WO2018007116A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit einer lichtquelle zur emission von beleuchtungslicht - Google Patents

Beleuchtungsvorrichtung mit einer lichtquelle zur emission von beleuchtungslicht Download PDF

Info

Publication number
WO2018007116A1
WO2018007116A1 PCT/EP2017/064641 EP2017064641W WO2018007116A1 WO 2018007116 A1 WO2018007116 A1 WO 2018007116A1 EP 2017064641 W EP2017064641 W EP 2017064641W WO 2018007116 A1 WO2018007116 A1 WO 2018007116A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
illumination
lighting device
phosphor element
light source
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/064641
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Schwaiger
Ricarda Schoemer
Original Assignee
Osram Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Gmbh filed Critical Osram Gmbh
Publication of WO2018007116A1 publication Critical patent/WO2018007116A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors

Definitions

  • the present invention relates to aumpssvor ⁇ direction with a light source for emitting an illumination light, a micromirror array and a Be ⁇ leuchtungsoptik.
  • a micromirror array is constructed from a multiplicity of micromirrors arranged in the form of a matrix which, as actuators, can be switched independently of one another and thus tilted. In projection applications, such micromirror arrays are used as imagers. Thus, corresponding to each digital micromirror device to a pixel, wherein, depending on the tilting position of the falling thereon in respective time points of light be ⁇ certain color (eg. As red, green and blue) is forwarded to the imaging, or not.
  • ⁇ certain color eg. As red, green and blue
  • the present invention is based on the technical problem of specifying a particularly advantageous lighting device.
  • this object solves aumpssvor ⁇ direction with a light source for emission of an illumination light, a micromirror array with a Variety of matrix-like arranged micromirror actuators and illumination optics, wherein the light source and the micromirror array are arranged to each other, that is guided by the light source in operation, a supply beam with the illumination light on the micro ⁇ mirror actuators of the micromirror array and reflected at this wherein the reflection in time integral union ⁇
  • a one-beam is reflected from the micro-mirror actuators in a respective one-tilt position beyond the illumination optics to a lighting application
  • an out-beam is reflected by the micro-mirror actuators in a respective off-tilt position adjacent to the illumination optics
  • out-beam and the supply beam overlap at least partially.
  • the illumination device thus has a light source and a micromirror array (hereinafter also referred to as "array"), with the supply beam falling with the illumination light from the light source onto the array "), the illumination light is reflected ⁇ , so each micro-mirror actuator a respective Opera- Beam.
  • array a micromirror array
  • the respective partial beam is reflected via the illumination optics for illumination application (on-tilting position) or next to the illumination optics (off-tilting position), ie in the latter case the illumination application is not supplied.
  • the tilting position of the actuators makes it possible to set a light distribution in the far field in such a targeted manner (however, a respective tilted position does not have to be taken permanently, it is also possible to oscillate, for example, to dimming states) realize, see below in detail).
  • One possible area of application is an adaptive street lighting with a motor vehicle headlight, see also below in detail.
  • the input beam and the out beam respectively result in the time integral, because typically not all the actuators are simultaneously in the same tilt position or the actuators are also generally operated in an oscillating manner In the projection area (video projection, etc.), micromirror arrays are used as imagers, see above, where the out-beam is destroyed in an absorber (beam dump) "and there is even another between the input and the out-beam Solid angle range (so-called Transient Fiat State, see below in detail or Figure 1 for illustration), which is not used for contrast reasons.
  • the out-beam bundle overlaps at least partially with the supply beam, so it is at least not completely guided into an absorber.
  • the supply and the out-beam can even completely coincide.
  • the respective overall not used for illumination light is at least partially or fully so ⁇ constantly reflected back to the light source.
  • the light source may, for example, such relatively be ⁇ assigns to the array that the feeding beam having a main direction of the array meets (irradiation direction) which is perpendicular to the actuators, namely when a respective actuator in one of its two Maximum tilt positions is located.
  • the direction of incidence for example, relative to a normal on the array (perpendicular to the non-deflected actuators) tilted by an angle (angle of incidence), which is equal to the respective deflection angle of the actuators from a 0 ° - center position is in one of the maximum tilt positions.
  • angle of incidence which is equal to the respective deflection angle of the actuators from a 0 ° - center position
  • a general advantage results in the utilization of an overall angular range accessible with the micromirror array (definition see below). This could z. B. theoretically at 180 °, but is often limited in practice by the tiltability of the actuators and other factors such as the direction of the light source, for example. If, for example, the actuators can be tilted by +/- 12 ° in each case, a total angular range, that is to say an angular range encompassing the entrance or exit pupil, of 96 ° can result, inter alia, as a function of an angle of incidence, cf. Fig. 1/3 for illustration.
  • this total angular range is divided into four beams of rays, namely the feed, the turning on and the off-ray beam, and further comprising a transient beams (corresponding to the transient Fiat State, see below in the De ⁇ tail).
  • each of the beam bundles can thus each fill an angle range, that is to say the opening angle of an entrance pupil or exit pupil, of 24 ° (FIG. 1/3), without the ray bundles overlapping.
  • this angular range per ray bundle can be increased, namely up to 48 ° in the example just mentioned; at the theoretically mög ⁇ union 180 °, it could be of 45 ° up to 90 ° increase. So it is possible to increase up to a doubling.
  • the illumination light can be radiated from a larger angular range.
  • the acceptance angle is increased.
  • the advantages may be best illustrated by the thus magnification ⁇ ßerten etendue of the system that figuratively speaking a "light volume" (product by illuminated surface and projected solid angle) is, and the larger the system etendue is, the more light can also ge ⁇ leads are ((when placed under the same luminance of the light source s) of the supplied light). It can then be so in the far field of the illumination optics downstream of the in- tensity of the illumination light is increased and / or be ⁇ shone angular space to be enlarged.
  • the system can more light verar ⁇ BEITEN (a correspondingly adapted illumination optics provided), so a correspondingly greater light source (or an additional light source) vorgese ⁇ hen be, for example, to increase the intensity / the luminous flux.
  • a light source of lower luminance with a larger area can also be used. Since just more "light volume” is available, light is "picked up” even from larger angles, and it can be kept constant despite the light source of lower luminance the illumination ⁇ application amount of illumination light (the luminous flux) (compared to a light source of high luminance combined with a Sys tem ⁇ lower etendue).
  • a light source lesser Luminance can be interesting, for example, in terms of cost.
  • the disadvantage of the at least partial overlap of the beam be insofar as z. B. due to higher diffraction orders or because of scattered light, for example, due to undefined reflexes from the array, unintentionally light can reach those areas of the one-beam, which should not be supplied with illumination light at respective times actually.
  • the inventors have found, however, that the above-mentioned advantages outweigh the disadvantage of a possibly somewhat redu ⁇ ed contrast, also depending on the application.
  • the illumination optics is assigned such that the gelaktoren of different Mikrospie- in one tilting position passes through the illumination optics illuminating light guided in different spatial directions ⁇ .
  • the light distribution in the spatial space in the array plane is thus translated into a light distribution in the angular space of the far field.
  • a respective spatial direction or a solid angle range can be selectively supplied with illumination light, or just not. From one of the illumination optics maximum available light cone downstream can be varied at reside- solid angle ranges and disconnection, which can be eg. Used to adapti ⁇ ven road illumination.
  • a preceding or oncoming vehicle detected by, for example, a camera system of the motor vehicle (motor vehicle) can thus, for example, be specifically excluded from the light cone, ie by the respective associated micro-mirror actuators off (in a corresponding tilted position) ge ⁇ introduced .
  • the illumination optics can generally also have a reflector; preferred is an exclusively refractive illumination optics.
  • a non-imaging illumination optics is conceivable, but preferably it is imaging.
  • the illumination optics may, for example, comprise a lens, preferably a converging lens, wherein the lens may also be constructed in the manner of a lens system from a plurality of individual lenses (arranged successively with respect to the fluoroscopy). Before ⁇ an arrangement Trains t such that theuploadssop ⁇ tics, maps the micromirror array, so the actuators into Unend ⁇ Liche.
  • micromirror array also known as digital micromirror device , DMD
  • DMD digital micromirror device
  • the "micromirror array” can, for example, have at least 10, 100, 500, 1,000, 5,000, 10,000 or 30,000 micromirror actuators and (independently thereof), for example, not more than 1 ⁇ 10 8 '. lxlO 7 or lxlO 6 micromirror actuators comprise (increasing in each case in the order of naming preferred).
  • the micromirrors actuators are preferably part of the same semiconductor device (chip). They are not necessarily completely un ⁇ interdependent switchable, but can, for example, also already chip Thus, for example, a plurality of juxtaposed micro-mirror actuators can jointly form a solid-angle rich supply, or not, so then all on or off. Also with regard to certain operating modes, such. As high beam, low beam, daytime driving ⁇ light, etc., an already original group-wise summarizing is possible.
  • the training and the feed radiation beam overlap concrete therefrom each plenum angle volumes, insofar as each as ⁇ of at a union of the two accounted for in the order of mention increasing preference at least 25%, 35%, 45%, 55%, 65%, 75%, 85% and 90% respectively; Particularly preferred may be a complete overlap (100%), but also for technical reasons, however, upper limits can be, for example, 99%, 97% or 95%. These percentages refer, as stated, to the proportion that a respective solid angle volume, which is filled by the discharge or the supply beam, at a union of these two solid angle volumes.
  • the extent of a respective radiation beam is the half-width according withdrawn (alternatives, but these are not preferred, for. Example, would be a Strah ⁇ lung power drop to 1 / e and 1 / e 2).
  • a lateral surface encompassing the respective beam is thus located where the radiation power has dropped to half a maximum value (in the respective plane).
  • the beams for example, near a pupil plane depending ⁇ wells in a considered for their respective main direction perpendicular right section plane preferably an elliptic ⁇ cal or circular shape (conical radiation bundle), for example, also due to the optics used; In general, however, different forms are possible.
  • the "main direction" of a respective ray bundle results as the direction of gravity of all direction vectors along which light or radiation is guided in the respective ray bundle, whereby each direction vector is weighted with its associated ray intensity in this averaging is, this refers directly to the array immediately upstream (supply beam) and downstream (on / off beam) without any indication to the contrary.
  • the supply, the input and the out beam fill a total angular range, which is in principle accessible to the array (in a specific arrangement to the light source), together to at least 90%, preferably at least 95%, FITS ⁇ ders prefers completely, on.
  • the spatial angle range of the transient fiat state of the actuators is also used, ie light which theoretically would be reflected in this state in a more or less defined (separate) direction, either for the input beam or the out beam used.
  • the transient Fiat state is a transitional state between the two maximum tilt positions of a respective actuator, which is thus occupied by the undeflected actuator or which is at ⁇ when the actuator is not operated.
  • the mirror ⁇ surfaces of the actuators are then z. B. approximately parallel to the chip level; the Transient Fiat State is therefore z.
  • the angular range depending radiation beam can be achieved by the use of Studentsgangsbe ⁇ empire further raised stabili ⁇ hen, possibly at the expense of a slightly reduced contrast.
  • the respective angular range can be doubled compared to the reference case.
  • angular range refers preferably to a Betrach ⁇ processing in a direction perpendicular to the mirror surface of a respective actuator plane in which the tilting of the actuator and also the extent of the beam is maximum.
  • the total angular range can also be considered in a plane which is defined jointly by the main beam of the feed beam and the Kleinrahl of the input beam, wherein before ⁇ Trains t is irradiated such untilted that these Ebe ⁇ ne with the in previous sentence, the maximum actuator tilting level coincides.
  • a respective main beam is located centrally in the respective beam parallel to the respective main direction (of the respective beam).
  • the light source has a pump radiation unit and a phosphor element, which is irradiated with the pump radiation during operation and then emits a conversion light.
  • the conversion is preferably a Dora conversion, the Kon- Version light is thus longer wavelength than the pump radiation ⁇ ment; the conversion light has at least one überwie ⁇ constricting portion in the visible spectral region, preferably it is a whole in the visible.
  • the conversion light may, for example, also be red or green light, preferably yellow light.
  • the conversion of light capable of forming the illumination light by itself is preferably a partial conversion, at which it forms the illumination light together with proportionately unconverted pump radiation.
  • the pump radiation is preferably blue light.
  • Ge ⁇ Nerell is the illuminating light preferably white light, ie, its chromaticity coordinates, for example, in a CIE standard color chart (1931) in the ECE-white field current according to the UN-ECE Regulation 48 (eg revision.:
  • a light source with a fluorescent member may be particularly advantageous because the horrin- on or in the phosphor element with the off-ray beam least partially returned illumination light there ge ⁇ scatters and thus can be in any case partially led again to the array ( "recycling")
  • the at least partial overlap of the radiation bundles then also offers the advantages in terms of efficiency, although in general other light sources are also conceivable, for example halogen and / or gas discharge lamps.
  • the pump radiation unit and the phosphor element are preferably spaced from each other.
  • the pump radiation then passes upstream of a radiation surface of the phosphor element a fluid volume, preferably a gas volume, particularly preferably air; with egg ⁇ ner such a remote phosphor arrangement (also referred to as remote phosphor Activated Laser LRP, provided Minim ⁇ least a laser is used as an excitation light source) can be, for example, light sources of high luminance can be realized Sieren.
  • Laser Activated Remote Phosphor Lichtquel ⁇ len can be operated in transmissive mode reflective mode and / or.
  • a construction is, for example, also conceivable with an LED, halogen or gas discharge lamp as the pump radiation source, preferably a laser source which can be constructed from one or more individual laser sources;
  • a laser diode is preferred, for example, also because of the possible switching times (see below in detail).
  • the radiating surface is the phosphor element, a Zuzhouoptik zugeord ⁇ net through which passes the feed beam from the fluorescent element in the array.
  • bil ⁇ det the Zuzhouoptik the emitting surface of the Leuchtstof ⁇ felements at which the illumination light is discharged from the micromirror array.
  • opposite side surface and optio ⁇ nal a (z. B. su dichroic shear,) mirror is on one of the radiating surface at one or more of the adjacent side surfaces of the phosphor element provided, preferably directly to the side surface bordering.
  • this may offer far more advantages than the back-reflected with the Ausstrahlbündel illumination light, which then enters the emitting surface of the phosphor element in this, reflected on the mirror and can be guided back to the array.
  • an illumination light-recycling which is based solely on scattering processes (see above)
  • the mirror can be for example a metal ⁇ Lischer full mirror.
  • the phosphor element Independently of a reflection of the side surface of the phosphor element which is opposite the emission surface, it is also generally possible to mirror those side surface (s) of the phosphor element which lie outside with respect to directions perpendicular to the irradiation / transmission direction. This can help to further improve efficiency.
  • the phosphor element is operated in transmission, are Einstrahl- and radiating so opposed to each other, wherein the mirror is arranged on the Einstrahl Structure and wave ⁇ genpyr is also formed transmissive.
  • the wavelength-dependent mirror does not necessarily have to cover the entire side surface; it could, for example, also be provided in only one irradiation area thereof, wherein the remaining side area could also be fully mirrored.
  • the wavelength-dependent mirror is then transmissive for the pump radiation and for the pump Conversion light reflective.
  • a corresponding dichroic layer system can preferably also be applied directly to the irradiation surface, for example as a coating.
  • the lighting device is set up to change the output power of the pump radiation unit as a function of the portion of the illumination light reflected back on the phosphor element.
  • Such an adjustment of the output power can in the simplest case with a threshold or more thresholds, ie in stages, or even continuously.
  • the semiconductor sources already mentioned that is a laser diode or an LED, can this be the effect before ⁇ geous that in terms of time tenswei ⁇ se rapid changes are possible, ie so that even relatively small changes (change the tilt less actuators) can be followed , Particularly at slow relative changes, so far as it goes, for example, fundamentally different Be ⁇ triebsmodi (such. As city driving light compared to high beam), but also a halogen or gas discharge lamp, for example, be adjusted accordingly as pump radiation unit.
  • the lighting device is generally referred to as being “set up”, this means, for example, that during operation the pump radiation / the illumination light propagates correspondingly and / or the micro-illumination mirror array is wired or illuminated accordingly.
  • the beam guide having a ⁇ individual components are arranged such relative to each other, that the pump radiation and CONVERSION or loading leuchtungslicht spread accordingly.
  • the lighting device comprises a control unit, wel ⁇ che (turned on / off) the connection of the micromirror actuator correspondingly controls / drives the light source accordingly.
  • a pulsed operation may be preferred for the pump radiation unit or its individual sources (in particular LED and / or laser diodes).
  • an adjustment of the output power can then be carried out amplitude and / or pulse width modulated, the latter is preferred.
  • an operation may be so preferred that the actuators each time with a folding ⁇ frequency, which is many times greater than the eigentli ⁇ che switching frequency, every now and again from the one tilt position (which corresponds to the actual switching state ) are folded into the other of the two maximum possible tilt positions (in order then usually immediately to be folded back into the actual tilt position).
  • An intermittent operation between two tilted positions for example, can offer the lifetime of the actuators with regard to advantages over a static circuit.
  • the actuators of the micromirror array can be operated with very high folding frequencies.
  • Corresponding folding frequencies can be, for example, at least 100 Hz or at least 500 Hz or 1,000 Hz; possible Upper limits are for example at 1 MHz, 100 kHz and 10 kHz.
  • In conjunction with an intelligent control can be set for each pixel individually any Hellig ⁇ opportunities because of the gray value or dim tion by the averaged over a period of time ratio of the time during which the actuator is in an ON state at the time the actuator is in the off state. So any desired gray values can be set to modify the Lichtvertei ⁇ development in space and time in any location-dependent and time-dependent on the micro-mirror array.
  • Dimming allows in particular smoother transitions when changing between different light distributions, eg. For example, in the transition from low beam to high beam and vice versa. Furthermore, a dimming allows a smoother transition between areas of different brightness, z. B. at the cut-off line of light distribution on the street.
  • the pump radiation unit has a first and a second and optionally further pump radiation sources (preferably LED and / or laser diodes) which are operated in such a way that their output powers are in a different relative relationship to each other at first times than in the second time - points (which are different from the first). It can be maintained, for example, the output power of a pump radiation source is constant and that of the ver ⁇ Ringert or increased other, or it is also an opposite change of the two output powers is possible. In any case, as a result, one with the pump radiation sources on the irradiation surface of the phosphor element is produced. The irradiance distribution in the first time points produced a different one than in the second times. Thus, for example, a location-dependent adaptation depending on the recycled at respective times lighting light can be made.
  • pump radiation sources preferably LED and / or laser diodes
  • the Leuchtstof ⁇ felements for z. B. predefined switching pattern of the array a profile for adjusting the output power of the pump radiation unit or to adjust the irradiation ⁇ starch distribution on the Einstrahl requirements the Leuchtstof ⁇ felements be deposited, z. B. by a reduced or increased radiation power of the light source used.
  • the motor vehicle headlight example it may for certain operating modes (eg Abbiend-, daytime running lights, city driving lights) predefined switching pattern ge ⁇ ben, so the matrix-like distribution of on and off states of the actuators known.
  • a strongly scattering phosphor element which thus repeals a spatial resolution of the recycled illumination light We ⁇ sentlichen, z.
  • a correlation of the dimming only on the basis of the number of disabled actuators conceivable.
  • a sensor unit a radiant output and / or a Wellendorfnvertei ⁇ lung and / or a color point of a part of the illumination light ⁇ but is provided which is adapted to measure.
  • the "wavelength distribution" can, for example, refer to the measurement of an actual spectrum (transmission, absorption and / or reflection), but it can also just the distribution or the ratio at certain wavelengths / "colors" (eg, blue / yellow or RGB, etc.) Detecting a wavelength distribution or the color locus may be of interest, in particular in the case of a partial conversion, ie if the illumination light is a mixture of the convergence ⁇ sion light and proportionately unconverted pump ⁇ radiation is obtained.
  • the pump radiation still contained in the reflected back to the phosphor element illuminating light is then that at least partially vertiert con-, which shifts to the recycling, the ratio of unconverted pump radiation to conversion light in favor of the latter.
  • the respective pump radiation can convert the fluorescent element with varying degrees, a change of the ratio of output Leis ⁇ obligations of the light sources can provide a degree of freedom for adjustment.
  • the sensor unit is preferably coupled to a control unit which controls the game as pump radiation unit at ⁇ ; For example, it is also conceivable to use a separate light source specifically for color locus compensation.
  • the sensor unit specifically the sensor surface for detecting the illumination light can be preferably arranged in such a way that it is passed during the folding of the actuators of egg ⁇ nem reflex.
  • it can be assigned to the Transient Fiat State, for example between the on-beam and the combined in / out beam.
  • the phosphor element is mounted so displaceable relative to the pump radiation unit that the conversion properties of the phosphor element in a first offset position differ from those in a second displacement position (which is different from the first).
  • the position of the phosphor element need not necessarily be changed altogether, but, for example, rotatable mounting is also possible, it being possible to change the rotational movement between the offset positions, but also a displaceable mounting is possible the Verschieberich- tung obliquely, preferably perpendicularly, may be on the input surface to a main direction of the pump radiation.
  • a displaceably mounted filter which can be set with a displacement of the filter, the spectral properties of the illumination application beyond the reflected illumination light.
  • a spectral compensation to take place, that is to say, for example, the color location to be readjusted, for example as a function of a measurement with a sensor unit described above.
  • the filter may be provided, for example, as a filter wheel or as a slide thus according displaceable with respect to its main direction.
  • the spectral properties can, as mentioned, be kept constant on the one hand with the filter, but it is on the other hand a deliberate change in the spectral properties ⁇ en conceivable.
  • the micromirror actuators each have a possible deflection angle of the amount of at least 10 °, preferably at least 12 °, particularly preferably at least 15 ° (possible upper limits may be, for example, at most 30 °, 25 ° or 20 ° lie) .
  • This deflection angle is taken in each case between the 0 ° axis and a maximum tilt position, it is preferably the same size on both sides of the 0 ° axis, it is then, for example, +/- 10 ° or +/- 12 ° or +/- 15 °.
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight and / or a vehicle signal light, in particular a car ⁇ mobile headlights and / or a headlight.
  • the invention also relates to the use of a presently disclosed lighting device or of a motor vehicle headlight with such a device for illumination, in particular for adaptive street illumination, but in general also, for example, for the projection of information onto the road. It is expressly referred to the above information, which is equally a corresponding Use or the vehicle headlights should be disclosed regarding.
  • the lighting device could also be used, for example, in an effect light projector or in general in the entertainment sector or also in the field of architainment illumination.
  • FIG. 1 shows the beam bundle not according to the invention in the case of a micromirror array used for projection purposes
  • Figure 4 is a schematic representation of the pupils in
  • FIG. 1 illustrates the spatial angle distribution in the case of a micromirror array not operated in accordance with the invention, of which a micromirror actuator 1 is shown.
  • a light source 2 is associated with the micromirror array such that a supply beam 3 with an illumination light emitted by the light source 2 falls onto the micromirror array.
  • a digital micromirror device 1 of the array shown to the extent actually only a partial bundle of rays falls), yet the associated guide ⁇ te / reflected light veran ⁇ illustrates using the "ray bundle", ie based on the array all in one.
  • the micromirror actuator 1 is shown in the undeflected state. He is between two maximum tilt positions, which are indicated by dashed lines, tilted back and forth.
  • the undeflected state is referred to as Transient Fiat State, and in this case one maximum tilt position corresponds to the one and the other to the tilt position.
  • BL LEVEL is processing light ⁇ .
  • the illumination light is guided through an illumination optics 6 (a lens system), ie used for imaging in the case of the projection application.
  • the micromirror actuator 1 can be tilted by +/- 12 °, which applies to all the actuators of the array.
  • the tiltability limits a maximum accessible to the Ar ⁇ ray total angular range, namely in this case 96 °.
  • the single beam 8 (for illumination optics 6), the out beam 9 (in the absorber 5) and the transient beam 10 are also housed in this total angular range. So it fills each of the beams 3, 8-10 from a respective angle range of 24 °.
  • the one-ray beam 8 and the initial beam bundles 9 are spaced about the transient radiation beam 10 to one another to overlook a good contrast unintentional reflexes or more diffraction ⁇ ordinances that may occur in transient Fiat State increased (see. The Introduction to this), as far as possible from the one-beam 8 to hold.
  • the total angular space is, however, divided differently overlap namely the feed beam 3 and the off-radiation beam 9.
  • the transient Fiat State is also used, ie, the single beam 8 and the combined feed / out beam 3, 9 directly adjoin one another.
  • each of the radiation beams 3, 8, 9 can each assume an angular range of 48 °.
  • the system etendue is thus increased.
  • more light or light of a "worse" light source (lower luminance) can be guided over the micromirror array and used for illumination purposes.
  • Figure 2 also illustrates how the light source 2 is preferably constructed in Fal ⁇ le of a lighting device according to the invention. It has a pump radiation unit 20, in the present case an array of several laser diodes (not shown in detail).
  • ⁇ Pump radiation 21 in this case blue laser light is incident on a phosphor element 22, which in the present yttrium aluminum garnet (YAG: Ce) as a luminescent material.
  • YAG: Ce yttrium aluminum garnet
  • the ⁇ ser emitted onto the excitation with the pumping radiation 21 toward a light conversion, which forms together with proportionately unconverted pump radiation 21, an illumination light 23rd
  • the illuminating light 23 is discharged radiating surface at one of the Einstrahlflä ⁇ surface 24 of the fluorescent member 22 opposite exhaust 25 and passes through a Zuurerop ⁇ tik 26 to the micromirror array. Is re ⁇ inflected in respective times of respective actuators illumination light in the off-ray beam 9 back to the light source 2, it is true by the Zuzhouoptik 26 to the fluorescent element 22. From there it is then proportionately be ⁇ already due to scattering processes and Absorption- emission processes again led in the direction of the micromirror array (recycled).
  • the illumination optics 6 images the micromirror array to infinity, that is, the illumination optics 6 of each actuator 1 are placed downstream of a respective sub-array. Beam bundles led in a collimated in a respective spatial direction.
  • the illumination optics 6 thus implements the matrix-shaped arrangement of the actuators 1 (Ortsvertei ⁇ lung) in a solid angle distribution, so it can respective directions in space targeted illumination light supplied ⁇ leads to (A-tilted position of the respective actuator 1) or not (off-tilted the respective actuator 1).
  • a preferred field of application is the adaptive street illumination with a motor vehicle headlight, cf. also the description introduction in detail.
  • FIGS. 3 and 4 again illustrate the division of the total angular range 30 already discussed with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 3 corresponds to the arrangement according to FIG. 1, ie the total angular range 30 is subdivided into four angular ranges 31a-d , Shown is a pupil view, the beam 3, 8-10 are thus considered on a spherical surface (the Kugelstoff ⁇ point is centered in the mirror surface 4).
  • the section through the total angle region 30 is shown parallel to the tilting direction of the mirror array.
  • a respective angular range 31a-d of 24 ° is available to each of the beam bundles 3, 8-10, which, given the luminance of the light source 2, limits the amount of light which can be passed through the system.
  • the supply beam 3 and the out beam 9 overlap, and furthermore the transient fiat state is also used, cf. the above Be ⁇ sensitive.
  • the angular ranges 31a, 31b are doubled, namely they are in each case 48 °.
  • the total angular range 30 remains unchanged at 96 °. For a given luminance of the light source 2 more light can be passed through the system.
  • the angular portions 31a could, 31b further increase accordingly (an illumination optical system 6 with adjusted acceptance angle assumed) ,

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle (2) zur Emission eines Beleuchtungslichts (23), einem Mikrospiegel-Array mit einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Mikrospiegelaktoren (1) und einer Beleuchtungsoptik (6), wobei von der Lichtquelle (2) ein Zuführ-Strahlenbündel (3) mit dem Beleuchtungslicht (23) auf die Mikrospiegelaktoren (1) des Mikrospiegel-Arrays geführt und an diesen reflektiert wird, wobei mit der Reflexion im zeitlichen Integral - ein Ein-Strahlenbündel (8) von den Mikrospiegelaktoren (1) in einer jeweiligen Ein-Kippstellung über die Beleuchtungsoptik (6) zu einer Beleuchtungsanwendung hinaus reflektiert wird und - ein Aus-Strahlenbündel (9) von den Mikrospiegelaktoren (1) in einer jeweiligen Aus-Kippstellung neben die Beleuchtungsoptik (6) reflektiert wird, wobei das Aus-Strahlenbündel (9) und das Zuführ-Strahlenbündel (3) zumindest teilweise überlappen.

Description

BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG MIT EINER LICHTQUELLE ZUR EMISSION VON BELEUCHTUNGSLICHT
BESCHREIBUNG Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvor¬ richtung mit einer Lichtquelle zur Emission eines Beleuchtungslichts, einem Mikrospiegel-Array und einer Be¬ leuchtungsoptik.
Stand der Technik
Ein Mikrospiegel-Array ist aus einer Vielzahl matrixför- mig angeordneter Mikrospiegel aufgebaut, die als Aktoren unabhängig voneinander schalt- und damit verkippbar sind. Bei Projektionsanwendungen werden solche Mikrospiegel- Arrays als Bildgeber genutzt. Es entspricht also jeder Mikrospiegelaktor einem Pixel, wobei je nach Kippstellung das in jeweiligen Zeitpunkten darauf fallende Licht be¬ stimmter Farbe (z. B. Rot, Grün und Blau) zur Bildgebung weitergeleitet wird, oder eben nicht.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvor- richtung anzugeben.
Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Beleuchtungsvor¬ richtung mit einer Lichtquelle zur Emission eines Beleuchtungslichts, einem Mikrospiegel-Array mit einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Mikrospiegelaktoren und einer Beleuchtungsoptik, wobei die Lichtquelle und das Mikrospiegel-Array derart zueinander angeordnet sind, dass von der Lichtquelle im Betrieb ein Zuführ- Strahlenbündel mit dem Beleuchtungslicht auf die Mikro¬ spiegelaktoren des Mikrospiegel-Arrays geführt und an diesen reflektiert wird, wobei mit der Reflexion im zeit¬ lichen Integral
ein Ein-Strahlenbündel von den Mikrospiegelaktoren in einer jeweiligen Ein-Kippstellung über die Beleuchtungsoptik zu einer Beleuchtungsanwendung hinaus reflektiert wird und
ein Aus-Strahlenbündel von den Mikrospiegelaktoren in einer jeweiligen Aus-Kippstellung neben die Be- leuchtungsoptik reflektiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Aus-Strahlenbündel und das Zuführ-Strahlenbündel zumindest teilweise überlappen.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängi- gen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrich- tungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist also eine Lichtquelle und ein Mikrospiegel-Array (im Folgenden auch nur „Array") auf, wobei das Zuführ-Strahlenbündel mit dem Beleuchtungslicht von der Lichtquelle auf das Ar- ray fällt. An dessen Mikrospiegelaktoren (nachfolgend auch nur „Aktoren") wird das Beleuchtungslicht reflek¬ tiert, also je Mikrospiegelaktor ein jeweiliges Teil- Strahlenbündel. In Abhängigkeit von der Kippstellung des jeweiligen Mikrospiegelaktors wird das jeweilige Teil- Strahlenbündel über die Beleuchtungsoptik zur Beleuchtungsanwendung (Ein-Kippstellung) oder neben die Beleuch- tungsoptik (Aus-Kippstellung) reflektiert, es wird also im letztgenannten Fall der Beleuchtungsanwendung nicht zugeführt. Über die Kippstellung der Aktoren lässt sich so gezielt eine Lichtverteilung im Fernfeld einstellen (eine jeweilige Kippstellung muss dabei aber nicht dauer- haft eingenommen werden, es ist auch z. B. ein oszillierendes Hin- und Herklappen möglich, z. B. um Dimmzustände zu realisieren, siehe unten im Detail) . Ein mögliches Anwendungsgebiet ist eine adaptive Straßenausleuchtung mit einem Kfz-Scheinwerfer , siehe ebenfalls unten im Detail. Die Gesamtheit aller Teil-Strahlenbündel, die von den Ak¬ toren jeweils in Ein-Kippstellung reflektiert werden, bildet das „Ein-Strahlenbündel" ; die Gesamtheit aller von den Aktoren in jeweiliger Aus-Kippstellung reflektierten Teil-Strahlenbündel bildet das Aus-Strahlenbündel. Das Ein- und das Aus-Strahlenbündel ergeben sich jeweils im zeitlichen Integral, weil typischerweise nicht sämtliche Aktoren gleichzeitig in derselben Kippstellung sind bzw. die Aktoren auch generell oszillierend betrieben werden. Ein zeitliches Integral kann bspw. eine Zeitdauer im Mik- rosekundenbereich und/oder Millisekundenbereich und/oder Sekundenbereich und/oder Minutenbereich und/oder länger umfassen. Im Projektionsbereich (Videoprojektion etc.) werden Mikrospiegel-Arrays als Bildgeber verwendet, siehe vorne. Das Aus-Strahlenbündel wird dabei in einem Absor- ber (Beam Dump) „vernichtet", und es gibt zwischen dem Ein- und dem Aus-Strahlenbündel sogar einen weiteren Raumwinkelbereich (sog. Transient Fiat State, siehe unten im Detail bzw. Figur 1 zur Illustration), der aus Kontrastgründen nicht genutzt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung über- läppt das Aus-Strahlenbündel hingegen zumindest teilweise mit dem Zuführ-Strahlenbündel , wird es also zumindest nicht vollständig in einen Absorber geführt. Das Zuführ- und das Aus-Strahlenbündel können sogar auch vollständig zusammenfallen. Das zur Beleuchtung jeweilig nicht ge- nutzte Licht wird also zumindest anteilig oder auch voll¬ ständig zu der Lichtquelle zurückreflektiert. Dazu kann die Lichtquelle bspw. derart relativ zu dem Array ange¬ ordnet werden, dass das Zuführ-Strahlenbündel mit einer Hauptrichtung auf das Array trifft (Einstrahlrichtung) , die senkrecht auf den Aktoren steht, und zwar wenn sich ein jeweiliger Aktor in einer seiner zwei Maximal- Kippstellungen befindet. Das dann in dieser Maximal- Kippstellung senkrecht auf den jeweiligen Aktor treffende Beleuchtungslicht wird dementsprechend in die genau ent- gegengesetzte Richtung zurückreflektiert und damit in die Lichtquelle. In der anderen Maximal-Kippstellung kann ein jeweiliger Aktor dann das Beleuchtungslicht zu der Be¬ leuchtungsoptik reflektieren.
Makroskopisch betrachtet, auf Ebene des Arrays, kann die Einstrahlrichtung bspw. gegenüber einer Normalen auf dem Array (senkrecht zu den nicht ausgelenkten Aktoren) um einen Winkel verkippt sein (Einfallswinkel) , der gleich dem jeweiligen Auslenkwinkel der Aktoren von einer 0°- Mittenstellung ausgehend in eine der Maximal- Kippstellungen ist. Dies ist aber nur ein Beispiel, im Allgemeinen muss z. B. auch nicht zwingend ein vollsten- diger Überlapp erreicht werden. Generell kann das zumin¬ dest anteilige Zurückreflektieren von jeweilig nicht ge¬ nutzten Licht in Abhängigkeit von der Lichtquelle sogar auch Effizienzvorteile haben, wenn nämlich das zur Licht- quelle zurückreflektierte Beleuchtungslicht von dort an¬ teilig erneut zu dem Array gelangt, also „recycelt" wird (siehe unten im Detail) .
Ein genereller Vorteil ergibt sich in der Ausnutzung eines mit dem Mikrospiegel-Array zugänglichen Gesamt- Winkelbereichs (Definition siehe unten). Dieser könnte z. B. theoretisch bei 180° liegen, ist jedoch in der Praxis oftmals durch die Verkippbarkeit der Aktoren und weitere Einflussgrößen, wie beispielsweise die Einstrahlrichtung der Lichtquelle, begrenzt. Sind die Aktoren bspw. um je- weils +/- 12° verkippbar, kann unter anderem in Abhängigkeit von einem Einstrahlwinkel ein Gesamt-Winkelbereich, also ein Winkelbereich, welcher die Ein- bzw. Austrittspupille umfasst, von 96° resultieren, vgl. Fig. 1/3 zur Illustration. Im Falle der Projektionsanwendungen wird dieser Gesamt-Winkelbereich auf vier Strahlenbündel aufgeteilt, nämlich das Zuführ-, das Ein-, und das Aus- Strahlenbündel, sowie ferner ein Transient-Strahlenbündel (entspricht dem Transient Fiat State, siehe unten im De¬ tail) . Jedes der Strahlenbündel kann also in diesem Bei- spiel jeweils einen Winkelbereich, also der Öffnungswinkel einer Ein- bzw. Austrittspupille, von 24° ausfüllen (Fig. 1/3), ohne dass die Strahlenbündel überlappen. Mit dem erfindungsgemäßen Ansatz lässt sich dieser Winkelbereich je Strahlenbündel vergrößern, nämlich im eben ge- nannten Beispiel auf bis zu 48°; bei den theoretisch mög¬ lichen 180° ließe er sich von jeweils 45° auf bis zu 90° erhöhen. Es ist also eine Erhöhung bis hin zu einer Verdoppelung möglich.
Indem durch den teilweisen Überlapp der Winkelbereich je Strahlenbündel vergrößert wird, kann das Beleuchtungs- licht aus einem größeren Winkelbereich eingestrahlt werden. Es wird also der Akzeptanzwinkel vergrößert. Die Vorteile lassen sich am besten anhand der somit vergrö¬ ßerten Etendue des Systems illustrieren, die bildlich gesprochen ein „Lichtvolumen" (Produkt aus durchstrahlter Fläche und projiziertem Raumwinkel) darstellt; je größer die System-Etendue ist, desto mehr Licht kann darüber ge¬ führt werden (bei unterstellt gleicher Leuchtdichte der Lichtquelle (n) des zugeführten Lichts) . Es kann dann also im Fernfeld, der Beleuchtungsoptik nachgelagert, die In- tensität des Beleuchtungslichts erhöht und/oder der be¬ leuchtete Winkelraum vergrößert werden.
Vereinfacht ausgedrückt kann das System mehr Licht verar¬ beiten (eine entsprechend angepasste Beleuchtungsoptik vorausgesetzt), kann also bspw. eine entsprechend größere Lichtquelle (bzw. eine zusätzliche Lichtquelle) vorgese¬ hen werden, um die Intensität / den Lichtstrom zu erhöhen. Aufgrund der vergrößerten Etendue kann aber andererseits bspw. auch eine Lichtquelle geringerer Leuchtdichte mit größerer Fläche verwendet werden. Da eben mehr „Lichtvolumen" zur Verfügung steht, wird auch aus größeren Winkeln Licht „aufgesammelt", und es kann trotz der Lichtquelle geringerer Leuchtdichte die der Beleuchtungs¬ anwendung zugeführte Menge an Beleuchtungslicht (der Lichtstrom) konstant gehalten werden (gegenüber einer Lichtquelle hoher Leuchtdichte kombiniert mit einem Sys¬ tem geringerer Etendue) . Eine Lichtquelle geringerer Leuchtdichte kann bspw. in Kostenhinsicht interessant sein .
Nachteilig kann der zumindest teilweise Überlapp der Strahlenbündel hingegen insoweit sein, als z. B. aufgrund höherer Beugungsordnungen bzw. wegen Streulicht, etwa aufgrund Undefinierter Rückreflexe vom Array, unbeabsichtigt auch Licht in jene Bereiche des Ein-Strahlenbündels gelangen kann, die in jeweiligen Zeitpunkten eigentlich nicht mit Beleuchtungslicht versorgt werden sollen. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass die genannten Vorteile den Nachteil eines möglicherweise etwas redu¬ zierten Kontrasts überwiegen, auch in Abhängigkeit von der Applikation.
Dem Mikrospiegel-Array ist die Beleuchtungsoptik derart zugeordnet, dass das von unterschiedlichen Mikrospie- gelaktoren in Ein-Kippstellung durch die Beleuchtungsoptik geführte Beleuchtungslicht in unterschiedliche Raum¬ richtungen gelangt. Die Lichtverteilung im Ortsraum in der Array-Ebene wird also in eine Lichtverteilung im Win- kelraum des Fernfelds übersetzt. Durch selektives Ein- /Ausschalten eines jeweiligen Aktors kann dementsprechend eine jeweilige Raumrichtung bzw. ein Raumwinkelbereich selektiv mit Beleuchtungslicht versorgt werden, oder eben nicht . Von einem der Beleuchtungsoptik nachgelagert maximal zugänglichen Lichtkegel lassen sich also gezielt Raumwinkelbereiche hinzu- und wegschalten, was bspw. zur adapti¬ ven Straßenausleuchtung genutzt werden kann. Ein von bspw. einem Kamerasystem des Kraftfahrzeugs (Kfz) erfass- tes, vorausfahrendes oder entgegenkommendes Fahrzeug kann so bspw. gezielt aus dem Lichtkegel ausgenommen werden, indem also die jeweilig zugeordneten Mikrospiegelaktoren ausgeschaltet (in eine entsprechende Kippstellung) ge¬ bracht werden. Dies soll ein vorteilhaftes und insoweit auch bevorzugtes Anwendungsgebiet illustrieren, den Er¬ findungsgedanken aber nicht in seiner Allgemeinheit beschränken .
Die Beleuchtungsoptik kann im Allgemeinen auch einen Reflektor aufweisen; bevorzugt ist eine ausschließlich re- fraktive Beleuchtungsoptik. Im Allgemeinen ist auch eine nicht-abbildende Beleuchtungsoptik denkbar, vorzugsweise ist sie jedoch abbildend. Die Beleuchtungsoptik kann bspw. eine Linse aufweisen, bevorzugt eine Sammellinse, wobei die Linse auch nach Art eines Linsensystems aus mehreren Einzellinsen aufgebaut sein kann (in Bezug auf die Durchleuchtung aufeinanderfolgend angeordnet) . Bevor¬ zugt ist eine Anordnung derart, dass die Beleuchtungsop¬ tik das Mikrospiegel-Array, also die Aktoren, ins Unend¬ liche abbildet. Das „Mikrospiegel-Array" (auch Digital Micromirror De¬ vice, DMD) kann bspw. mindestens 10, 100, 500, 1.000, 5.000, 10.000 bzw. 30.000 Mikrospiegelaktoren und (davon unabhängig) z. B. nicht mehr als lxlO8 ' lxlO7 bzw. lxlO6 Mikrospiegelaktoren aufweisen (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Die Mikrospiegelaktoren sind bevorzugt Teil desselben Halbleiter-Bauteils (Chips). Sie sind nicht notwendigerweise vollständig un¬ abhängig voneinander schaltbar, sondern können bspw. auch bereits Chip-seitig in Gruppen zusammengefasst sein. Es können also bspw. auch mehrere nebeneinander angeordnete Mikrospiegelaktoren gemeinschaftlich einen Raumwinkelbe- reich versorgen, oder eben nicht, also dann sämtlich ein- oder ausgeschaltet sein. Auch hinsichtlich bestimmter Betriebsmodi, wie z. B. Fernlicht, Abblendlicht, Tagfahr¬ licht etc., ist auch ein bereits originäres gruppenweises Zusammenfassen möglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform überlappen das Aus- und das Zuführ-Strahlenbündel , konkret die davon jeweils ausgefüllten Raumwinkelvolumina, insoweit, als jedes da¬ von an einer Vereinigungsmenge der beiden einen Anteil von in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt mindestens 25 %, 35 %, 45 %, 55 %, 65 %, 75 %, 85 %, bzw. 90 % hat; besonders bevorzugt kann ein vollständiger Überlapp (100 %) sein, auch technisch bedingt können aber Obergrenzen bspw. bei 99 %, 97 % bzw. 95 % liegen. Diese Prozentangaben beziehen sich, wie gesagt, auf den Anteil, den ein jeweiliges Raumwinkelvolumen, das von dem Ausoder dem Zuführ-Strahlenbündel ausgefüllt wird, an einer Vereinigungsmenge dieser beiden Raumwinkelvolumina hat.
Generell wird die Erstreckung eines jeweiligen Strahlen- bündels nach der Halbwertsbreite genommen (Alternativen, die aber nicht bevorzugt sind, wären z. B. ein Strah¬ lungsleistungsabfall auf 1/e bzw. 1/e2). In senkrecht zu einer Hauptrichtung des jeweiligen Strahlenbündels liegenden Schnittebenen betrachtet liegt eine das jeweilige Strahlenbündel einfassende Mantelfläche also dort, wo die Strahlungsleistung auf die Hälfte eines Maximalwerts (in der jeweiligen Ebene) abgefallen ist. Die Strahlenbündel können beispielsweise in der Nähe einer Pupillenebene je¬ weils in einer zur ihrer jeweiligen Hauptrichtung senk- rechten Schnittebene betrachtet bevorzugt eine ellipti¬ sche oder kreisrunde Form haben ( konusförmige Strahlen- bündel) , bspw. auch aufgrund der verwendeten Optik; im Allgemeinen sind aber auch davon abweichende Formen möglich.
Die „Hauptrichtung" eines jeweiligen Strahlenbündels ergibt sich als Schwerpunktrichtung sämtlicher Richtungsvektoren, entlang welcher in dem jeweiligen Strahlenbündel Licht bzw. Strahlung geführt wird, wobei bei dieser Mittelwertbildung jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Strahlstärke gewichtet wird. Soweit generell auf die „Strahlenbündel" Bezug genommen wird, bezieht sich dies ohne gegenteilige Angabe auf die Anordnung dem Array unmittelbar vorgelagert ( Zuführ-Strahlenbündel ) bzw. nachgelagert (Ein-/Aus-Strahlenbündel) .
In bevorzugter Ausgestaltung füllen das Zuführ-, das Ein- und das Aus-Strahlenbündel einen Gesamt-Winkelbereich, der mit dem Array (in einer konkreten Anordnung zur Lichtquelle) prinzipiell zugänglich ist, gemeinsam zu mindestens 90 %, vorzugsweise zu mindestens 95 %, beson¬ ders bevorzugt vollständig, auf. Es wird also insbesonde- re auch der Raumwinkelbereich des Transient Fiat State der Aktoren genutzt, wird also Licht, welches theoretisch in diesem Zustand in eine mehr oder weniger definierte (eigene) Richtung reflektiert werden würde, entweder für das Ein- oder das Aus-Strahlenbündel verwendet. Der Tran- sient Fiat State ist ein Übergangszustand zwischen den beiden Maximal-Kippstellungen eines jeweiligen Aktors, den also der nichtausgelenkte Aktor einnimmt bzw. der an¬ liegt, wenn der Aktor nicht betrieben wird. Die Spiegel¬ flächen der Aktoren liegen dann also z. B. näherungsweise parallel zur Chip-Ebene; der Transient Fiat State wird deshalb z. B. bei den eingangs genannten Proj ektionsan- Wendungen nicht genutzt, weil es in dem zugeordneten Raumwinkelbereich ungewünschte Reflexe von der übrigen Chipoberfläche (Verbindungsstege, Metallisierung etc.) geben kann. Vorliegend lässt sich durch die Nutzung des Übergangsbe¬ reichs der Winkelbereich je Strahlenbündel weiter erhö¬ hen, ggf. auf Kosten eines etwas verringerten Kontrasts. Etwa im Falle eines vollständigen Überlapps von Zuführ- und Aus-Strahlenbündel kann der jeweilige Winkelbereich gegenüber dem Referenzfall verdoppelt werden. Sofern ge¬ nerell auf einen „Winkelbereich" je Strahlenbündel bzw. vorliegend auf einen „Gesamt-Winkelbereich" Bezug genommen wird, bezieht sich dies bevorzugt auf eine Betrach¬ tung in einer zur Spiegelfläche eines jeweiligen Aktors senkrechten Ebene, in welcher die Verkippung des Aktors und auch die Ausdehnung der Strahlenbündel maximal ist. Im Allgemeinen kann der Gesamt-Winkelbereich auch in einer Ebene betrachtet werden, die von dem Hauptstrahl des Zuführ-Strahlenbündels und dem Hauptrahl des Ein- Strahlenbündels gemeinsam aufgespannt wird, wobei bevor¬ zugt derart unverkippt eingestrahlt wird, dass diese Ebe¬ ne mit der im vorherigen Satz genannten Ebene der maximalen Aktor-Verkippung zusammenfällt. Ein jeweiliger Hauptstrahl liegt mittig im jeweiligen Strahlenbündel parallel zur jeweiligen Hauptrichtung (des jeweiligen Strahlenbündels) .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lichtquelle eine Pumpstrahlungseinheit und ein Leuchtstoffele- ment auf, das im Betrieb mit der Pumpstrahlung bestrahlt wird und daraufhin ein Konversionslicht emittiert. Die Konversion ist bevorzugt eine Dora-Konversion, das Kon- versionslicht ist also längerwellig als die Pumpstrah¬ lung; das Konversionslicht hat zumindest einen überwie¬ genden Anteil im sichtbaren Spektralbereich, bevorzugt liegt es insgesamt im Sichtbaren. Das Konversionslicht kann bspw. auch rotes oder grünes Licht sein, bevorzugt ist Gelblicht.
Das Konversionslicht kann für sich allein (Vollkonversi¬ on) das Beleuchtungslicht bilden, bevorzugt ist eine Teilkonversion, bei welcher es gemeinsam mit anteilig nicht konvertierter Pumpstrahlung das Beleuchtungslicht bildet. Die Pumpstrahlung ist bevorzugt blaues Licht. Ge¬ nerell ist das Beleuchtungslicht bevorzugt Weißlicht, dessen Farbort also bspw. in einem CIE-Normfarbdiagramm (1931) in dem ECE-Weißfeld gemäß der UN-ECE Regelung 48 (z.B. aktuelle Revision:
ECE/324/Rev.1/Add.47/Reg.No .48/Rev.12) liegen kann.
Vorliegend kann eine Lichtquelle mit Leuchtstoffelement insbesondere vorteilhaft sein, weil an bzw. in dem Leuchtstoffelement das mit dem Aus-Strahlenbündel zumin- dest anteilig zurückgeführte Beleuchtungslicht dort ge¬ streut und damit jedenfalls zum Teil erneut zu dem Array geführt werden kann („Recycling"). Der zumindest teilweise Überlapp der Strahlenbündel bietet dann also auch die Effizienz betreffend Vorteile. Gleichwohl sind im Allge- meinen auch andere Lichtquellen denkbar, bspw. Halogen- und/oder Gasentladungslampen.
Wenngleich bei der bevorzugten Lichtquelle mit Leucht¬ stoffelement dieses im Allgemeinen auch direkt an eine Austrittsfläche der Pumpstrahlungseinheit grenzend vorge- sehen sein kann (etwa im Falle einer LED mit angeformtem Leuchtstoffelement) , sind die Pumpstrahlungseinheit und das Leuchtstoffelement bevorzugt zueinander beabstandet. Die Pumpstrahlung durchsetzt dann einer Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements vorgelagert ein Fluidvolumen, be- vorzugt ein Gasvolumen, besonders bevorzugt Luft; mit ei¬ ner solchen Remote Phosphor-Anordnung (auch als Laser Activated Remote Phosphor LARP bezeichnet, sofern mindes¬ tens ein Laser als Anregungslichtquelle verwendet wird) können sich bspw. Lichtquellen hoher Leuchtdichte reali- sieren lassen. Laser Activated Remote Phosphor Lichtquel¬ len können im transmissiven Modus und/oder reflektiven Modus betrieben werden. Im Allgemeinen ist ein solcher Aufbau bspw. auch mit einer LED, Halogen- oder Gasentladungslampe als Pumpstrahlungsquelle denkbar, bevorzugt ist eine Laserquelle, die aus einer oder mehreren Einzel- Laserquellen aufgebaut sein kann; als Einzel-Laserquelle ist eine Laserdiode bevorzugt, bspw. auch aufgrund der damit möglichen Schaltzeiten (siehe unten im Detail) .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstrahl- fläche des Leuchtstoffelements eine Zuführoptik zugeord¬ net, über welche das Zuführ-Strahlenbündel von dem Leuchtstoffelement auf das Array gelangt. Bevorzugt bil¬ det die Zuführoptik die Abstrahlfläche des Leuchtstof¬ felements, an welcher das Beleuchtungslicht abgeführt wird, auf das Mikrospiegel-Array ab.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an einer der Abstrahlfläche entgegengesetzten Seitenfläche und optio¬ nal auch an einer oder mehreren der angrenzenden Seitenflächen des Leuchtstoffelements ein (z. B. dichroiti- scher, s.u.) Spiegel vorgesehen, bevorzugt direkt an die Seitenfläche grenzend. Dies kann vorliegend bspw. inso- weit besondere Vorteile bieten, als das mit dem Aus- Strahlenbündel zurückreflektierte Beleuchtungslicht, das dann an der Abstrahlfläche des Leuchtstoffelements in diesen eintritt, an dem Spiegel reflektiert und so zurück zu dem Array geführt werden kann. Etwa im Vergleich zu einem Beleuchtungslicht-Recycling, das allein auf Streuprozessen basiert (siehe vorne) , lässt sich so idealer¬ weise der Anteil des recycelten Beleuchtungslichts erhö¬ hen. Bei einem in Reflexion betriebenen Leuchtstoffele- ment, wenn also die Einstrahl- und die Abstrahlfläche zu¬ sammenfallen, kann der Spiegel beispielsweise ein metal¬ lischer Vollspiegel sein.
Auch unabhängig von einer Verspiegelung der der Abstrahlfläche entgegengesetzten Seitenfläche des Leuchtstoffele- ments kann bzw. können im Allgemeinen auch jene Seitenfläche (n) des Leuchtstoffelements verspiegelt sein, die in Bezug auf zur Be-/Durchstrahlungsrichtung senkrechte Richtungen außen liegen. Dies kann die Effizienz weiter verbessern helfen. In bevorzugter Ausgestaltung wird das Leuchtstoffelement in Transmission betrieben, liegen Einstrahl- und Abstrahlfläche also einander entgegengesetzt, wobei der Spiegel an der Einstrahlfläche angeordnet und wellenlän¬ genabhängig auch transmissiv ausgebildet ist. Der wellen- längenabhängige Spiegel muss nicht zwingend die gesamte Seitenfläche bedecken, er könnte bspw. auch nur in einem Einstrahlbereich davon vorgesehen sein, wobei die restliche Seitenfläche auch vollverspiegelt sein könnte. Bevor¬ zugt bedeckt er die gesamte Einstrahlfläche. Unabhängig davon im Einzelnen ist der wellenlängenabhängige Spiegel dann also für die Pumpstrahlung transmissiv und für das Konversionslicht reflektiv. Ein entsprechendes dichroiti- sches Schichtsystem kann bevorzugt auch direkt auf die Einstrahlfläche aufgebracht sein, etwa als Beschichtung .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuch- tungsvorrichtung dazu eingerichtet, die Ausgangsleistung der Pumpstrahlungseinheit in Abhängigkeit vom jeweilig auf das Leuchtstoffelement zurückreflektierten Anteil des Beleuchtungslichts zu verändern. Je größer der zurückre¬ flektierte Anteil ist, desto mehr kann die Ausgangsleis- tung verringert werden, was eine energieeffiziente Be¬ leuchtungsvorrichtung gestalten hilft. Eine solche Anpassung der Ausgangsleistung kann im einfachsten Fall mit einem Schwellenwert bzw. mehreren Schwellenwerten, also in Stufen, oder aber auch stufenlos erfolgen. Die bereits genannten Halbleiterquellen, also eine Laserdiode bzw. eine LED, können hierbei auch dahingehend vor¬ teilhaft sein, dass in zeitlicher Hinsicht vergleichswei¬ se schnelle Änderungen möglich sind, sodass also auch vergleichsweise kleinen Änderungen (Änderung der Kippstellung weniger Aktoren) gefolgt werden kann. Insbesondere bei im Verhältnis langsamen Änderungen, soweit es also beispielsweise um grundsätzlich unterschiedliche Be¬ triebsmodi (wie z. B. Stadtfahrlicht gegenüber Fernlicht) geht, kann aber beispielsweise auch eine Halogen- oder Gasentladungslampe als Pumpstrahlungseinheit entsprechend nachgeregelt werden.
Soweit generell von einem „Eingerichtet-Sein" der Beleuchtungsvorrichtung die Rede ist, meint dies bspw., dass sich im Betrieb die Pumpstrahlung / das Beleuch- tungslicht entsprechend ausbreitet und/oder das Mikro- spiegel-Array entsprechend beschaltet ist bzw. beleuchtet wird. Soweit es um die Strahlführung geht, sind die ein¬ zelnen Komponenten dabei derart relativ zueinander angeordnet, dass sich Pumpstrahlung und Konversions- bzw. Be- leuchtungslicht entsprechend ausbreiten. Bevorzugt weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Steuereinheit auf, wel¬ che die Beschaltung der Mikrospiegelaktoren (ein- /ausgeschaltet ) entsprechend steuert / die Lichtquelle entsprechend ansteuert. Generell kann für die Pumpstrahlungseinheit bzw. ihre Einzelquellen (insbesondere LED und/oder Laserdioden) ein gepulster Betrieb bevorzugt sein. Eine Anpassung der Ausgangsleistung kann dann amplituden- und/oder pulsweiten- moduliert erfolgen, bevorzugt ist letzteres. Bezüglich des Mikrospiegel-Arrays kann ein Betrieb derart bevorzugt sein, dass die Aktoren jeweils mit einer Klapp¬ frequenz, die um ein Vielfaches größer als die eigentli¬ che Schaltfrequenz ist, immer mal wieder aus der einen Kippstellung (die dem eigentlichen Schaltzustand ent- spricht) in die andere der beiden maximal möglichen Kippstellungen geklappt werden (um dann in der Regel sofort wieder in die eigentliche Kippstellung geklappt zu werden) . Ein entsprechend zwischen zwei Kippstellungen intermittierender Betrieb kann gegenüber einer statischen Beschaltung beispielsweise die Lebensdauer der Aktoren betreffend Vorteile bieten.
Die Aktoren des Mikrospiegel-Arrays können mit sehr hohen Klappfrequenzen betrieben werden. Entsprechende Klappfrequenzen können beispielsweise bei mindestens 100 Hz bzw. auch mindestens 500 Hz oder 1.000 Hz liegen; mögliche Obergrenzen liegen beispielsweise bei 1 MHz, 100 kHz bzw. 10 kHz. In Verbindung mit einer intelligenten Ansteuerung können so für jedes Pixel individuell beliebige Hellig¬ keiten eingestellt werden, da der Grauwert bzw. die Dim- mung durch das über eine gewisse Zeitspanne gemittelte Verhältnis von der Zeit, während der sich der Aktor im Ein-Zustand befindet, zu der Zeit, während der sich der Aktor im Aus-Zustand befindet, gegeben ist. So können auf dem Mikrosspiegel-Array ortsabhängig und zeitabhängig be- liebige Grauwerte eingestellt werden um die Lichtvertei¬ lung räumlich und zeitlich beliebig zu modifizieren. Eine Dimmung ermöglicht insbesondere weichere Übergänge beim Wechsel zwischen verschiedenen Lichtverteilungen, z. B. beim Übergang von Abblendlicht zu Fernlicht und umge- kehrt. Weiterhin ermöglicht eine Dimmung einen weicheren Übergang zwischen Bereichen unterschiedlicher Helligkeit, z. B. an der Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung auf der Straße.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Pump- Strahlungseinheit eine erste und eine zweite sowie ggf. weitere Pumpstrahlungsquellen auf (bevorzugt LED und/oder Laserdioden) , die derart betrieben werden, dass ihre Ausgangsleistungen in ersten Zeitpunkten in einem anderen Relativverhältnis zueinander stehen als in zweiten Zeit- punkten (die von den ersten verschieden sind) . Es kann beispielsweise die Ausgangsleistung der einen Pumpstrahlungsquelle konstant gehalten und jene der anderen ver¬ ringert oder erhöht werden, oder es ist auch eine gegenläufige Veränderung beider Ausgangsleistungen möglich. Im Ergebnis ist jedenfalls eine mit den Pumpstrahlungsquel¬ len auf der Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements er- zeugte Bestrahlungsstärkeverteilung in den ersten Zeitpunkten eine andere als in den zweiten Zeitpunkten. So kann beispielsweise auch ortsabhängig eine Anpassung in Abhängigkeit von dem in jeweiligen Zeitpunkten recycelten Beleuchtungslicht vorgenommen werden.
Im Allgemeinen kann beispielsweise in genauer Kenntnis der Konversions- und Streueigenschaften des Leuchtstof¬ felements für z. B. vordefinierte Schaltmuster des Arrays ein Profil zur Anpassung der Ausgangsleistung der Pump- Strahlungseinheit bzw. zur Anpassung der Bestrahlungs¬ stärkeverteilung auf der Einstrahlfläche des Leuchtstof¬ felements hinterlegt sein, z. B. durch eine erniedrigte oder erhöhte Strahlungsleistung der verwendeten Lichtquelle. Im bevorzugten Fall des Kfz-Scheinwerfers kann es beispielsweise für bestimmte Betriebsmodi (z.B. Abbiend-, Tagfahr-, Stadtfahrlicht) vordefinierte Schaltmuster ge¬ ben, ist also die matrixförmige Verteilung der Ein- und Aus-Zustände der Aktoren bekannt. Insbesondere bei einem stark streuenden Leuchtstoffelement, das also eine Ortsauflösung des recycelten Beleuchtungslichts im We¬ sentlichen aufhebt, ist z. B. auch eine Korrelation der Dimmung nur anhand der Anzahl der ausgeschalteten Aktoren denkbar .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist hingegen aber eine Sensoreinheit vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, eine Strahlungsleistung und/oder eine Wellenlängenvertei¬ lung und/oder einen Farbort eines Teils des Beleuchtungs¬ lichts zu messen. Die „Wellenlängenverteilung" kann sich bspw. auf die Messung eines tatsächlichen Spektrums be- ziehen (Transmission, Absorption und/oder Reflexion), es kann aber ebenso nur die Verteilung bzw. das Verhältnis bei bestimmten Wellenlängen / „Farben" gemessen werden (also z. B. Blau/Gelb oder RGB, etc.) . Das Erfassen einer Wellenlängenverteilung oder des Farborts kann insbesondere im Falle einer Teilkonversion von Interesse sein, wenn sich also das Beleuchtungslicht als Mischung des Konver¬ sionslichts und der anteilig nicht konvertierten Pump¬ strahlung ergibt. Die in dem auf das Leuchtstoffelement zurückreflektierten Beleuchtungslicht noch enthaltene Pumpstrahlung wird dann nämlich zumindest teilweise kon- vertiert, womit sich nach dem Recycling das Verhältnis von nicht konvertierter Pumpstrahlung zu Konversionslicht zugunsten letzterem verschiebt. Wird bspw. eine Licht¬ quelle mit zwei Pumplichtquellen leicht unterschiedlicher Wellenlänge verwendet, deren jeweilige Pumpstrahlung das Leuchtstoffelement unterschiedlich gut konvertieren kann, kann eine Veränderung des Verhältnisses der Ausgangsleis¬ tungen der Lichtquellen einen Freiheitgrad zur Einstellung bieten.
Etwa im Falle der Blau/Gelb-Mischung erhöht die erneute Konversion den Gelb-Anteil, was gegebenenfalls eine Nach¬ regelung erforderlich machen kann. Die Sensoreinheit ist bevorzugt mit einer Steuereinheit gekoppelt, die bei¬ spielsweise die Pumpstrahlungseinheit ansteuert; es ist beispielsweise auch eine gesonderte Lichtquelle speziell für einen Farbortausgleich denkbar.
Die Sensoreinheit, konkret die Sensorfläche zum Erfassen des Beleuchtungslichts, kann bevorzugt derart angeordnet werden, dass sie während des Klappens der Aktoren von ei¬ nem Reflex passiert wird. Sie kann beispielsweise dem Transient Fiat State zugeordnet sein, also beispielsweise zwischen dem Ein-Strahlenbündel und dem kombinierten Zu- führ-/Aus-Strahlenbündel .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Leuchtstoffelement relativ zur Pumpstrahlungseinheit derart ver- setzbar gelagert, dass sich die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffelements in einer ersten Versetzstellung von jenen in einer zweiten Versetzstellung (die von der ersten verschieden ist) unterscheiden. Infolge der „versetzbaren" Lagerung muss nicht notwendigerweise die Posi- tion des Leuchtstoffelements insgesamt verändert werden, sondern es ist beispielsweise auch eine drehbare Lagerung möglich, wobei mit der Drehbewegung zwischen den Versetzstellungen gewechselt werden kann. Es ist aber auch eine verschiebbare Lagerung möglich, wobei die Verschieberich- tung schräg, bevorzugt senkrecht, zu einer Hauptrichtung der Pumpstrahlung auf der Einstrahlfläche liegen kann. Bevorzugt ist eine geradlinige Verschiebbarkeit, bei¬ spielsweise über einen Linearmotor/-Aktor betrieben. Im Allgemeinen wäre in Kombination mit nicht kollimierter Pumpstrahlung (die also konvergent oder divergent auf¬ trifft) aber auch ein Versetzen entlang der eben genannten Hauptrichtung denkbar, womit sich eben der bestrahlte Bereich verändert (vergrößert/verkleinert) .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein versetzbar gelagerter Filter vorgesehen, wobei sich mit einem Versetzen des Filters die spektralen Eigenschaften des zu der Beleuchtungsanwendung hinaus reflektierten Beleuchtungslichts einstellen lassen. Es kann so bspw. auch ein spektraler Ausgleich erfolgen, also bspw. der Farbort nachjustiert werden, etwa in Abhängigkeit von einer Mes¬ sung mit einer vorstehend beschriebenen Sensoreinheit. Bezüglich der Möglichkeiten der „versetzbaren Lagerung" wird ausdrücklich auf die Offenbarung in den vorherigen Absätzen das Leuchtstoffelement betreffend verwiesen, der Filter kann also bspw. als Filterrad oder als Schieber gelagert vorgesehen sein. Bevorzugt ist der Filter dem Ein-Strahlenbündel zugeordnet, ist er dann also in Bezug auf dessen Hauptrichtung entsprechend versetzbar. Die spektralen Eigenschaften können, wie erwähnt, mit dem Filter einerseits konstant gehalten werden, es ist aber andererseits auch eine bewusste Veränderung der spektral¬ en Eigenschaften denkbar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Mikro- spiegelaktoren jeweils einen möglichen Auslenkwinkel von dem Betrag nach mindestens 10°, bevorzugt mindestens 12°, besonders bevorzugt mindestens 15° (mögliche Obergrenzen können z. B. bei höchstens 30°, 25° bzw. 20° liegen) . Dieser Auslenkwinkel wird jeweils zwischen der 0°-Achse und einer Maximal-Kippstellung genommen, bevorzugt ist er zu beiden Seiten der 0°-Achse gleich groß, beträgt er dann also bspw. +/- 10° bzw. +/- 12° oder +/- 15°.
Die Erfindung betrifft auch einen Kfz-Scheinwerfer und/oder eine KFZ-Signalleuchte, insbesondere einen Auto¬ mobil-Scheinwerfer und/oder einen Frontscheinwerfer.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorlie- gend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung bzw. eines Kfz- Scheinwerfers mit einer solchen zur Beleuchtung, insbesondere zur adaptiven Straßenausleuchtung, im Allgemeinen aber bspw. auch zur Projektion von Informationen auf die Straße. Es wird ausdrücklich auch auf die vorstehenden Angaben verwiesen, die gleichermaßen eine entsprechende Verwendung bzw. den Kfz-Scheinwerfer betreffend offenbart sein sollen. Im Allgemeinen könnte die Beleuchtungsvorrichtung aber bspw. auch in einem Effektlicht- Scheinwerfer bzw. allgemein im Entertainment-Bereich bzw. auch im Bereich Architainment-Beleuchtung Verwendung finden .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht immer im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Figur 1 die nicht erfindungsgemäße Strahlbündel- Aufteilung im Falle eines zu Proj ektions zwecken genutzten Mikrospiegel-Arrays ;
Figur 2 die Strahlbündel-Aufteilung an einem Mikrospie- gel-Array einer erfindungsgemäßen Beleuchtungs¬ vorrichtung; Figur 3 eine schematische Darstellung der Pupillen im
Winkelraum für die nicht erfindungsgemäße Anord¬ nung gemäß Figur 1 ;
Figur 4 eine schematische Darstellung der Pupillen im
Winkelraum für die erfindungsgemäße Anordnung gemäß Figur 2. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 illustriert die Raumwinkelaufteilung im Falle eines nicht in erfindungsgemäßer Anordnung betriebenen Mik- rospiegel-Arrays , von dem ein Mikrospiegelaktor 1 gezeigt ist. Dem Mikrospiegel-Array ist eine Lichtquelle 2 derart zugeordnet, dass ein Zuführ-Strahlenbündel 3 mit einem von der Lichtquelle 2 emittierten Beleuchtungslicht auf das Mikrospiegel-Array fällt. Vorliegend ist aus Darstel¬ lungsgründen nur der eine Mikrospiegelaktor 1 des Arrays gezeigt (auf den insoweit eigentlich nur ein Teil- Strahlenbündel fällt) , dennoch ist das zugeführ¬ te/reflektierte Licht anhand der „Strahlenbündel" veran¬ schaulicht, also bezogen auf das Array im Gesamten.
Der Mikrospiegelaktor 1 ist im nicht ausgelenkten Zustand dargestellt. Er ist zwischen zwei Maximal-Kippstellungen, die strichliert angedeutet sind, hin- und her verkippbar. Der nicht ausgelenkte Zustand wird als Transient Fiat State bezeichnet, und vorliegend entspricht die eine Ma- ximal-Kippstellung der Ein- und die andere der Aus- Kippstellung. In der Aus-Kippstellung reflektiert der Mikrospiegelaktor 1 das auf seine Spiegelfläche 4 fallen¬ de Beleuchtungslicht auf einen Absorber 5, das Beleuch¬ tungslicht wird also nicht weiter genutzt. In der Ein- Kippstellung wird das Beleuchtungslicht hingegen durch eine Beleuchtungsoptik 6 (ein Linsensystem) geführt, also im Falle der Projektionsanwendung zur Bildgebung genutzt.
Bezogen auf eine 0°-Achse 7 ist der Mikrospiegelaktor 1 um +/- 12° verkippbar, was für sämtliche Aktoren des Arrays gilt. Die Verkippbarkeit begrenzt einen mit dem Ar¬ ray maximal zugänglichen Gesamt-Winkelbereich, nämlich vorliegend auf 96°. Neben dem Zuführ-Strahlenbündel 3 sind in diesem Gesamt-Winkelbereich ferner das Ein- Strahlenbündel 8 (zur Beleuchtungsoptik 6), das Aus- Strahlenbündel 9 (in den Absorber 5) und das Transient- Strahlenbündel 10 untergebracht. Es füllt also jedes der Strahlenbündel 3, 8-10 einen jeweiligen Winkelbereich von 24° aus. Das Ein-Strahlenbündel 8 und das Aus- Strahlenbündel 9 sind über das Transient-Strahlenbündel 10 zueinander beabstandet, um mit Blick auf einen guten Kontrast unbeabsichtigte Reflexe bzw. weitere Beugungs¬ ordnungen, die im Transient Fiat State vermehrt auftreten können (vgl. auch die Beschreibungseinleitung dazu), soweit möglich aus dem Ein-Strahlenbündel 8 zu halten.
Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gemäß Figur 2 ist der Gesamt-Winkelraum hingegen anders aufgeteilt, überlappen nämlich das Zuführ-Strahlenbündel 3 und das Aus-Strahlenbündel 9. Soll also in jeweiligen Zeit¬ punkten von einem jeweiligen Mikrospiegelaktor 1 kein Licht durch die Beleuchtungsoptik 6 gelangen, wird es zu- rück auf die Lichtquelle 2 reflektiert. Zudem wird auch der Transient Fiat State genutzt, grenzen also das Ein- Strahlenbündel 8 und das kombinierte Zuführ-/Aus- Strahlenbündel 3, 9 direkt aneinander.
Dementsprechend lässt sich der Gesamt-Winkelbereich bes- ser ausnutzen, kann nämlich jedes der Strahlenbündel 3, 8, 9 jeweils einen Winkelbereich von 48° einnehmen. Wie in der Beschreibungseinleitung im Einzelnen erläutert, wird so die System-Etendue vergrößert. Es kann also mehr Licht bzw. Licht einer „schlechteren" Lichtquelle (gerin- gerer Leuchtdichte) über das Mikrospiegel-Array geführt und zu Beleuchtungs zwecken genutzt werden. Figur 2 illustriert ferner, wie die Lichtquelle 2 im Fal¬ le einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung bevorzugt aufgebaut ist. Sie weist eine Pumpstrahlungseinheit 20 auf, vorliegend ein Array aus mehreren Laserdioden (nicht im Einzelnen gezeigt) . Die davon emittierte Pump¬ strahlung 21, vorliegend blaues Laserlicht, trifft auf ein Leuchtstoffelement 22, welches vorliegend Yttrium- Aluminium-Granat (YAG: Ce) als Leuchtstoff aufweist. Die¬ ser emittiert auf die Anregung mit der Pumpstrahlung 21 hin ein Konversionslicht, welches gemeinsam mit anteilig nicht konvertierter Pumpstrahlung 21 ein Beleuchtungslicht 23 bildet.
Das Beleuchtungslicht 23 wird an einer der Einstrahlflä¬ che 24 des Leuchtstoffelements 22 entgegengesetzten Ab- strahlfläche 25 abgeführt und gelangt über eine Zuführop¬ tik 26 auf das Mikrospiegel-Array. Wird in jeweiligen Zeitpunkten von jeweiligen Aktoren Beleuchtungslicht in dem Aus-Strahlenbündel 9 zurück zu der Lichtquelle 2 re¬ flektiert, trifft es durch die Zuführoptik 26 auf das Leuchtstoffelement 22. Von dort wird es dann anteilig be¬ reits aufgrund von Streuprozessen und Absorption- Emissionsprozessen erneut in Richtung des Mikrospiegel- Arrays geführt (recycelt) . Ferner ist an der Einstrahl¬ fläche 24 des Leuchtstoffelements 22 ein Spiegel 27, näm- lieh eine dichroitische Beschichtung, angeordnet, welche für die Pumpstrahlung 21 transmissiv ist, das Konversionslicht jedoch reflektiert. So lässt sich der Anteil des insgesamt recycelten Lichts weiter erhöhen.
Die Beleuchtungsoptik 6 bildet das Mikrospiegel-Array ins Unendliche ab, von jedem Aktor 1 wird also der Beleuchtungsoptik 6 nachgelagert ein jeweiliges Teil- Strahlenbündel für sich kollimiert in eine jeweilige Raumrichtung geführt. Die Beleuchtungsoptik 6 setzt also die matrixförmige Anordnung der Aktoren 1 (Ortsvertei¬ lung) in eine Raumwinkelverteilung um, es kann also je- weiligen Raumrichtungen gezielt Beleuchtungslicht zuge¬ führt werden (Ein-Kippstellung des jeweiligen Aktors 1) oder eben nicht (Aus-Kippstellung des jeweiligen Aktors 1) . Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die adaptive Straßenausleuchtung mit einem Kfz-Scheinwerfer, vgl. auch die Beschreibungseinleitung im Einzelnen.
Die Figuren 3 und 4 illustrieren nochmals die bereits an¬ hand der Figuren 1 und 2 diskutierte Aufteilung des Ge- samt-Winkelbereichs 30. Figur 3 entspricht der Anordnung gemäß Figur 1, der Gesamt-Winkelbereich 30 ist also in vier Winkelbereiche 31a-d unterteilt. Gezeigt ist eine Pupillen-Ansicht, die Strahlenbündel 3, 8-10 werden also auf einer Kugeloberfläche betrachtet (der Kugelmittel¬ punkt liegt mittig in der Spiegelfläche 4) . Der Schnitt durch den Gesamtwinkelbereich 30 ist parallel zur Kipprichtung des Spiegelarrays dargestellt.
Im Falle von Figur 3 steht jedem der Strahlenbündel 3, 8- 10 ein jeweiliger Winkelbereich 31a-d von 24° zur Verfügung, was bei gegebener Leuchtdichte der Lichtquelle 2 die Menge des Lichts begrenzt, das durch das System ge- führt werden kann. Bei der Anordnung gemäß Figur 4 (entsprechend Figur 2) überlappen das Zuführ-Strahlenbündel 3 und das Aus-Strahlenbündel 9 und wird ferner auch der Transient Fiat State genutzt, vgl. die vorstehende Be¬ schreibung. Dementsprechend sind die Winkelbereiche 31a, 31b verdoppelt, liegen sie nämlich bei jeweils 48°. Der Gesamt-Winkelbereich 30 bleibt dabei unverändert bei 96°. Bei gegebener Leuchtdichte der Lichtquelle 2 kann mehr Licht durch das System geführt werden. Durch eine Erhö¬ hung der Spiegel-Auslenkwinkel von +/- 12° auf z.B. +/- 18° und ein entsprechend angepasster Einstrahlungswinkel der Lichtquelle 2 ließen sich die Winkelbereiche 31a, 31b entsprechend weiter erhöhen (eine Beleuchtungsoptik 6 mit entsprechend angepasstem Akzeptanzwinkel vorausgesetzt) .
BEZUGSZEICHENLISTE
Mikrospiegelaktor 1
Lichtquelle 2
Zuführ-Strahlenbündel 3 Spiegelfläche 4
Absorber 5
Beleuchtungsoptik 6
0° -Achse 7
Ein-Strahlenbündel 8 Aus-Strahlenbündel 9
Transient-Strahlenbündel 10
Pumpstrahlungseinheit 20
Pumpstrahlung 21
Leuchtstoffelement 22 Beleuchtungslicht 23
Einstrahlfläche 24
Abstrahlfläche 25
Zuführoptik 26
Spiegel (dichroitisch) 27 Gesamt-Winkelbereich 30 Winkelbereiche 31a-d

Claims

ANSPRÜCHE
Beleuchtungsvorrichtung mit
einer Lichtquelle (2) zur Emission eines Beleuchtungslichts (23) ,
einem Mikrospiegel-Array mit einer Vielzahl matrix- förmig angeordneter Mikrospiegelaktoren (1) und einer Beleuchtungsoptik (6),
wobei die Lichtquelle (2) und das Mikrospiegel-Array derart zueinander angeordnet sind, dass von der Lichtquelle (2) im Betrieb ein Zuführ-Strahlenbündel (3) mit dem Beleuchtungslicht (23) auf die Mikro¬ spiegelaktoren (1) des Mikrospiegel-Arrays geführt und an diesen reflektiert wird, wobei mit der Refle¬ xion im zeitlichen Integral
- ein Ein-Strahlenbündel (8) von den Mikrospie¬ gelaktoren (1) in einer jeweiligen Ein- Kippstellung über die Beleuchtungsoptik (6) zu einer Beleuchtungsanwendung hinaus reflektiert wird und
- ein Aus-Strahlenbündel (9) von den Mikrospie¬ gelaktoren (1) in einer jeweiligen Aus- Kippstellung neben die Beleuchtungsoptik (6) reflektiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Aus-Strahlenbündel (9) und das Zuführ-Strahlenbündel (3) zumindest teilweise überlappen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Aus-Strahlenbündel (9) und das Zuführ- Strahlenbündel (3) jeweils ein Raumwinkelvolumen ausfüllen und die Strahlenbündel (3, 9) insoweit zu¬ mindest teilweise überlappen, als an einer Vereinigungsmenge der Raumwinkelvolumina jedes der Raumwin¬ kelvolumina einen Anteil von mindestens 25 % hat.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher eine jeweilige Verkippbarkeit der Mikrospie- gelaktoren (1) zwischen der Ein- und der Aus- Kippstellung einen maximal zugänglichen Gesamt- Winkelbereich (30) des Mikrospiegel-Arrays mitbe¬ stimmt, welchen Gesamt-Winkelbereich (30) das Zu- führ-Strahlenbündel (3), das Ein-Strahlenbündel (8) und das Aus-Strahlenbündel (9) gemeinsam zu mindes¬ tens 80 % ausfüllen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Lichtquelle (2) eine Pumpstrahlungseinheit (20) zur Emission von Pump¬ strahlung (21) und ein Leuchtstoffelement (22) zur zumindest teilweisen Konversion der Pumpstrahlung (21) in ein Konversionslicht aufweist, welches Kon¬ versionslicht zumindest anteilig das Beleuchtungs¬ licht (23) bildet.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4 mit einer Zuführoptik (26), über welche das Zuführ- Strahlenbündel (3) von dem Leuchtstoffelement (22) auf das Mikrospiegel-Array geführt wird, wobei die Zuführoptik (26) eine Abstrahlfläche (25) des Leuchtstoffelements (22), an welcher das Beleuch¬ tungslicht (23) abgeführt wird, auf das Mikrospie¬ gel-Array abbildet. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher das Zuführ-Strahlenbündel (3) mit dem Be¬ leuchtungslicht an einer Abstrahlfläche (25) des Leuchtstoffelements (22) abgeführt wird, wobei zu¬ mindest an einer der Abstrahlfläche (25) entgegenge¬ setzten Seitenfläche des Leuchtstoffelements (22) ein Spiegel (27) vorgesehen ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das Leuchtstoffelement (22) in Transmission betrie¬ ben wird, der Spiegel (27) also an einer der Abstrahlfläche (25) entgegengesetzten Einstrahlfläche (24) angeordnet und zumindest bereichsweise wellen¬ längenabhängig transmissiv ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, die für eine Veränderung einer Ausgangsleis¬ tung der Pumpstrahlungseinheit (20) in Abhängigkeit von einem in jeweiligen Zeitpunkten mit dem Aus- Strahlenbündel (9) auf das Leuchtstoffelement (22) zurückreflektierten Anteil des Beleuchtungslichts (23) eingerichtet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei welcher die Pumpstrahlungseinheit (20) eine erste und eine zweite Pumpstrahlungsquelle auf¬ weist und für einen Betrieb der Pumpstrahlungsquel¬ len derart eingerichtet ist, dass deren Ausgangs¬ leistungen in ersten Zeitpunkten in einem anderen Relativverhältnis zueinander stehen als in zweiten Zeitpunkten, womit in den ersten Zeitpunkten eine Bestrahlungsstärkeverteilung auf einer Einstrahlfläche (24) des Leuchtstoffelements (22) anders als in den zweiten Zeitpunkten ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 mit einer Sensoreinheit, die dazu eingerichtet ist, zu¬ mindest eines von einer optischen Leistung, einer Wellenlängenverteilung und einem Farbort eines Teils des Beleuchtungslichts (23) zu messen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, bei welchem das Leuchtstoffelement (22) re¬ lativ zu der Pumpstrahlungseinheit (20) derart ver¬ setzbar gelagert ist, dass sich die Konversionsei¬ genschaften des Leuchtstoffelements (22) in einer ersten Versetzstellung von jenen in einer zweiten Versetzstellung unterscheiden.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Filter, der derart versetzbar gelagert ist, dass mit einem Versetzen des Filters die spektralen Eigenschaften des zu der Beleuchtungsanwendung hinaus reflektierten Beleuchtungslichts einstellbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Mikrospiegelaktoren (1) jeweils einen möglichen Auslenkwinkel von dem Betrag nach mindestens 10° haben.
Kfz-Scheinwerfer mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche. Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder eines Kfz-Scheinwerfers zur Beleuchtung, insbesondere zur adaptiven Straßenaus1euchtung .
PCT/EP2017/064641 2016-07-04 2017-06-14 Beleuchtungsvorrichtung mit einer lichtquelle zur emission von beleuchtungslicht WO2018007116A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016212069.7A DE102016212069B4 (de) 2016-07-04 2016-07-04 Beleuchtungsvorrichtung mit einer lichtquelle zur emission von beleuchtungslicht
DE102016212069.7 2016-07-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018007116A1 true WO2018007116A1 (de) 2018-01-11

Family

ID=59067670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/064641 WO2018007116A1 (de) 2016-07-04 2017-06-14 Beleuchtungsvorrichtung mit einer lichtquelle zur emission von beleuchtungslicht

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016212069B4 (de)
WO (1) WO2018007116A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10876700B2 (en) 2018-09-05 2020-12-29 Flex-N-Gate Advanced Product Development, Llc Adaptive beam scanning headlamp

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070053074A1 (en) * 2004-01-30 2007-03-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Projection display with light recycling
US20080198372A1 (en) * 2007-02-21 2008-08-21 Spatial Photonics, Inc. Vehicle headlight with image display
US20080246705A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-09 Texas Instruments Incorporated Off-state light recapturing in display systems employing spatial light modulators
US20130100420A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Texas Instruments Incorporated Spectral filtering of phosphor color wheels
US20150377446A1 (en) * 2014-06-26 2015-12-31 Texas Instruments Incorporated Methods and Apparatus for Illumination with DMD and Laser Modulated Adaptive Beam Shaping

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08251520A (ja) 1995-03-08 1996-09-27 Nikon Corp ビデオプロジェクター
US20020081070A1 (en) 2000-11-30 2002-06-27 Tew Claude E. Micromirror wavelength equalizer
JP6214202B2 (ja) 2013-05-07 2017-10-18 株式会社小糸製作所 灯具ユニットおよび光偏向装置
DE102014017521A1 (de) 2014-11-27 2016-06-02 Audi Ag Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug mit einem Scheinwerfer mit einer Beleuchtungseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung
DE102016200586A1 (de) 2016-01-19 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070053074A1 (en) * 2004-01-30 2007-03-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Projection display with light recycling
US20080198372A1 (en) * 2007-02-21 2008-08-21 Spatial Photonics, Inc. Vehicle headlight with image display
US20080246705A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-09 Texas Instruments Incorporated Off-state light recapturing in display systems employing spatial light modulators
US20130100420A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Texas Instruments Incorporated Spectral filtering of phosphor color wheels
US20150377446A1 (en) * 2014-06-26 2015-12-31 Texas Instruments Incorporated Methods and Apparatus for Illumination with DMD and Laser Modulated Adaptive Beam Shaping

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016212069A1 (de) 2018-01-04
DE102016212069B4 (de) 2021-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60309400T2 (de) Beleuchtungsvorrichtung und Bildprojektionsgerät mit dieser Vorrichtung
EP1630576B1 (de) Leuchtmittel mit vorgegebener Abstrahlcharakteristik und Primäroptikelement für ein Leuchtmittel
DE19924178C2 (de) Leuchte mit einem Reflektor mit einer mehrere Sektoren aufweisenden Reflexionsfläche und einem Linsensystem
EP3168527B1 (de) Lichtmodul für ein fahrzeugscheinwerfer und kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen lichtmodul
DE102012219387B4 (de) Beleuchtungsvorrichtung mit Pumplichtquelle und Leuchtstoffanordnung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Beleuchtungsvorrichtung
AT516422B1 (de) Verfahren und Scheinwerfer zum Erzeugen einer Lichtverteilung auf einer Fahrbahn
DE102014200368B4 (de) Teilfernlicht-Projektionslichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
WO2016034460A1 (de) Beleuchtungsvorrichtung zur variablen beleuchtung
DE102013226624A1 (de) Beleuchtungseinrichtung
WO2014006206A1 (de) Beleuchtungsvorrichtung mit leuchtstoffanordnung und laser
EP1548358A1 (de) Stufenlinsenscheinwerfer mit gekoppelter Abstandsveränderung lichttechnischer Elemente
DE102013207845A1 (de) Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
DE102013226650A1 (de) Erzeugen eines Lichtabstrahlmusters durch Beleuchten einer Leuchtstofffläche
WO2017097504A1 (de) Lichterzeugung mit leuchtdiode und laser
WO2017133809A1 (de) Beleuchtungsvorrichtung zur emission von beleuchtungslicht
WO2016062520A1 (de) Lichtmodul einer beleuchtungseinrichtung und beleuchtungseinrichtung mit einem solchen lichtmodul
WO2016078920A1 (de) Beleuchtungsvorrichtung mit pumplichteinheit und leuchtstoffelement
WO2008040278A1 (de) Optisches projektionsgerät
DE102014213368A1 (de) Lichtmodul für Beleuchtungseinrichtung
EP3301350A1 (de) Lichtmodul für einen kraftfahrzeugscheinwerfer
WO2017097508A1 (de) Scheinwerfer zur beleuchtung
DE202007001829U1 (de) Zweidimensionaler LED Abblendscheinwerfer
WO2018007116A1 (de) Beleuchtungsvorrichtung mit einer lichtquelle zur emission von beleuchtungslicht
DE102013226645A1 (de) Erzeugen eines Lichtabstrahlmusters durch Beleuchten einer Leuchtstofffläche
DE102013215976B4 (de) Scheinwerferanordnung für ein Fahrzeug mit zwei Lichtquellen mit unterschiedlichen Spektren, deren Licht zur Erzeugung von Mischlicht von einer schwenkbaren Ablenkvorrichtung zu einer Leuchtstoffschicht gelenkt wird

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17730471

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17730471

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1