WO2018024641A1 - Beleuchtungsvorrichtung für ein fahrzeug - Google Patents

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vehicle
projection
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Bernd Fischer
Jan-Henning Willrodt
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Hella GmbH and Co KGaA
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Definitions

  • the present invention relates to a lighting device for a vehicle according to the preamble of claim 1.
  • a lighting device of the aforementioned type is known from DE 10 2012 1 12 127 A1.
  • the lighting device described therein is designed as a headlight of a motor vehicle.
  • the headlamp comprises a light source, a lens serving as an objective for projecting the light of the light source, and an LC display (liquid crystal display) disposed between the light source and the lens.
  • the LC display can selectively hide portions of the light, for example, to create a cut-off line.
  • the LC display thus serves as an imaging object in an object plane which corresponds to the plane of the LC display. In the embodiment according to DE 10 2012 1 12 127 A1, this object plane is parallel to the lens plane of the lens.
  • the focal plane on which the image is sharply focused, also runs parallel to the objective plane and to the object plane of the imaging object. Since the road as a projection plane does not run parallel to the focal plane, the image is thus sharply displayed only at the intersection of projection plane or road and focal plane. This corresponds in the direction of travel a fixed distance from the vehicle.
  • the associated beam path is illustrated in FIG. 7.
  • the object plane 1 of the imaging object is parallel to the objective plane 2. Only where the focal plane 3 and the carriageway 4 form a cut line, the image is focused or only in a small part of the projection range of the illumination device results in a sharp representation of the projected light.
  • the problem underlying the present invention is the provision of a lighting device of the type mentioned above, with which the image of the image giving a clear focus on a larger part of the projection area.
  • the invention is achieved by a lighting device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 1.
  • the subclaims relate to preferred embodiments of the invention.
  • the object plane and the lens plane enclose an angle greater than 0 ° and less than 90 ° with each other and / or that the optical axis of the lens and the solder on the object plane an angle greater than 0 ° and less than 90 ° with each other.
  • the optical axis of the lens and mirrored on a mirror optical axis it can be provided that the angle has a size between 0.1 ° and 25 °, preferably between 0.1 ° and 20 °, in particular between 0.1 ° and 15 °.
  • the problem underlying the invention is solved in compliance with Scheimpflug's rule, with the aid of which the focal plane can be placed on the projection plane.
  • the image of the imaging object is displayed sharply over a large part of the projection area, preferably almost over the entire projection area.
  • each individual pixel for implementing the light distribution on the projection plane can be in focus and thus sharply imaged.
  • Illustrated pixels therefore show sharp edges on a large part of the projection area.
  • pixel overlays or blurring can be reduced, in particular greatly reduced. It may result that when darkening a pixel creates a clear brightness limit. Even in the case of a spotlight by activating only a specific pixel, a clear brightness limit can be achieved.
  • the imaging object is a DMD (Digital Micromirror Device) or an LC display or a structured phosphor or a matrix of Light sources such as an LED matrix.
  • An illumination device equipped with such an imaging object makes it possible to individually and dynamically adapt the light distribution in the area of the vehicle apron, for example. In this case, the light distribution of the imaging object is projected in front of the vehicle through the lens.
  • the illumination device comprises at least one light source whose light impinges on the imaging object.
  • This is provided in particular for non-independent photogenerating imaging objects such as a DMD, an LC display or a structured phosphor. If, for example, an LED matrix serves as the imaging object, an additional illumination device can be dispensed with.
  • the projection plane into which the object plane is projected by the objective during the operation of the illumination device corresponds to the horizontal plane outside the vehicle, in particular the road.
  • the object plane, the lens plane and the projection plane can intersect in a common straight line.
  • the illumination device comprises a mirror which, in the operation of the illumination device, reflects light emitted by the imaging object in the direction of the objective.
  • the object plane does not necessarily have to include a nonzero angle with the object plane. Rather, due to the tilting of, in particular also mirrored on the mirror, optical axis of the lens to the solder on the object plane generated by the mirror virtual object plane, the lens plane and the projection plane intersect in a common intersection line, so that in terms of the Mirror generated virtual object plane which Scheimpflug rule is met.
  • the imaging object is structured so that a structure, preferably symbols and / or characters, is projected into the projection plane with which particular information can be transmitted to a viewer.
  • a structure preferably symbols and / or characters
  • the environment of the motor vehicle can be used with simple means to convey information to the user or an outsider.
  • the lighting device is a headlight, in particular a headlight, or that the lighting device is suitable for installation in a wing mirror, a mudguard, a radiator grille or any other installation location. It may be provided that a plurality of lighting devices according to the invention are mounted around the vehicle in such a way that a 360 ° projector can be implemented around the vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic sketch to illustrate the orientation of the object plane, objective plane and projection plane of a lighting device according to the invention
  • FIG. 2 shows a geometric model to clarify the terms used
  • 3a shows an intensity distribution of a horizontal light beam in a projection plane in a lighting device according to the prior art
  • 3b shows an intensity distribution of a horizontal light beam in a projection plane in a lighting device according to the invention
  • 4 shows a schematic representation of a first application example of a lighting device according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a second example of application of a lighting device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic sketch of an embodiment of a lighting device according to the invention, in which a mirror is arranged between the object plane and the lens plane;
  • FIG. 7 shows a schematic sketch to clarify the orientation of the object plane, objective plane and projection plane of a lighting device according to the prior art.
  • the imaging object 10 may be a DMD or an LC display or a patterned phosphor or a matrix of light sources, such as an LED matrix.
  • the illumination device additionally comprises at least one light source, not shown in the figures, whose light impinges on the imaging object 10.
  • the illumination device further comprises an objective 12, which is arranged in an objective plane 13.
  • the lens 12 may be formed, for example, as a simple converging lens or consist of a plurality of lenses.
  • the objective 12 has an optical axis 14 (see FIG. 2) and a focal length f.
  • the optical axis 14 extends orthogonally to the objective plane 13.
  • the focal length f of the objective 12 is not shown in the figures.
  • the lens plane 13 and the object plane 1 1 are tilted towards each other and enclose an angle ⁇ with each other.
  • the angle ⁇ may have a size between 0.1 ° and 40 °, preferably between 0.5 ° and 20 °, in particular between 1 ° and 15 °.
  • the light emanating from the imaging object 10 is converted by the objective 12 into an image 15 in a projection plane 16, wherein the projection plane 16 can correspond in particular to the roadway.
  • the projection plane 16, the objective plane 13 and the object plane 1 1 have, according to Scheimpflug's rule, a common intersection or a common intersection line 17.
  • FIG. 2 illustrates a geometric model of the illumination device and serves to illustrate the quantities and designations used in the equations presented below.
  • the installation height hi of the illumination device designed, for example, as a headlight corresponds to the height of the point of intersection of the optical axis 14 and the objective plane 13 above the projection plane 16 on which the image 15 is composed of sections Bi and B 2 .
  • the horizontal distance of the vehicle-side end of the image 15 from the vehicle or the installation location of the illumination device in the vehicle is designated by pi, in which case the intersection of the optical axis 14 with the objective plane 13 is selected as the relevant installation location, which is used to determine the distance to the Projection level 1 6 is projected.
  • P 2 denotes the horizontal distance of the vehicle-facing end of the image 15 from the vehicle, pi thus designates the shortest distance between the vehicle and the projection area, whereas p 2 describes the distance between the vehicle and the maximum distance of the projection area.
  • the distance pb denotes the distance of the intersection of the optical axis 14 with the projection plane 16 to the vehicle.
  • the distance pb is greater than the distance pi and smaller than the distance p 2 , preferably, the distance Pb is located approximately in the middle between the distance pi and the distance p 2 .
  • the imaging object 10 is shown schematically in FIG. 2 as consisting of sections Gi and G 2 .
  • the imaging object 10 has a distance g from the objective plane 13. Where g is greater than f and less than 2f. In particular, g is only slightly larger than f, so that the imaging object 10 is almost at the focal point of the optics. From the variables f and g results in the distance b of the intersection of the optical axis 14 with the projection plane 1 6 from the intersection of the optical axis 14 with the lens plane 13th
  • the tilt angle ai of the lens plane 13 with respect to the vertical results from the following formal relationship:
  • the height h 2 results from the intersection of the optical axis 14 and the object plane 1 1 and its height above the projection plane 1 6.
  • the height h 2 is a function of ai and g.
  • the tilt angle of the object plane 1 1 with respect to the vertical is denoted by a 2 .
  • the position of the intersection line 17 represents, with the quantities ai and a 2, an intermediate quantity which is necessary for the calculation of a 2 .
  • each individual pixel for the implementation of the light distribution on the projection plane 1 6 is in focus in the illumination device and is thus sharply imaged. It follows that when darkening a pixel creates a clear brightness limit. Even in the case of a spotlight by activating only a certain pixel, a clear border can be detected.
  • the clear resolution and projection over the entire vehicle apron enables a sharp display of symbols such as speed or other warnings. In particular, a distortion-free horizontal pixel arrangement also results.
  • FIG. 3a shows an intensity distribution of an exemplary horizontal light beam in a projection plane in a lighting device according to the prior art.
  • FIG. 3 a illustrates that in a lighting device known from the prior art, the projections 5 have a distortion in the vertical and in the horizontal.
  • FIG. 3 b illustrates that in the illumination device according to the invention, the distortion of the horizontal pixel arrangements is canceled by the Scheimpflug correction, so that the projections corresponding to the image 15 are displayed sharply.
  • Fig. 3b illustrates that the transitions from light to dark at each distance are approximately parallel.
  • Fig. 6 illustrates an embodiment in which the object plane 1 1 of the imaging object 10 is parallel to the lens plane 13 of the lens 12.
  • a mirror 20 is arranged, which reflects the light emanating from the imaging object 10 onto the objective 12.
  • the mirror 20 is tilted relative to the objective 12 such that the optical axis 14 of the objective 12, after being reflected on the mirror 20, encloses an angle ⁇ with the perpendicular 21 on the object plane 11.
  • FIG. 6 also shows a virtual imaging object 10 'from which the light passing through the objective 12 would emanate if the mirror 20 were not present.
  • Scheimpflug's rule is fulfilled for this virtual imaging object 10 ', so that the virtual object plane 11' of the virtual object 10 ', the objective plane 13 and the projection plane 16 intersect in a common intersection line 17. It can be seen that the angle ⁇ between the virtual object plane 11 'and the objective plane 13 corresponds to the angle ⁇ between the optical axis 14 of the objective 12 and the perpendicular 21 on the object plane 11.
  • FIG. 4 illustrates an application in which the lighting device is designed as a headlight of a vehicle 18.
  • a high-resolution headlight distribution is implemented in the vehicle apron.
  • the illumination device is designed to generate a low-beam light distribution so that each individual imaging element in the object plane 1 1 lies on the projection plane 16 in focus.
  • FIG. 5 illustrates an application in which the lighting device is designed as a projection device in the side mirror 19 of a vehicle 18.
  • the implementation of a projection device in the side mirror 19 allows the display of symbols, signs or other elements along the vehicle side.

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Abstract

Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend ein bildgebendes Objekt (10), das in einer Objektebene (11) angeordnet ist, sowie ein Objektiv (12) zur Projektion des Objekts (10) in eine Projektionsebene (16) außerhalb des Fahrzeugs, wobei das Objektiv (12) in einer Objektivebene (13) angeordnet ist, und wobei die Objektebene (11) und die Objektivebene (13) einen Winkel (Δα) größer 0° und kleiner 90° miteinander einschließen und/oder dass die optische Achse des Objektivs (12) und das Lot auf der Objektebene (11) einen Winkel (Δα) größer 0° und kleiner 90° miteinander einschließen.

Description

Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Eine Beleuchtungsvorrichtung der vorgenannten Art ist aus der DE 10 2012 1 12 127 A1 bekannt. Die darin beschriebene Beleuchtungsvorrichtung ist als Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Der Scheinwerfer umfasst eine Lichtquelle, eine als Objektiv zur Projektion des Lichts der Lichtquelle dienende Linse sowie ein zwischen der Lichtquelle und der Linse angeordnetes LC-Display (Flüssigkristalldisplay). Das LC-Display kann gezielt Anteile des Lichts ausblenden, beispielsweise um eine Hell- Dunkel-Grenze zu erzeugen. Das LC-Display dient somit als bildgebendes Objekt in einer Objektebene, die der Ebene des LC-Displays entspricht. Diese Objektebene ist bei der Ausführungsform gemäß DE 10 2012 1 12 127 A1 parallel zu der Objektivebene der Linse.
Dies hat zur Folge, dass die Fokusebene, auf der die Abbildung scharf dargestellt wird, ebenfalls parallel zur Objektivebene und zur Objektebene des bildgebenden Objekts verläuft. Da die Straße als Projektionsebene nicht parallel zur Fokusebene verläuft, wird die Abbildung folglich nur im Schnittpunkt von Projektionsebene beziehungsweise Straße und Fokusebene scharf dargestellt. Dies entspricht in Fahrtrichtung einer festen Entfernung vom Fahrzeug. Der dazugehörige Strahlengang wird in Fig. 7 verdeutlicht. Die Objektebene 1 des bildgebenden Objekts ist parallel zu der Objektivebene 2. Nur dort, wo die Fokusebene 3 und die Fahrbahn 4 eine Schnittlinie bilden, wird das Bild scharf dargestellt beziehungsweise nur in einem kleinen Teil des Projektionsbereichs der Beleuchtungsvorrichtung ergibt sich eine scharfe Darstellung des projizierten Lichts.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art, mit der die Abbildung des bild- gebenden Objektes auf einem größeren Teil des Projektionsbereichs scharf dargestellt werden kann.
Die wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Objektebene und die Objektivebene einen Winkel größer 0° und kleiner 90° miteinander einschließen und/oder dass die optische Achse des Objektivs und das Lot auf der Objektebene einen Winkel größer 0° und kleiner 90° miteinander einschließen. Hier soll als optische Achse des Objektivs auch die an einem Spiegel gespiegelte optische Achse angesehen werden. Es kann vorgesehen sein, dass der Winkel eine Größe zwischen 0,1 ° und 25°, vorzugsweise zwischen 0,1 ° und 20°, insbesondere zwischen 0,1 ° und 15° aufweist.
Durch die Verkippung der Objektebene zur Objektivebene beziehungsweise durch die Verkippung der optischen Achse des Objektivs zum Lot auf der Objektebene wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem unter Beachtung der Scheimpflug'schen Regel gelöst, mit Hilfe derer sich die Fokusebene auf die Projektionsebene legen lässt. Daraus ergibt sich, dass die Abbildung des bildgebenden Objektes auf einem großen Teil des Projektionsbereichs, vorzugsweise nahezu auf dem gesamten Projektionsbereich scharf dargestellt wird. Insbesondere kann dabei jedes einzelne Pixel zur Umsetzung der Lichtverteilung auf der Projektionsebene im Fokus liegen und somit scharf abgebildet werden. Dargestellte Pixel zeigen daher scharfe Kanten auf einem großen Teil des Projektionsbereichs. Dadurch können Pixelüberlagerungen oder Verwischungen reduziert werden, insbesondere stark reduziert werden. Es kann sich daraus ergeben, dass bei Abdunkeln eines Pixels eine klare Helligkeitsgrenze entsteht. Auch im Falle eines Spotlights durch Aktivieren nur eines bestimmten Pixels lässt sich eine klare Helligkeitsgrenze erzielen.
Es besteht die Möglichkeit, dass das bildgebende Objekt ein DMD (Digital Micromirror Device) oder ein LC-Display oder ein strukturierter Leuchtstoff oder eine Matrix von Lichtquellen wie beispielsweise eine LED-Matrix ist. Eine mit einem derartigen bildgebenden Objekt ausgestattete Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht es, die Lichtverteilung beispielsweise im Bereich des Fahrzeugvorfeldes individuell und dynamisch anzupassen. Dabei wird durch das Objektiv die Lichtverteilung des bildgebenden Objekts vor das Fahrzeug projiziert.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung mindestens eine Lichtquelle umfasst, deren Licht auf das bildgebende Objekt auftrifft. Dies ist insbesondere bei nicht selbstständig lichterzeugenden bildgebenden Objekten wie einem DMD, einem LC-Display oder einem strukturierten Leuchtstoff vorgesehen. Wenn beispielsweise eine LED-Matrix als bildgebendes Objekt dient, kann auf eine zusätzliche Beleuchtungsvorrichtung verzichtet werden.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Projektionsebene, in die die Objektebene von dem Objektiv im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung projiziert wird, der horizontalen Ebene außerhalb des Fahrzeugs, insbesondere der Straße, entspricht. Dabei können sich die Objektebene, die Objektivebene und die Projektionsebene in einer gemeinsamen Geraden schneiden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung einen Spiegel umfasst, der im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung von dem bildgebenden Objekt ausgehendes Licht in Richtung auf das Objektiv reflektiert. Dabei muss die Objektebene nicht zwingend einen Winkel ungleich null mit der Objektebene einschließen. Vielmehr können hier aufgrund der Verkippung der, insbesondere ebenfalls an dem Spiegel gespiegelten, optischen Achse des Objektivs zum Lot auf der Objektebene eine durch den Spiegel erzeugte virtuelle Objektebene, die Objektivebene und die Projektionsebene sich in einer gemeinsamen Schnittgeraden schneiden, so dass hinsichtlich der durch den Spiegel erzeugten virtuellen Objektebene die Scheimpflug'schen Regel erfüllt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das bildgebende Objekt strukturiert ist, so dass in die Projektionsebene eine Struktur, vorzugsweise Symbole und/oder Zeichen projiziert werden, mit denen insbesondere an einen Betrachter Informationen übermittelt werden können. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln die Umgebung des Kraftfahrzeugs dazu verwendet werden, dem Benutzer oder einem Außenstehenden Informationen zu übermitteln. Durch eine klare Auflösung und Projektion über das gesamte Fahrzeugvorfeld und insbesondere durch eine verzerrungsfreie horizontale Pixelanordnung wird dabei eine scharfe Darstellung von Symbolen wie Geschwindigkeitsoder anderen Warnhinweisen ermöglicht.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfer, insbesondere ein Frontscheinwerfer, ist oder dass die Beleuchtungsvorrichtung für den Einbau in einen Seitenspiegel , einen Kotflügel, einen Kühlergrill oder einen beliebigen anderen Einbauort geeignet ist. Es kann dabei vorgesehen sein, dass mehrere erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen derart um das Fahrzeug angebracht werden, dass rund um das Fahrzeug herum ein 360°-Projektor umgesetzt werden kann.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Skizze zur Verdeutlichung der Orientierung von Objektebene, Objektivebene und Projektionsebene einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
Fig. 2 ein geometrisches Modell zur Verdeutlichung der verwendeten Bezeichnungen;
Fig. 3a eine Intensitätsverteilung eines horizontalen Lichtbalkens in einer Projektionsebene bei einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3b eine Intensitätsverteilung eines horizontalen Lichtbalkens in einer Projektionsebene bei einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ersten Anwendungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Anwendungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
Fig. 6 eine schematische Skizze einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, bei der zwischen der Objektebene und der Objektivebene ein Spiegel angeordnet ist;
Fig. 7 eine schematische Skizze zur Verdeutlichung der Orientierung von Objektebene, Objektivebene und Projektionsebene einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine in den Fig. 1 und Fig. 2 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein bildgebendes Objekt 10, das in einer Objektebene 1 1 angeordnet ist. Das bildgebende Objekt 10 kann ein DMD oder ein LC-Display oder ein strukturierter Leuchtstoff oder eine Matrix von Lichtquellen wie beispielsweise eine LED-Matrix sein. Für den Fall, dass das bildgebende Objekt 10 keine Lichtquelle wie beispielsweise eine LED-Matrix aufweist, umfasst die Beleuchtungsvorrichtung noch zusätzlich mindestens eine in den Figuren nicht abgebildete Lichtquelle, deren Licht auf das bildgebende Objekt 10 auftrifft.
Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin ein Objektiv 12, das in einer Objektivebene 13 angeordnet ist. Das Objektiv 12 kann beispielsweise als einfache Sammellinse ausgebildet sein oder aus einer Mehrzahl von Linsen bestehen. Das Objektiv 12 weist eine optische Achse 14 (siehe Fig. 2) und eine Brennweite f auf. Die optische Achse 14 verläuft dabei orthogonal zur Objektivebene 13. Die Brennweite f des Objektivs 12 ist in den Figuren nicht dargestellt. Die Objektivebene 13 und die Objektebene 1 1 sind zueinander verkippt und schließen einen Winkel Δα miteinander ein. Der Winkel Δα kann eine Größe zwischen 0,1 ° und 40°, vorzugsweise zwischen 0,5° und 20°, insbesondere zwischen 1 ° und 15° aufweisen.
Das von dem bildgebenden Objekt 10 ausgehende Licht wird von dem Objektiv 12 in ein Abbild 15 in einer Projektionsebene 1 6 überführt, wobei die Projektionsebene 16 insbesondere der Fahrbahn entsprechen kann. Die Projektionsebene 16, die Objektivebene 13 und die Objektebene 1 1 weisen entsprechend der Scheimpflug'schen Regel einen gemeinsamen Schnittpunkt beziehungsweise eine gemeinsame Schnittgerade 17 auf.
Fig. 2 stellt ein geometrisches Modell der Beleuchtungsvorrichtung dar und dient zur Verdeutlichung der in den nachfolgend wiedergegebenen Gleichungen verwendeten Größen und Bezeichnungen.
Die Einbauhöhe hi der beispielsweise als Scheinwerfer ausgebildeten Beleuchtungsvorrichtung entspricht der Höhe des Schnittpunkts von optischer Achse 14 und Objektivebene 13 über der Projektionsebene 1 6, auf der sich das Abbild 15 aus den Abschnitten B-i und B2 zusammensetzt. Dabei wird mit pi der horizontale Abstand des fahrzeugseitigen Endes des Abbilds 15 von dem Fahrzeug beziehungsweise dem Einbauort der Beleuchtungsvorrichtung im Fahrzeug bezeichnet, wobei hier als relevanter Einbauort der Schnittpunkt der optischen Achse 14 mit der Objektivebene 13 gewählt ist, der zur Bestimmung des Abstands auf die Projektionsebene 1 6 projiziert ist. Mit p2 wird der horizontale Abstand des vom Fahrzeug abgewandten Endes des Abbilds 15 von dem Fahrzeug bezeichnet, pi bezeichnet somit den kürzesten Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Projektionsbereich, wohingegen p2 den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem maximal entferntesten Projektionsbereich beschreibt. Der Abstand pb bezeichnet die Entfernung des Schnittpunktes der optischen Achse 14 mit der Projektionsebene 1 6 zu dem Fahrzeug. Insbesondere ist der Abstand pb größer als der Abstand pi und kleiner als der Abstand p2, vorzugsweise liegt der Abstand Pb etwa in der Mitte zwischen dem Abstand pi und dem Abstand p2.
Das bildgebende Objekt 10 wird in Fig. 2 schematisch als aus Abschnitten Gi und G2 bestehend dargestellt. Das bildgebende Objekt 10 weist einen Abstand g zur Objektivebene 13 auf. Dabei ist g größer f und kleiner 2f. Insbesondere ist g nur wenig größer als f, so dass sich das bildgebende Objekt 10 nahezu im Brennpunkt der Optik befindet. Aus den Größen f und g resultiert der Abstand b des Schnittpunktes der optischen Achse 14 mit der Projektionsebene 1 6 von dem Schnittpunkt der optischen Achse 14 mit der Objektivebene 13.
Der Verkippungswinkel ai der Objektivebene 13 gegenüber der Vertikalen resultiert aus folgendem formalen Zusammenhang:
Figure imgf000009_0001
Dabei bezeichnen positive Verkippungswinkel ein Verkippen nach vorne. Die Höhe h2 ergibt sich aus dem Schnittpunkt aus optischer Achse 14 und Objektebene 1 1 und dessen Höhe über der Projektionsebene 1 6. Die Höhe h2 ist eine Funktion aus ai und g. Der Verkippungswinkel der Objektebene 1 1 gegenüber der Vertikalen wird mit a2 bezeichnet. Die Lage der Schnittgeraden 17 stellt mit den Größen ai sowie a2 eine Zwischengröße dar, die zur Berechnung von a2 notwendig ist. Der Winkel a2 ergibt sich mit Ί = arctan • tan(a1) cos Daraus resultiert der Winkel Δα der Gesamtverkippung der Objektivebene 13 zur Objektebene 1 1 über
Aa = f(hl, g, f) = a1 - a2
Bei der Beleuchtungsvorrichtung liegt insbesondere jedes einzelne Pixel zur Umsetzung der Lichtverteilung auf der Projektionsebene 1 6 im Fokus und wird somit scharf abgebildet. Daraus folgt, dass bei Abdunkeln eines Pixels eine klare Helligkeitsgrenze entsteht. Auch im Falle eines Spotlights durch Aktivieren nur eines bestimmten Pixels lässt sich eine klare Grenze erkennen. Darüber hinaus wird durch die klare Auflösung und Projektion über das gesamte Fahrzeugvorfeld eine scharfe Darstellung von Symbolen wie Geschwindigkeits- oder anderen Warnhinweisen ermöglicht. Insbesondere ergibt sich auch eine verzerrungsfreie horizontale Pixelanordnung.
Fig. 3a zeigt eine Intensitätsverteilung eines beispielhaften horizontalen Lichtbalkens in einer Projektionsebene bei einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Fig. 3a verdeutlicht, dass bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungsvorrichtung die Projektionen 5 eine Verzerrung in der Vertikalen und in der Horizontalen aufweisen. Fig. 3b hingegen verdeutlicht, dass bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung die Verzerrung der horizontalen Pixelanordnungen durch die Scheimpflugkorrektur aufgehoben wird, so dass die dem Abbild 15 entsprechenden Projektionen scharf dargestellt werden. Fig. 3b verdeutlicht dabei, dass die Übergänge von Hell zu Dunkel in jeder Entfernung annähernd parallel verlaufen.
Fig. 6 verdeuticht ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Objektebene 1 1 des bildgebenden Objekts 10 parallel zur Objektivebene 13 des Objektivs 12 ist. Im Strahlengang zwischen dem bildgebenden Objekt 10 und dem Objektiv ist ein Spiegel 20 angeordnet, der das von dem bildgebenden Objekt 10 ausgehende Licht auf das Objektiv 12 reflektiert. Der Spiegel 20 ist so gegenüber dem Objektiv 12 verkippt, dass die optische Achse 14 des Objektivs 12 nach Spiegelung an dem Spiegel 20 einen Winkel Δα mit dem Lot 21 auf der Objektebene 1 1 einschließt. In Fig. 6 ist weiterhin ein virtuelles bildgebendes Objekt 10' eingezeichnet, von dem das durch das Objektiv 12 hindurchtretende Licht ausgehen würde, wenn der Spiegel 20 nicht vorhanden wäre. Es zeigt sich, dass für dieses virtuelle bildgebende Objekt 10' die Scheimpflug'schen Regel erfüllt ist, so dass die virtuelle Objektebene 1 1 ' des virtuellen Objekts 10', die Objektivebene 13 und die Projektionsebene 1 6 sich in einer gemeinsamen Schnittgeraden 17 schneiden. Es zeigt sich dabei, dass der Winkel Δα zwischen der virtuellen Objektebene 1 1 ' und der Objektivebene 13 dem Winkel Δα zwischen der optischen Achse 14 des Objektivs 12 und dem Lot 21 auf der Objektebene 1 1 entspricht.
In Fig. 4 ist ein Anwendungsfall verdeutlicht, bei der die Beleuchtungsvorrichtung als Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs 18 ausgebildet ist. Dabei wird eine hochauflösende Scheinwerferlichtverteilung in das Fahrzeugvorfeld umgesetzt. Die Beleuchtungsvorrichtung wird zur Generierung einer Abblendlichtverteilung so ausgelegt, dass jedes einzelne bildgebende Element in der Objektebene 1 1 auf der Projektionsebene 16 im Fokus liegt.
In Fig. 5 ist ein Anwendungsfall verdeutlicht, bei dem die Beleuchtungsvorrichtung als Projektionsvorrichtung im Seitenspiegel 19 eines Fahrzeugs 18 ausgebildet ist. Die Implementierung einer Projektionsvorrichtung im Seitenspiegel 19 ermöglicht die Darstellung von Symbolen, Zeichen oder anderen Elementen entlang der Fahrzeugseite.
Anstelle einer Projektion nach vorne beispielsweise mit einer als Scheinwerfer ausgeführten Ausführungsform oder zur Seite mit einer in den Seitenspiegel integrierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kommen auch Projektionen nach hinten in Betracht, beispielsweise wenn eine entsprechende Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung an oder in der Rückseite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Bezugszeichenliste
1 Objektebene
2 Objektivebene
3 Fokusebene
4 Fahrbahn
5 Projektion
10 Bildgebendes Objekt
10' Virtuelles bildgebendes Objekt
1 1 Objektebene
1 1 ' Virtuelle Objektebene
12 Objektiv
13 Objektivebene
14 Optische Achse
15 Abbild
1 6 Projektionsebene
17 Schnittgerade
18 Fahrzeug
19 Seitenspiegel
20 Spiegel
21 Lot auf der Objektebene
α Verkippungswinkel der Objektivebene gegenüber der Vertikalen α,2 Verkippungswinkel der Objektebene gegenüber der Vertikalen
Δα Winkel zwischen Objektivebene und Objektebene
b Abstand Abbild zu Objektiv
Βι Erster Abschnitt des Abbilds
Β2 Zweiter Abschnitt des Abbilds
g Abstand Objekt zu Objektiv
Gi Erster Abschnitt des bildgebenden Objekts
G2 Zweiter Abschnitt des bildgebenden Objekts
hi Höhe des Objektivs über Fahrbahn
h2 Höhe des Objekts über Fahrbahn Pi Abstand Fahrzeug zu fahrzeugseitigem Ende des Abbilds p2 Abstand Fahrzeug zu fahrzeugabgewandtem Ende des Abbilds pb Abstand Fahrzeug zu Schnittpunkt optischer Achse mit Projektionsebene

Claims

Patentansprüche
1 . Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug (18), umfassend
- ein bildgebendes Objekt (10), das in einer Objektebene (1 1 ) angeordnet ist,
- ein Objektiv (12) zur Projektion des Objekts (10) in eine Projektionsebene (16) außerhalb des Fahrzeugs (18), wobei das Objektiv (12) in einer Objektivebene (13) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Objektebene (1 1 ) und die Objektivebene (13) einen Winkel (Δα) größer 0° und kleiner 90° miteinander einschließen und/oder dass die optische Achse (14) des Objektivs (12) und das Lot (21 ) auf der Objektebene (1 1 ) einen Winkel (Δα) größer 0° und kleiner 90° miteinander einschließen.
2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel (Δα) eine Größe zwischen 0,1 ° und 25°, vorzugsweise zwischen 0,1 ° und 20°, insbesondere zwischen 0,1 ° und 15° aufweist.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Objekt (10) ein DMD oder ein LC- Display oder ein strukturierter Leuchtstoff oder eine Matrix von Lichtquellen wie beispielsweise eine LED-Matrix ist.
4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung mindestens eine Lichtquelle umfasst, deren Licht auf das bildgebende Objekt (10) auftrifft.
5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsebene (1 6), in die die Objektebene (1 1 ) von dem Objektiv (12) im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung projiziert wird, der horizontalen Ebene außerhalb des Fahrzeugs (18) entspricht.
6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektebene (1 1 ), die Objektivebene (13) und die Projektionsebene (1 6) sich in einer gemeinsamen Schnittgeraden (17) schneiden.
7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung einen Spiegel (20) um- fasst, der im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung von dem bildgebenden Objekt (10) ausgehendes Licht in Richtung auf das Objektiv (12) reflektiert.
8. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
eine durch den Spiegel (20) erzeugte virtuelle Objektebene (1 1 '), die Objektivebene (13) und die Projektionsebene (16) sich in einer gemeinsamen Schnittgeraden (17) schneiden.
9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Objekt (10) strukturiert ist, so dass in die Projektionsebene (1 6) eine Struktur, vorzugsweise Symbole und/oder Zeichen projiziert werden, mit denen insbesondere an einen Betrachter Informationen übermittelt werden können.
10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfer, insbesondere ein Frontscheinwerfer, ist oder dass die Beleuchtungsvorrichtung für den Einbau in einen Seitenspiegel (19), einen Kotflügel, einen Kühlergrill o- der einen beliebigen anderen Einbauort geeignet ist.
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