, 294, 295 of the environment of the device 210, in particular of a vehicle in which the device 210 is integrated, with different illumination means.
  • a central area 293, which corresponds to a long-range area in which the most probable vehicles 291 or preceding vehicles 292 are located when traveling straight ahead, is illuminated by means of the combined light beam 54 coupled out by the coupling-out device 118.
  • a near zone 294 immediately in front of the device 210 is illuminated by the second light beam 56 of the second LED element 242.
  • a far region 295, which flanks the central region 293 illuminated by the combined light beam 54, is illuminated by the first light beam 55 from the first LED segment 241.
  • 295 of the environment of the device 210 is a corresponding Lighting means optimally adaptable, in particular with respect to his
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of an apparatus 310 for
  • the device 310 is a variant of the device 110 and is adaptable according to all modifications and developments described with respect to the device 110 and vice versa.
  • the device 310 differs from the device 110 in that a selector device 314 of the device 310 is provided instead of the selector device 114 of the device 110.
  • the selector device 314 of the device 310 is configured as an array of pixels selectively switching the combined light beam 54 forward or non-forwardly switchable.
  • the laser device 12 and the diffuser 16 are preferably formed and arranged in the device 310 such that the combined light beam 54 completely illuminates the array 314.
  • the diffuser 16 may be provided for expanding the originally narrower generated combined light beam 54, wherein the diffuser 16 may be disposed between the photonic crystal fiber 1 and the array 314.
  • the light pattern 70 to be projected thus results in the beam path behind the array 314.
  • the device 310 can also have an optional outcoupling device 118, through which the projected light pattern 70 leaves the device 310 is decoupled to continue projecting around the device 310, as described with respect to the device 210 already described above.
  • the array 314 can be embodied, for example, as an array of micro-optics, that is to say in particular as a regular arrangement, in particular a two-dimensional arrangement, of individual micromirrors, which can each be changed individually in their position.
  • each of the micromirrors of the array 314 there is a respective first position of the respective micromirror, which a passing of the combined light beam 54 through the pixel which forms the micromirror corresponds.
  • For each of the micromirrors there is also a second micromirror position corresponding to non-passing through the pixel as which the micromirror functions.
  • the device 310 may, for example, have a light trap, wherein the micromirrors of the array 314 are each designed such that in the respective second micromirror position they guide the portion of the combined light beam 54 incident on them into the light trap in each case.
  • the light trap is designed to absorb the incident light beam 54 as completely as possible and can also be identified as a "beam stop" or "light catcher”.
  • the micromirrors of the array 314 in the respective first micromirror position guide the portion of the light beam 54 incident thereon for projecting the light pattern 70 onto the optional outcoupling device 118 of the device 310.
  • the totality of the pixels that are not yet forwarded for further forwarding results in a corresponding arrangement of white and black pixels, which represents the light pattern 70 to be projected.
  • the selector device 314 of the device 310 may also be designed, for example, as a Grating Light Valve. With a Gräting Light Valve, every pixel becomes the
  • Selector device 314 by a number of individually controllable
  • every other metal strip can be provided be such that the incident on the pixel portion of the light beam 54 is diffracted so that a new light wave propagates in a direction other than the direction of the light trap, whereby a white pixel of the projected
  • Light pattern 70 is provided.
  • the light wave may, for example, propagate in the direction of the optional outcoupling device 118 of the device 310.
  • FIG. 7 is a schematic flowchart for explaining a method of projecting a light pattern 70 according to another embodiment of the present invention. The method of FIG. 6 is with all
  • a laser device 12 for generating a number of differently colored laser beams 51, 52, 53 is controlled,
  • a step S02 the number of the generated laser beams 51, 52, 53 is introduced or introduced into a photonic crystal fiber 1, whereby a combined and collimated light beam 54 is generated in the photonic crystal fiber 1.
  • the combined light beam 54 is spatially selectively directed to projecting the light pattern 70 onto a lens 16.
  • the light pattern 70 is either on the lens 16 itself, but preferably behind the lens 16 by the action of the lens 16 on the combined light beam 54, in particular by scattering of the combined light beam 54, projected.

Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters (70). Die Vorrichtung (10) ist ausgebildet mit: einer Lasereinrichtung (12), mittels welcher eine Anzahl von verschiedenfarbigen Laserstrahlen (51, 52, 53) erzeugbar und in eine photonische Kristallfaser (1) der Vorrichtung (10) einleitbar ist, wodurch in der photonischen Kristallfaser (1) ein kombinierter und kollimierter Lichtstrahl (54) erzeugbar ist; und einer Selektoreinrichtung (14), mittels welcher der kombinierte Lichtstrahl (54) zum Projizieren des Lichtmusters (70) räumlich selektiv auf eine Streuscheibe (16) der Vorrichtung (10) leitbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Projizieren eines Lichtmusters. Die Vorrichtung kann insbesondere als ein adaptiver Scheinwerfer oder als Teil eines adaptiven Scheinwerfers, als ein Rücklicht oder Richtungswechselanzeiger (Blinker) oder als Teil eines Rücklichts oder Richtungswechselanzeigers, insbesondere in einem Fahrzeug, eingesetzt werden.
Stand der Technik
In modernen Scheinwerfersystemen für Fahrzeuge werden zum Teil adaptive Scheinwerfersysteme eingesetzt, welche es erlauben, eine Leuchtrichtung oder ein Beleuchtungsprofil des Scheinwerfersystems dynamisch an eine
Verkehrssituation anzupassen. Beispielsweise wird bei dem sogenannten Kurvenlicht ein Fahrzeugscheinwerfer so gesteuert, dass dessen Lichtkegel einer Kurve folgt, die das Fahrzeug mit dem Scheinwerfer aktuell befährt, statt tangential aus der Kurve hinaus zu leuchten. Scheinwerfersysteme, die in der Lage sind, Lichtmuster zu projizieren, die an das Verkehrsgeschehen anpassbar sind, können beispielsweise so gesteuert werden, dass ein entgegenkommendes Fahrzeug gezielt von dem Lichtkegel des Scheinwerfersystems ausgenommen wird.
In der US 2010/079 836 AI ist ein Laserscanner zum Projizieren eines
Lichtmusters beschrieben.
Photonische Kristallfasern (engl,„photonic-crystal fibers", PCF) sind Fasern, welche auf Eigenschaften von photonischen Kristallen basieren und vorteilhafte Arten der Lichtleitung, beispielsweise die Konzentration von Licht in einen kleinen Kern (engl,„core") ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Demgemäß ist eine Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters vorgesehen, mit: einer Lasereinrichtung, mittels welcher eine Anzahl von verschiedenfarbigen Laserstrahlen erzeugbar und in eine photonische Kristallfaser der Vorrichtung einleitbar ist, wodurch in der photonischen Kristallfaser ein kombinierter und kollimierter Lichtstrahl, insbesondere Laserstrahl, erzeugbar ist; und einer Selektoreinrichtung, mittels welcher der kombinierte Lichtstrahl zum Projizieren des Lichtmusters räumlich selektiv auf eine Streuscheibe der Vorrichtung leitbar ist.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters bereitgestellt, mit den Schritten: Steuern einer Lasereinrichtung zum Erzeugen einer Anzahl von verschiedenfarbigen Laserstrahlen; Einleiten der Anzahl der erzeugten Laserstrahlen in eine photonische Kristallfaser, wodurch in der photonischen Kristallfaser ein kombinierter und kollimierter Lichtstrahl, insbesondere
Laserstrahl, erzeugt wird; und Räumlich selektives Leiten des kombinierten Lichtstrahls auf eine Streuscheibe zum Projizieren des Lichtmusters.
Die Anzahl der erzeugten Laserstrahlen kann insbesondere einen roten, einen grünen und einen blauen Laserstrahl umfassen oder aus einem roten, einem grünen und einem blauen Laserstrahl bestehen. Der kombinierte und kollimierte Lichtstrahl kann insbesondere ein weißer Lichtstrahl sein.
Vorteile der Erfindung
Durch die Verwendung der photonischen Kristallfaser wird die Vorrichtung besonders einfach, wodurch die Vorrichtung mit besonders geringen Abmessungen ausbildbar ist. Eine räumliche Trennung der Laserquelle, d.h. Lasereinrichtung, und der Selektoreinrichtung, z.B. einer Scannereinheit, ist einfach möglich. Dadurch ergibt sich einerseits eine vorteilhaft erhöhte
Designfreiheit. Andererseits ermöglicht eine solche räumlich getrennte
Anordnung die Abkühlung der Vorrichtung, sodass die Lebensdauer der
Lasereinrichtung, etwa im Vergleich mit einer Freistrahlkonfiguration ohne photonische Kristallfaser, höher ist.
Weiterhin kann vorteilhaft auf das Bereitstellen bzw. Verwenden eines Phosphor- Konverters verzichtet werden. Phosphor- Konverter konvertieren üblicherweise - mit entsprechenden Verlusten - blaues Laserlicht in eine Mischung aus blauem und gelbem Laserlicht, um insgesamt weißes Laserlicht zu erhalten. Gegenüber Lösungen mit Phosphor- Konvertern kann erfindungsgemäß eine Farbtemperatur des zum Projizieren des Lichtmusters verwendeten Laserstrahls während des Betriebs angepasst werden, insbesondere durch Ansteuern einzelner
Laserdioden (z.B. rot, grün, blau) der Lasereinrichtung.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Selektoreinrichtung als eine Ablenkeinrichtung ausgebildet, welche zum Ablenken des weißen Laserstrahls ausgebildet ist. Die Ablenkeinrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Mikrospiegel aufweisen. Somit ist zum Projizieren des Lichtmusters ein
Raumbereich nach Art eines Laserscanners abrasterbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Selektoreinrichtung als ein Array von selektiv den Laserstrahl weiterleitend oder nicht-weiterleitend schaltbaren Pixeln ausgebildet. Die Vorrichtung ist somit vorteilhaft in so genannten DLP-Projektoren verwendbar, beispielsweise als Beamer, d.h. als Bildprojektor. In diesem Fall kann das zu projizierende Lichtmuster
beispielsweise ein Photo, ein Video, eine Präsentationsfolie oder dergleichen sein. Weiterhin kann die Vorrichtung auch vorteilhaft zum Beleuchten von - durch externe Vorrichtungen - erfassten Objekten verwendet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Array ein Array von Mikrooptiken, z.B. Spiegeln. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Array ein Gräting Light Valve (GLV). Gräting Light Valves ermöglichen eine große Helligkeit des zu projizierenden Lichtmusters und gute Kontrastwerte. Sie bieten eine hohe Auflösung und sind mit verhältnismäßig geringem technischem Aufwand herstellbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung als ein portabler oder stationärer Beamer ausgebildet. Gemäß einer weiteren
vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung als ein Scheinwerfer ausgebildet, insbesondere als ein Fahrzeugscheinwerfer oder als ein an einem Gebäude installierter Scheinwerfer. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Vorrichtung als ein Rücklicht oder als ein Richtungswechselanzeiger ausgebildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnun
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Graphen, welcher eine vorteilhafte optische
Transmissionsleistungsverteilung einer Streuscheibe aus Fig. 1 als Funktion eines Abstrahlwinkels darstellt;
Fig. 3 eine vorteilhafte Ausgestaltung der photonischen Kristallfaser der
Vorrichtung aus Fig. 1; Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere
Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zum
Projizieren eines Lichtmusters 70 gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Lasereinrichtung 12, welche dazu ausgelegt oder eingerichtet ist, eine Anzahl von verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 zu erzeugen, insbesondere einen roten Laserstrahl 51, einen grünen
Laserstrahl 52 und einen blauen Laserstrahl 53. Es können auch nur eine Untermenge dieser Anzahl, eine größere Anzahl oder Laserstrahlen mit anderen Wellenlängen durch die Lasereinrichtung 12 erzeugt werden bzw. erzeugbar sein. Die Lasereinrichtung 12 ist derart ausgebildet, oder derart ausgebildet und eingerichtet, dass die erzeugte Anzahl von verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 in eine photonische Kristallfaser 1 der Vorrichtung 10 einleitbar ist bzw. eingeleitet wird, wodurch in der photonischen Kristallfaser 1 ein
kombinierter und kollimierter Lichtstrahl 54, insbesondere ein kombinierter und kollimierter Laserstrahl, erzeugbar ist bzw. erzeugt wird. Der kombinierte
Lichtstrahl 54 kann insbesondere ein weißer Lichtstrahl sein.
Mittels einer Selektoreinrichtung 14 der Vorrichtung 10 ist der durch die photonische Kristallfaser 1 erzeugte kombinierte und kollimierte Lichtstrahl 54 selektiv zum Projizieren des Lichtmusters 70 in eine Anzahl von
Raumwinkelbereichen leitbar. Die Lasereinrichtung 12 kann, beispielsweise basierend auf einer internen Programmierung oder einem extern vorgegebenen Steuersignal, jeweils abhängig von dem Raumwinkelbereich, in welchen der kombinierte Lichtstrahl 54 aktuell durch die Selektoreinrichtung 14 geleitet würde, gesteuert werden, etwa durch eine Steuereinrichtung, den kombinierten
Lichtstrahl 54 aktuell zu erzeugen oder nicht zu erzeugen.
Wird der Lichtstrahl 54 erzeugt, ist somit in dem entsprechenden
Raumwinkelbereich ein weißes Pixel erzeugt oder erzeugbar. Wird kein
Lichtstrahl 54 erzeugt, ist in dem entsprechenden Raumwinkelbereich somit ein dunkles oder schwarzes Pixel erzeugt oder erzeugbar. Durch die Verwendung von entsprechenden Farbfiltern kann ein weißes Pixel entsprechend in ein buntes Pixel, beispielsweise ein rotes, grünes oder blaues Pixel umgewandelt werden.
Das projizierte Lichtmuster 70 kann somit als eine Gesamtheit von weißen und schwarzen, gegebenenfalls auch von bunten und schwarzen Pixeln ausgebildet sein und kann so beispielsweise eine Fotographie darstellen oder einen räumlich aufgelösten Lichtkegel eines Scheinwerfers ergeben. Die Vorrichtung 10 kann somit insbesondere als ein Scheinwerfer eines Fahrzeugs ausgebildet sein oder in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs integriert sein und kann dazu dienen, einen adaptiven Lichtkegel des Scheinwerfers bereitzustellen, beispielsweise ein sogenanntes Kurvenlicht. Auch Anwendungen in oder als Rücklichter oder Richtungswechselanzeiger (Blinker) sind vorteilhaft.
Bei der Vorrichtung 10 ist im Strahlengang des kombinierten Lichtstrahl 54 nach der Selektoreinrichtung 14 eine Streuscheibe 16 der Vorrichtung 10 angeordnet. Die Streuscheibe 16 ist auch als Diffusor bezeichenbar. Eine Streuscheibe ist ein optisches Bauteil, welches dazu eingesetzt wird, Licht zu streuen, wobei insbesondere die Effekte der diffusen Reflexion unter Brechung von Licht verwendet werden. Die Streuscheibe 16 ist insbesondere so beschaffen, dass durch Einwirken der Streuscheibe 16 auf den kombinierten Lichtstrahl 54, welcher auf die Streuscheibe 16 auftrifft, insbesondere durch Streuen des kombinierten Lichtstrahls 54, im Strahlengang hinter der Streuscheibe 16 das zu projizierende Lichtmuster 70 entsteht.
Die Streuscheibe 16 kann insbesondere so ausgebildet sein, wie im Folgenden mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.
Fig. 2 zeigt einen Graphen, welcher eine normierte optische
Transmissionsleistung 72 als Funktion eines Abstrahlwinkels 71 zeigt, wobei der Abstrahlwinkel 71 zur Normalen auf die Streuscheibe 16 gemessen wird.
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Transmissionsleistungskurve 81, d.h. eine
Transmissionsleistungsverteilung. Die Transmissionsleistungskurve 81 kann beispielsweise durch eine Streuscheibe 16 bereitgestellt werden kann, welche durch Ausbilden einer Polymerstruktur auf einem Glas („Polymer-on-glass") hergestellt wurde, d.h. welche aus einer auf einem Glas angeordneten
Polymerstruktur besteht oder eine auf einem Glas angeordnete Polymerstruktur aufweist. Die Polymerstruktur kann, je nach dem angestrebten Einsatzort, mit einer vordefinierten Rauigkeit ausgebildet sein, um entsprechende
Streueigenschaften aufzuweisen. Über die Transmissionsleistungskurve 81 der Streuscheibe 16 kann insbesondere eine Intensität und eine Spot-Größe des aus der Vorrichtung 10 ausgekoppelten kombinierten Lichtstrahls 54 eingestellt sein. Transmissionsleistungskurven 81 mit einem tendentiell flachen Maximum werden bevorzugt, da diese eine geringere Energiedichte des Lichtstrahls 54 bei einem Abstrahlwinkel 71 von 0° aufweisen.
Die Streuscheibe 16 kann die nachfolgend beschriebenen, vorteilhaften
Charakteristiken bezüglich ihrer normierten optischen Transmissionsleistung 72 für bestimmte Abstrahlwinkel 71 des kombinierten Lichtstrahls 54 nach
Durchqueren der Streuscheibe 16 aufweisen. Unter der normierten optischen Transmissionsleistung ist eine optische Transmissionsleistung zu verstehen, welche so normiert ist, dass das Maximum der optischen Transmission auf den Wert 1,0 und das Minimum auf den Wert 0,0 gelegt ist.
Bevorzugt weist die Streuscheibe 16 für Abstrahlwinkel 71 des kombinierten Lichtstrahls 54 nach Durchqueren der Streuscheibe 16 mit einem Betrag zwischen 0° und einem ersten Abstrahlwinkelbetragswert eine normierte optische Transmissionsleistung von mehr als 0,5 auf, insbesondere von mehr als 0,6, besonders bevorzugt von mehr als 0,7. Der erste Abstrahlwinkelbetragswert ist größer oder gleich fünf Grad, bevorzugt größer oder gleich zehn Grad, insbesondere größer oder gleich fünfzehn Grad.
Weiterhin weist die Streuscheibe 16 vorzugsweise für Abstrahlwinkel 71 des Lichtstrahls 54 nach Durchqueren der Streuscheibe 16 mit einem Betrag größer gleich einem zweiten Abstrahlwinkelbetragswert eine normierte optische
Transmissionsleistung von weniger als 0,5 auf, insbesondere von weniger als 0,3, besonders bevorzugt von weniger als 0,2.
Der zweite Abstrahlwinkelbetragswert ist gleich dem ersten
Abstrahlwinkelbetragswert oder ist, bevorzugt, größer als der erste
Abstrahlwinkelbetragswert. Der zweite Abstrahlwinkelbetragswert ist bevorzugt größer oder gleich fünf Grad, besonders bevorzugt größer oder gleich zehn Grad, insbesondere größer oder gleich fünfzehn Grad oder größer oder gleich zwanzig Grad. Der zweite Abstrahlwinkelbetragswert ist außerdem bevorzugt kleiner oder gleich dreißig Grad, besonders bevorzugt kleiner oder gleich fünfundzwanzig Grad, insbesondere kleiner oder gleich zwanzig Grad. Der erste und/oder der zweite Abstrahlwinkelbetragswert liegen bevorzugt beide zwischen 10° und 20°, insbesondere zwischen 15° und 20°. Alternativ, oder zusätzlich, sind der erste und/oder der zweite Abstrahlwinkelbetragswert voneinander bevorzugt weniger als 10°, insbesondere weniger als 5°
voneinander entfernt. Grundsätzlich sind solche Konfigurationen besonders bevorzugt, welche einen besonders steilen Abfall der normierten optischen Transmissionsleistung zur Folge haben.
Besonders bevorzugt ist außerdem eine rotationssymmetrische Verteilung der normierten optischen Transmissionsleistung, d.h. eine Verteilung, welche nur von dem Betrag des Abstrahlwinkels 71, nicht aber von der Orientierung des
Abstrahlwinkels 71 um die Normale auf die Streuscheibe 16 herum abhängt. Für andere Anwendungen kann die Streuscheibe 16 auch zum Ausbilden einer rechteckigen, insbesondere quadratischen, Verteilung der optischen
Transmission konfiguriert sein.
Die beschriebenen Eigenschaften der Streuscheibe 16 in Bezug auf die normierte optische Transmissionsleistung sind vorteilhaft zum Ausbilden eines günstigen Strahlprofils durch die Streuscheibe 16. Einerseits ist ein besonders enges Abstrahlprofil, das heißt eine um 0° schnell abfallende normierte optische Transmissionsleistung, vorteilhaft, um mit hoher Auflösung das Lichtmuster zu projizieren. Andererseits kann sich bei solchen engen Strahlprofilen eine unerwünscht hohe Lichtintensität, insbesondere bei 0°, ergeben. Die genannten Abstrahleigenschaften der Streuscheibe 16 ermöglichen eine vorteilhafte Balance zwischen diesen beiden sich widerstrebenden Interessen.
Besonders bevorzugt ist eine Streuscheibe 16 mit den Charakteristiken, welche durch die Kurve 81 oder durch eine idealisierte Kurve 85 in Fig. 2 dargestellt werden.
Demnach wird eine Streuscheibe 16 besonders bevorzugt, welche für
Abstrahlwinkel 71 des abgelenkten kombinierten Lichtstrahls 54 zur Normalen auf die Streuscheibe 16 nach Durchqueren der Streuscheibe 16 aufweist: für Abstrahlwinkel 71 mit einem Betrag zwischen 0° und einem ersten
Abstrahlwinkelbetragswert eine normierte optische Transmissionsleistung von mehr als 0,5, insbesondere von mehr als 0,6, besonders bevorzugt von mehr als 0,7; und für Abstrahlwinkel 71 mit einem Betrag größer gleich einem zweiten Abstrahlwinkelbetragswert eine normierte optische Transmissionsleistung von weniger als 0,5, insbesondere von weniger als 0,3, besonders bevorzugt von weniger als 0,2. Der erste und der zweite Abstrahlwinkelbetragswert können wie voranstehend beschrieben ausgewählt sein.
Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der photonischen Kristallfaser 1 der Vorrichtung 10.
Vorteilhaft weist die photonische Kristallfaser 1, wie in Fig. 3 a) oben gezeigt, eine einen Kern 2 umgebende Verkleidung 3 (engl,„cladding") auf, in welcher ein periodisches Gitter 4 von winzigen, zueinander und zu dem Kern 2 parallelen Luftkanälen 5 ausgebildet ist. Die regelmäßige Anordnung dieser Luftkanäle 5 führt dazu, dass Licht im Kern 2 der Kristallfaser 1 gefangen wird. Der Kern 2 kann hohl (so genannter Hohlkern)
oder aus Glas ausgebildet sein. Die Luftkanäle 5 weisen für gewöhnlich alle denselben Durchmesser 6 und denselben Abstand 7 (Periode) innerhalb des Gitters 4 voneinander auf. Um die Verkleidung 3 herum ist üblicherweise eine Beschichtung 8 (engl,„coating") angeordnet.
Eine beispielhafte Brechungsindexfunktion 9 erläutert eine häufige Relation von Brechungsindizes n der verschiedenen Komponenten der Kristallfaser 1 zueinander. Dabei ist der Brechungsindex n der Beschichtung 8 größer als der Brechungsindex n der Verkleidung, aber kleiner als der Brechungsindex n des Kerns 2, wobei der Unterschied in Brechungsindizes zwischen dem Kern 2 und der Beschichtung 8 größer ist als der Unterschied in Brechungsindizes n zwischen der Beschichtung 8 und der Verkleidung 3.
Fig. 3 b) zeigt mittig einen Querschnitt durch die Verkleidung 3 mit dem Gitter 4, und Fig. 3 c) zeigt unten eine Nahaufnahme dieses Querschnitts.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 110 zum Projizieren eines Lichtmusters 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 110 ist eine Variante der Vorrichtung 10 und unterscheidet sich von dieser darin, dass eine Selektoreinrichtung 114 der Vorrichtung 110 anstelle der Selektoreinrichtung 14 der Vorrichtung 10 vorgesehen ist.
Die Selektoreinrichtung 114 ist speziell als eine Ablenkeinrichtung 114
ausgebildet, welche einen ersten Mikrospiegel 113 und einen zweiten
Mikrospiegel 115 aufweist, welche zum Ablenken des kombinierten Lichtstrahls 54 gemäß einem jeweils aktuellen Ablenkzustand der Ablenkeinrichtung 114, d.h. der Mikrospiegel 113, 115, eingerichtet ist. Die Ablenkeinrichtung 114 ist somit als eine Anzahl von im Strahlengang des kombinierten Lichtstrahls 54
hintereinander angeordneten Mikrospiegeln 113, 115 realisiert, wobei die Anzahl der Mikrospiegel so aktuierbar ist, beispielsweise durch einen Aktor der
Ablenkeinrichtung 114, dass der kombinierte Lichtstrahl 54 zum Abrastern eines vorbestimmten Raumwinkels und/oder einer Auskoppeleinrichtung der
Vorrichtung 110 abgelenkt wird. Durch die Ablenkeinrichtung 114 ist der kombinierte Lichtstrahl 54 in zwei Dimensionen ablenkbar.
Statt zwei Mikrospiegel 113, 115 kann die Ablenkeinrichtung 114 auch drei oder mehr Mikrospiegel aufweisen, welche im Strahlengang des kombinierten
Lichtstrahls 54 in Reihe angeordnet sind. Alternativ kann die Ablenkeinrichtung
114 auch einen einzigen Mikrospiegel aufweisen, welcher so ausgebildet ist, dass durch Verformen des Mikrospiegels der auf den Mikrospiegel auftreffende kombinierte Lichtstrahl 54 in zwei Dimensionen ablenkbar ist. Eine optionale Auskoppeleinrichtung 118 der Vorrichtung 110 ist dazu
eingerichtet oder ausgelegt, das projizierte Lichtmuster 70 aus der Vorrichtung 110 auszukoppeln, beispielsweise, im Fall eines Fahrzeugscheinwerfers, in das Umfeld des Fahrzeugs zu leiten. Die Auskoppeleinrichtung 118 kann
beispielsweise eine Sekundäroptik umfassen, aus einer Sekundäroptik bestehen, eine Abdeckscheibe aufweisen oder daraus bestehen und dergleichen mehr.
Die Vorrichtung 110 ist gemäß allen in Bezug auf die Vorrichtung 10
beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen, insbesondere in Hinsicht auf die Streuscheibe 16, anpassbar und umgekehrt. Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 210 zum Projizieren eines Lichtmusters 70 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 210 kann als eine Variante der Vorrichtung 110 angesehen werden, welche sich wie im Folgenden näher beschrieben von der Vorrichtung 110 unterscheidet.
Die Vorrichtung 110 umfasst eine Lasereinrichtung 12, mittels welcher ein roter Laserstrahl 51, ein grüner Laserstrahl 52 und ein roter Laserstrahl 53, auch separat voneinander, erzeugbar sind und in eine optische Einrichtung 201 eingeleitet werden. Die optische Einrichtung 201 umfasst die photonische Kristallfaser 1, z.B. gemäß Fig. 3, in welcher die erzeugten Laserstrahlen 51, 52, 53 miteinander zu dem kombinierten Lichtstrahl 54 kombiniert und auf eine Ablenkeinrichtung 214 der Vorrichtung 210 gelenkt werden, insbesondere auf eine Mikrospiegeleinrichtung 215 der Ablenkeinrichtung 214. Die optische Einrichtung 201 kann neben der photonischen Kristallfaser 1 weitere optische Elemente, optisch vor und/oder nach der photonischen Kristallfaser 1
angeordnet, aufweisen.
Die Mikrospiegeleinrichtung 215 kann, wie im Vorangehenden in Bezug auf die Ablenkeinrichtung 14 der Vorrichtung 10 beschrieben, beispielsweise zwei jeweils eindimensional ablenkende Mikrospiegel und/oder einen zweidimensional ablenkenden Mikrospiegel oder dergleichen aufweisen. Die
Ablenkeinrichtung 214 umfasst weiterhin eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 217 (engl,„application-specific integrated circuit", ASIC), welche zum Aktuieren der Mikrospiegeleinrichtung 215 ausgebildet ist. Die Schaltung 217 kann beispielsweise Spulen und dergleichen aufweisen.
Im Strahlengang des abgelenkten kombinierten Lichtstrahls 54 nach der Ablenkeinrichtung 214, das heißt nach der Mikrospiegeleinrichtung 215, ist vorteilhaft zunächst eine F-Theta-Linse 219 angeordnet, auf weiche eine Streuscheibe 16 folgt, welche so ausgebildet ist, wie im Voranstehenden beschrieben.
Die Schaltung 217 ist dazu ausgelegt, ein erstes Steuersignal zu empfangen oder zu erzeugen, basierend auf welchem die Ablenkeinrichtung 214, insbesondere die Mikrospiegeleinrichtung 215, mittels der integrierten Schaltung 217 aktuiert wird, den Raumwinkelbereich, insbesondere die F-Theta-Linse 219 und damit die dahinter liegende Streuscheibe 16, basierend auf dem ersten Steuersignal abzurastern. Das erste Steuersignal kann somit das zu
projizierende Lichtmuster indizieren, beispielsweise kann ein bestimmter Teil-
Raumwinkelbereich basierend auf dem ersten Steuersignal mit erhöhter
Auflösung abgerastert werden, etwa um ein besonders deutliches Anleuchten des Objektes durch den aus der Vorrichtung 210 ausgekoppelten kombinierten Lichtstrahl 54 zu ermöglichen.
Die Vorrichtung 210 umfasst weiterhin eine Auskoppeleinrichtung 118, welche dazu ausgelegt oder eingerichtet ist, den aus der Streuscheibe 16 austretenden kombinierten Lichtstrahl 54 aus der Vorrichtung 210 auszukoppeln. Die
Auskoppeleinrichtung 118 umfasst, oder besteht aus, einer zweiten Optik, welche auch als Sekundäroptik bezeichenbar ist. Die Vorrichtung 210 kann
insbesondere als Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs ausgebildet und/oder in ein Fahrzeug integriert sein.
Sowohl die Lasereinrichtung 12 als auch die integrierte Schaltung 217 sind mit einer Steuereinrichtung 230 der Vorrichtung 210 gekoppelt. Die
Steuereinrichtung 230 ist dazu eingerichtet oder ausgelegt, die Lasereinrichtung 12 zu steuern. Dazu kann die Steuereinrichtung 230 von der Schaltung 217 ein Stellungssignal empfangen, welches eine aktuelle Stellung der
Mikrospiegeleinrichtung 215 der Ablenkeinrichtung 214 indiziert. Die
Steuereinrichtung 230 kann dazu ausgelegt sein, die Lasereinrichtung 12 - zumindest auch - basierend auf dem Stellungssignal, d.h. basierend auf der aktuellen Stellung der Mikrospiegeleinrichtung 215 zu steuern.
Die Steuereinrichtung 230 kann somit dazu ausgelegt oder eingerichtet sein, ein zweites Steuersignal zu erzeugen und an die Lasereinrichtung 12 zu übermitteln.
Basierend auf dem zweiten Steuersignal kann die Lasereinrichtung 12 gesteuert werden, einzelne Pixel, das heißt Teil-Raumwinkelbereiche, mit jeweils unterschiedlichen Farbtemperaturen zu beleuchten. Beispielsweise kann mittels des zweiten Steuersignals die Lasereinrichtung 12 dazu gesteuert werden, zu bestimmten Zeitpunkten überhaupt keinen Laserstrahl 51, 52, 53 zu erzeugen, so dass das zu projizierende Lichtmuster dunkle Bereiche aufweist, beispielsweise um bestimmte Objekte von der Beleuchtung durch die Vorrichtung 210 auszunehmen. Ebenso kann die Lasereinrichtung 12 basierend auf dem zweiten Steuersignal dazu gesteuert werden, zu bestimmten Zeiten nur eine Untermenge der erzeugbaren verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 zu erzeugen, beispielsweise nur den roten Laserstrahl 51 und den grünen Laserstrahl 52. Auch eine relative Intensität der erzeugten verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 zueinander kann durch die Lasereinrichtung 12 basierend auf dem zweiten
Steuersignal angepasst werden.
Das erste und das zweite Steuersignal können durch die Schaltung 217 oder die Steuereinrichtung 230 beispielsweise basierend auf einem jeweiligen
Eingangssignal erzeugt werden, welches durch eine Schnittstelleneinrichtung
232 der Vorrichtung 210 an die Schaltung 217 oder, entsprechend, die
Steuereinrichtung 230 von außerhalb der Vorrichtung 210 übermittelt wird.
Dieses jeweilige Eingangssignal kann beispielsweise ein Signal einer
Fahrzeugsteuerung des Fahrzeugs sein, in welches die Vorrichtung 110 integriert ist.
Statt das erste und/oder das zweite Steuersignal zu erzeugen, können die Schaltung 217 und die Steuereinrichtung 230 auch dazu ausgelegt oder eingerichtet sein, das erste und/oder das zweite Steuersignal über die
Schnittstelleneinrichtung 232 zu empfangen und das oder die Steuersignal (e) somit im Rahmen des Bereitstellens lediglich zu übermitteln.
Bei der Vorrichtung 210 empfängt die Schnittstelleneinrichtung 232 das
Eingangssignal insbesondere von einer Fahrerassistenz-Steuereinheit 234, welche das Eingangssignal erzeugt oder übermittelt. Die Fahrerassistenz-
Steuereinheit 234 ist über einen Bus 238, beispielsweise einen CAN-Bus, beispielsweise an eine Kamera eines Fahrerassistenzsystems (FAS, engl.
„Advanced Driver Assistance System", ADAS) und/oder weitere Recheneinheiten beispielsweise eines Fahrzeugs, angeschlossen, basierend auf deren
Informationen und Signalen die Fahrerassistenz-Steuereinheit 234 das Eingangssignal erzeugt. Der Bus 238 kann, ganz oder teilweise, als Teil der Vorrichtung 210, d.h. in die Vorrichtung 210 integriert, ausgebildet sein.
Die Vorrichtung 210 umfasst weiterhin eine weitere Steuereinheit 236, welche zum Steuern einer LED-Einrichtung der Vorrichtung 210 ausgebildet ist. Die LED-Einrichtung der Vorrichtung 210 besteht aus, oder umfasst, ein erstes LED- Segment 241 zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls 55, sowie ein zweites LED- Segment 242 zum Erzeugen eines zweiten Lichtstrahls 56. Der erste Lichtstrahl 55 wird durch eine Optik 243 der Vorrichtung 210 aus der Vorrichtung 210 ausgekoppelt. Der zweite Lichtstrahl 56 wird durch eine Optik 244 der
Vorrichtung 210 aus der Vorrichtung 210 ausgekoppelt.
Die weitere Steuereinheit 236 kann ebenfalls an den Bus 238 angeschlossen sein, um von den genannten externen Vorrichtungen wie zum Beispiel der Fahrerassistenzkamera Informationen bzw. Signale zu erhalten, basierend auf welchen die weitere Steuereinheit 236 das erste und das zweite LED-Segment 241, 242 steuert.
Wie im rechten Teil von Fig. 5 dargestellt, ist die Vorrichtung 210 dazu eingerichtet oder ausgelegt, verschiedene Bereiche 293, 294, 295 des Umfelds der Vorrichtung 210, insbesondere eines Fahrzeugs, in welches die Vorrichtung 210 integriert ist, mit unterschiedlichen Beleuchtungsmitteln zu beleuchten. So wird ein zentraler Bereich 293, welcher einem Fernbereich entspricht, in welchem sich bei Geradeausfahrt mit der größten Wahrscheinlichkeit entgegenkommende Fahrzeuge 291 oder vorausfahrende Fahrzeuge 292 befinden, mittels des durch die Auskoppeleinrichtung 118 ausgekoppelten kombinierten Lichtstrahls 54 beleuchtet.
Ein Nahbereich 294 unmittelbar vor der Vorrichtung 210 wird durch den zweiten Lichtstrahl 56 des zweiten LED-Elements 242 beleuchtet. Ein Fernbereich 295, welcher dem durch den kombinierten Lichtstrahl 54 beleuchteten zentralen Bereich 293 flankiert, wird durch den ersten Lichtstrahl 55 aus dem ersten LED- Segment 241 beleuchtet. Auf diese Weise ist für jeden der verschiedenen Bereiche 293, 294, 295 des Umfelds der Vorrichtung 210 ein entsprechendes Beleuchtungsmittel optimal anpassbar, insbesondere in Bezug auf seine
Lichtintensität, Lichtfarbe, Auflösung und dergleichen.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 310 zum
Projizieren eines Lichtmusters 70 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 310 ist eine Variante der Vorrichtung 110 und ist gemäß allen in Bezug auf die Vorrichtung 110 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt.
Die Vorrichtung 310 unterscheidet sich von der Vorrichtung 110 darin, dass eine Selektoreinrichtung 314 der Vorrichtung 310 statt der Selektoreinrichtung 114 der Vorrichtung 110 vorgesehen ist.
Die Selektoreinrichtung 314 der Vorrichtung 310 ist als ein Array von selektiv den kombinierten Lichtstrahl 54 weiterleitend oder nicht-weiterleitend schaltbaren Pixeln ausgebildet. Die Lasereinrichtung 12 und die Streuscheibe 16 sind bei der Vorrichtung 310 vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, dass der kombinierte Lichtstrahl 54 das Array 314 vollständig beleuchtet.
Dazu kann beispielsweise die Streuscheibe 16 zum Aufweiten des ursprünglich enger erzeugten kombinierten Lichtstrahls 54 vorgesehen sein, wobei die Streuscheibe 16 auch zwischen der photonischen Kristallfaser 1 und dem Array 314 angeordnet sein kann. Durch das selektive Weiterleiten oder Nicht- Weiterleiten-Schalten der Pixel des Arrays 314 ergibt sich somit im Strahlengang hinter dem Array 314 das zu projizierende Lichtmuster 70. Auch die Vorrichtung 310 kann eine optionale Auskoppeleinrichtung 118 aufweisen, durch welche das projizierte Lichtmuster 70 aus der Vorrichtung 310 ausgekoppelt wird, um im Umfeld der Vorrichtung 310 weiter projiziert zu werden, wie in Bezug auf die Vorrichtung 210 bereits im Voranstehenden beschrieben.
Das Array 314 kann beispielsweise als ein Array von Mikrooptiken ausgebildet sein, das heißt insbesondere als eine regelmäßige Anordnung, insbesondere zwei-dimensionale Anordnung, von einzelnen Mikrospiegeln, welche jeweils einzeln in ihrer Stellung veränderbar sind. Für jeden der Mikrospiegel des Arrays 314 gibt es eine jeweilige erste Stellung des jeweiligen Mikrospiegels, welche einem Weiterleiten des kombinierten Lichtstrahls 54 durch den Pixel, welchen der Mikrospiegel bildet, entspricht. Für jeden der Mikrospiegel gibt es weiterhin eine zweite Mikrospiegelstellung, welche einem Nicht-Weiterleiten durch den Pixel, als welcher der Mikrospiegel fungiert, entspricht.
Die Vorrichtung 310 kann beispielsweise eine Lichtfalle aufweisen, wobei die Mikrospiegel des Arrays 314 jeweils so ausgebildet sind, dass sie in der jeweiligen zweiten Mikrospiegelstellung den auf sie einfallenden Anteil des kombinierten Lichtstrahls 54 jeweils in die Lichtfalle leiten. Die Lichtfalle ist zur möglichst vollständigen Absorption des einfallenden Lichtstrahls 54 ausgebildet und ist auch als„beam stop" oder„Lichtfänger" bezeichenbar.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Mikrospiegel des Arrays 314 in der jeweiligen ersten Mikrospiegelstellung den jeweils auf sie auftreffenden Anteil des Lichtstrahls 54 zum Projizieren des Lichtmusters 70 auf die optionale Auskoppeleinrichtung 118 der Vorrichtung 310 leiten.
Die Gesamtheit der weiterleitend noch nicht-weiterleitend geschalteten Pixel ergibt eine entsprechende Anordnung von weißen und schwarzen Pixeln, welche das zu projizierende Lichtmuster 70 darstellt.
Alternativ zur Ausbildung als Array von Mikrooptiken kann die Selektoreinrichtung 314 der Vorrichtung 310 auch beispielsweise als ein Gräting Light Valve ausgebildet sein. Bei einem Gräting Licht Valve wird jedes Pixel der
Selektoreinrichtung 314 durch eine Anzahl von einzeln ansteuerbaren
Metallbändern ausgebildet. Das Ansteuern der Metallbänder erfolgt dadurch, dass selektiv einzelne der Metallbänder durch elektrostatische Felder
durchgebogen werden und somit die auf das jeweilige Pixel auftreffenden Laserstrahlen unterschiedlich beugen.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass, wenn keines der Metallbänder eines Pixels durchgebogen ist, der auf das Pixel auftreffende Anteil des Lichtstrahls 54 zu einer Lichtfalle reflektiert wird, wie voranstehend beschrieben, so dass dieses Pixel ein schwarzes Pixel in dem zu projizierenden Lichtmuster 70 bewirkt. Bei einem Durchbiegen beispielsweise jedes zweiten Metallbands kann vorgesehen sein, dass der auf das Pixel auftreffende Anteil des Lichtstrahls 54 derart gebeugt wird, dass sich eine neue Lichtwelle in eine andere Richtung als die Richtung der Lichtfalle ausbreitet, wodurch ein weißes Pixel des zu projizierenden
Lichtmusters 70 bereitgestellt wird. Die Lichtwelle kann sich beispielsweise in Richtung der optionalen Auskoppeleinrichtung 118 der Vorrichtung 310 ausbreiten.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Projizieren eines Lichtmusters 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß Fig. 6 ist mit allen
erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10; 110; 210; 310 durchführbar und ist gemäß allen in Bezug auf diese Vorrichtungen beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt.
In einem ersten Schritt S01 wird eine Lasereinrichtung 12 zum Erzeugen einer Anzahl von verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 gesteuert,
beispielsweise wie im Voranstehenden in Bezug auf die Vorrichtungen 10; 110; 210; 310 beschrieben.
In einem Schritt S02 wird die Anzahl der erzeugten Laserstrahlen 51, 52, 53 in eine photonische Kristallfaser 1 eingebracht oder eingeleitet, wodurch in der photonischen Kristallfaser 1 ein kombinierter und kollimierter Lichtstrahl 54 erzeugt wird.
In einem Schritt S03 wird der kombinierte Lichtstrahls 54 räumlich selektiv zum Projizieren des Lichtmusters 70 auf eine Streuscheibe 16 geleitet. Dabei wird das Lichtmuster 70 entweder auf der Streuscheibe 16 selbst, bevorzugt aber hinter der Streuscheibe 16 durch Einwirken der Streuscheibe 16 auf den kombinierten Lichtstrahl 54, insbesondere durch Streuen des kombinierten Lichtstrahls 54, projiziert.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (10; 110; 210; 310) zum Projizieren eines Lichtmusters (70), mit: einer Lasereinrichtung (12), mittels welcher eine Anzahl von
verschiedenfarbigen Laserstrahlen (51, 52, 53) erzeugbar und in eine
photonische Kristallfaser (1) der Vorrichtung (10; 110; 210; 310) einleitbar ist, wodurch in der photonischen Kristallfaser (14) ein kombinierter und kollimierter Lichtstrahl (54) erzeugbar ist; und
einer Selektoreinrichtung (14; 114; 214; 314), mittels welcher der kombinierte Lichtstrahl (54) zum Projizieren des Lichtmusters (70) räumlich selektiv auf eine Streuscheibe (16) der Vorrichtung (10; 110; 210; 310) leitbar ist.
2. Vorrichtung (110; 210) nach Anspruch 1,
wobei die Selektoreinrichtung (114; 214) als eine Ablenkeinrichtung (114; 214) ausgebildet ist, welche zum Ablenken des kombinierten Lichtstrahls (54) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung (310) nach Anspruch 1,
wobei die Selektoreinrichtung als ein Array (314) von selektiv den kombinierten Lichtstrahl (54) weiterleitend oder nicht-weiterleitend schaltbaren Pixeln ausgebildet ist.
4. Vorrichtung (310) nach Anspruch 3,
wobei das Array (314) ein Array von Mikrooptiken ist.
5. Vorrichtung (310) nach Anspruch 3,
wobei das Array (314) ein Gräting Light Valve ist.
6. Vorrichtung (10; 110; 210; 310) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Streuscheibe (16) Glas sowie eine an oder auf dem Glas angeordnete Polymerstruktur aufweist.
7. Vorrichtung (10; 110; 210; 310) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Steuereinrichtung (230), mittels welcher die Lasereinrichtung (12) steuerbar ist, eine Untermenge der Anzahl der erzeugbaren Laserstrahlen (51, 52, 53) gemäß einem Eingangssignal zu erzeugen.
8. Vorrichtung (10; 110; 210; 310) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Vorrichtung (10; 110; 210; 310) als ein Beamer ausgebildet ist.
9. Vorrichtung (10; 110; 210; 310) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Vorrichtung (10; 110; 210; 310) als ein Scheinwerfer, als ein Rücklicht oder als ein Richtungswechselanzeiger ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters (70), mit den Schritten:
Steuern (S01) einer Lasereinrichtung (12) zum Erzeugen einer Anzahl von verschiedenfarbigen Laserstrahlen (51, 52, 53);
Einleiten (S02) der Anzahl der erzeugten Laserstrahlen (51, 52, 53) in eine photonische Kristallfaser (1), wodurch in der photonischen Kristallfaser (1) ein kombinierter und kollimierter Lichtstrahl (54) erzeugt wird; und
Räumlich selektives Leiten (S03) des kombinierten Lichtstrahls (54) auf eine Streuscheibe (16) zum Projizieren des Lichtmusters (70).
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