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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Emission von Licht, insbesondere zur Erzeugung eines Bildes. Die Vorrichtung weist mindestens eine Lichtquelle, mindestens eine Wärmesenke, einen Diffusor zur Zerstreuung und Homogenisierung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes sowie eine Wärmeleiteinrichtung auf. Die Lichtquelle ist dabei an eine Wärmesenke thermisch gekoppelt ausgebildet.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme zur Bilderzeugung, auch als „Picture Generating Unit“ oder „Image Generating Unit“ bezeichnet und mit PGU oder IGU abgekürzt, werden mit Leuchtdioden mit steigender Leistung und Leuchtintensität sowie speziellen Linsen, insbesondere Kollimatorlinsen, ausgebildet. Die Ausbildung der Systeme zur Bilderzeugung mit Hochleistungsleuchtdioden, im Weiteren auch als Hochleistungs-LED bezeichnet, dient der Steigerung der Intensität der Anzeigebeleuchtung und folglich eines erzeugten virtuellen Bildes. Der Einsatz der Hochleistungs-LED bewirkt zudem ein Ansteigen der Emission von Wärme innerhalb der Systeme, insbesondere im Bereich vor dem lichtemittierenden Element, das heißt speziell im Bereich zwischen dem lichtemittierenden Element, der Kollimatorlinse und einer Anzeigevorrichtung. Infolge der zunehmenden Emission von Wärme steigt die Temperatur im Bereich vor dem lichtemittierenden Element derart an, dass die zulässige Grenze der Arbeitstemperatur der Anzeigevorrichtung überschritten wird. Die Anzeigevorrichtung kann ausfallen beziehungsweise zerstört werden. Der Bereich wird auch als Hochtemperaturbereich bezeichnet.
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Herkömmliche Systeme zur Bilderzeugung weisen eine als Kühlkörper ausgebildete Wärmesenke auf. Mit dem rückseitig an das lichtemittierende Element thermisch gekoppelt angeordneten Kühlkörper kann jedoch die von Hochleistungs-LED emittierte Wärme nicht vollständig abgeführt werden, sodass die Temperatur innerhalb des Hochtemperaturbereichs zwischen der Kollimatorlinse und der Anzeigevorrichtung stark ansteigt.
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Die Systeme zur Bilderzeugung werden auch als Bestandteile von Anzeigevorrichtungen, wie einem sogenannten „head-up-display“, verwendet und beispielsweise im Bereich der Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Unter einem head-up-display, auch als HUD abgekürzt, ist dabei ein Anzeigesystem zu verstehen, bei welchem der Nutzer zum Betrachten der angezeigten Informationen die Haltung des Kopfes beziehungsweise die Blickrichtung in der ursprünglichen Ausrichtung beibehalten kann, da die Informationen in das Sichtfeld projiziert werden. HUD weisen im Allgemeinen eine bildgebende Einheit, welche ein Bild erzeugt, ein Optikmodul und eine Projektionsfläche auf. Das Optikmodul leitet das Bild auf die Projektionsfläche, welche als eine spiegelnde, lichtdurchlässige Scheibe ausgebildet ist. Der Fahrzeugführer sieht die gespiegelten Informationen der bildgebenden Einheit und gleichzeitig die wirkliche Umgebung hinter der Scheibe.
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In der
US 2013 / 0 120 982 A1 wird eine Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einer Leuchtdiode beschrieben. Die Leuchtdiode ist auf einer Grundplatte angeordnet, welche mit einer Leiterplatte ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist zudem einen als Kappe ausgebildeten Diffusor mit einer strukturierten Oberfläche zur Zerstreuung und Homogenisierung des durchstrahlenden Lichtes auf. Der Diffusor umschließt die Leuchdiode und die Leiterplatte. Die Vorrichtung ist zudem mit einem wärmeleitenden Reflektor ausgebildet, welcher die Form einer Schale aufweist, den Diffusor umschließt und wärmeleitend an die Leiterplatte gekoppelt ist. Die Reflektorschale ist mit einer reflektierenden Innenfläche ausgebildet, welche das durch den Diffusor hindurchstrahlende Licht reflektiert. Die Vorrichtung weist eine Wärmesenke auf, um die von der Leuchtdiode erzeugte Wärme abzuleiten. Die Wärmesenke ist wärmeleitend mit dem Reflektor beziehungsweise mit der Leiterplatte verbunden.
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Die
US 2014 / 0 184 996 A1 zeigt eine Anzeigevorrichtung für Fahrzeuge, welche ein virtuelles Bild auf die Frontscheibe in Blickrichtung des Fahrers projiziert, sodass der Fahrer gleichzeitig das virtuelle Bild und die Umgebung betrachten kann. Die Anzeigevorrichtung ist im Armaturenbrett angebracht. Die Anzeigevorrichtung variiert die Polarisation des Lichtes, sodass ein Betrachten des virtuellen Bildes auch mit einer Brille möglich ist, welche einen Polarisationsfilter aufweist.
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Aus der
US 2007/0064174 A1 geht eine Vorrichtung mit einer Lichteinheit und einer Anzeigeeinheit, insbesondere eines HUD, hervor. Die Lichteinheit weist zwischen einem Reflektor und einer Wärmedämmscheibe angeordnete Beleuchtungselemente auf, welche als Lichtquellen ein Flüssigkristall-Paneel durchleuchten. Die zwischen den Beleuchtungselementen und dem Flüssigkristall-Paneel angeordnete Wärmedämmscheibe blockiert die von den Beleuchtungselementen in Richtung einer Diffusorplatte und dem Flüssigkristall-Paneel ausgesendeten Wärmestrahlen, um insbesondere das Flüssigkristall-Paneel vor zu starkem Wärmeeinfall zu schützen.
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In der
EP 1 865 534 B1 wird eine Lichtemissionsvorrichtung mit einem Lichtemissionspaneel und einer dem Lichtemissionspaneel zugewandten Streuplatte zur Streuung des vom Lichtemissionspaneel emittierten Lichts offenbart. Die Vorrichtung weist eine zwischen dem Lichtemissionspaneel und der Streuplatte angeordnete Wärmeableitungsplatte auf, welche aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist. Das Lichtemissionspaneel weist einen aktiven Bereich zur Emission des Lichtes und einen nicht-aktiven Bereich auf, wobei der nicht-aktive Bereich im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene um den aktiven Bereich herum angeordnet ist.
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Zudem werden im Stand der Technik neben den Wärmedämmscheiben und Wärmeableitungsplatten Lüfter, Kühlspulen beziehungsweise wärmeabsorbierende Filter verwendet. Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme weisen eine Vielzahl von Komponenten auf, welche innerhalb des Strahles des von den lichtemittierenden Elementen ausgesendeten Lichts angeordnet sind und die Lichtintensität bis zum Austritt des Lichts aus der Vorrichtung verringern. Die in den Vorrichtungen vorgesehenen Komponenten können die emittierte Wärme nur unzureichend abführen. Zudem stehen die Lichtemissionsvorrichtungen in keiner Verbindung zu einer Anzeigevorrichtung, welche insbesondere vor einem zu großen Wärmeeintrag zu schützen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung und Weiterentwicklung einer Vorrichtung zur Emission von Licht, insbesondere zur Erzeugung eines Bildes, bei welchem die von lichtemittierenden Elementen, beispielsweise Hochleistungs-LED, emittierte Wärme aus einem Hochtemperaturbereich effektiv abgeführt wird, um eine Zerstörung oder Beschädigung der Vorrichtung zu vermeiden. Dabei sind Elemente zum Ableiten der Wärme in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes derart auszubilden, dass Grenztemperaturen einzelner Komponenten nicht erreicht oder überschritten werden. Die Anzahl der Komponenten der Vorrichtung zur Emission von Licht soll minimal sein, um zum einen die Kosten für die Herstellung zu minimieren. Zum anderen sind die Komponenten zum Abführen der Wärme derart auszubilden, dass die Lichtintensität nicht zusätzlich beeinflusst oder verringert wird.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Emission von Licht, insbesondere zur Erzeugung eines Bildes, gelöst. Die Vorrichtung weist mindestens eine Lichtquelle, mindestens eine Wärmesenke, einen Diffusor zur Zerstreuung und Homogenisierung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes sowie eine Wärmeleiteinrichtung auf. Die Lichtquelle ist an eine Wärmesenke thermisch gekoppelt ausgebildet.
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Die thermische Kopplung ermöglicht eine Wärmeübertragung zwischen den miteinander verbundenen Komponenten nicht nur durch Wärmestrahlung oder Konvektion, sondern auch durch direkte Wärmeleitung. Thermisch gekoppelte Komponenten sind somit wärmeleitend miteinander verbunden.
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Nach der Konzeption der Erfindung ist die Wärmeleiteinrichtung an eine Wärmesenke thermisch gekoppelt ausgebildet, sodass von der Lichtquelle erzeugte und emittierte Wärme an die Wärmeleiteinrichtung und von der Wärmeleiteinrichtung an die Wärmesenke übertragen wird. Die Wärmeleiteinrichtung ist zudem erfindungsgemäß als ein Netz oder ein Gitter oder ein Gewebe aus einem Metall sowie als Diffusor zur Zerstreuung und Homogenisierung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes ausgebildet.
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Eine Lichtquelle oder eine Lichteinheit ist dabei ein Wärme ausstrahlendes und lichtemittierendes Element. Als Lichtquelle werden bevorzugt Hochleistungs-LED verwendet.
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Die Wärmeleiteinrichtung ist vorteilhaft aus einem gut wärmeleitenden Material, wie Aluminium, Kupfer, Titan oder Magnesium, oder einer Legierung aus und mit den genannten Komponenten ausgebildet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine erste Wärmesenke und eine zweite Wärmesenke auf. Dabei ist die Lichtquelle an die erste Wärmesenke thermisch gekoppelt ausgebildet. Die Wärmeleiteinrichtung ist mit der zweiten, von der Lichtquelle beabstandet angeordneten Wärmesenke thermisch gekoppelt ausgebildet, sodass von der Lichtquelle erzeugte Wärme an die Wärmeleiteinrichtung und von der Wärmeleiteinrichtung an die zweite Wärmesenke übertragen wird.
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Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Wärmesenke und die zweite Wärmesenke räumlich voneinander getrennt angeordnet. Zwischen den Wärmesenken ist dabei keine direkt wärmeleitende Verbindung ausgebildet. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Wärmesenke und die zweite Wärmesenke miteinander thermisch gekoppelt beziehungsweise einstückig ausgebildet. Damit ist die an die zweite Wärmeleiteinrichtung thermisch gekoppelte Wärmeleiteinrichtung über die zweite Wärmesenke auch mit der ersten Wärmesenke thermisch verbunden.
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Die Wärmesenke ist vorteilhaft als Wandung der Vorrichtung ausgebildet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Wärmeleiteinrichtung zumindest abschnittsweise oder vollumfänglich mit der Wärmesenke thermisch gekoppelt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung mit einem Reflektor ausgebildet ist. Der Reflektor ist in radialer Richtung um die Lichtquelle herum angeordnet, weist an einem zur Lichtquelle distalen Ende eine Öffnung auf und ist an die Wärmesenke thermisch gekoppelt ausgebildet. Damit wird von der Lichtquelle emittierte und sich innerhalb des vom Reflektor umschlossenen Volumens aufstauende Wärme an die Wärmesenke übertragen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Kollimator zum Parallelrichten des Lichtes auf, welcher in Richtung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes angeordnet ist. Zudem ist die Wärmeleiteinrichtung in einer senkrecht zu den vom Kollimator parallelgerichteten Licht ausgerichteten Ebene ausgebildet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Anzeigevorrichtung zur Erzeugung eines Bildes auf. Dabei ist die Wärmeleiteinrichtung in Richtung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes vor der Anzeigevorrichtung und damit zwischen der Lichtquelle und der Anzeigevorrichtung angeordnet, sodass das die Wärmeleiteinrichtung passierende Licht die Anzeigevorrichtung durchleuchtet.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung ist folglich aus einer Lichtquelle mit einer Anzeigevorrichtung als eine Projektoreinheit beziehungsweise ein System zur Bilderzeugung, bevorzugt mit Hochleistungs-LED, und einer Vorrichtung zur Ableitung von Wärme zum thermischen Schutz einzelner Komponenten ausgebildet. Die Projektoreinheit beziehungsweise das System zur Bilderzeugung wird beispielsweise als HUD in Fahrzeugen, in Flugzeugen, Schiffen oder ähnlichem eingesetzt.
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Die Anzeigevorrichtung ist vorteilhaft als TFT-Anzeige ausgebildet.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Wärmesenke als Kühlkörper ausgebildet ist und Rippen zur Wärmeabgabe an Umgebungsluft aufweist.
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Die Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere im Hinblick auf die geringe Anzahl an Komponenten bei effektiver Abfuhr der von den lichtemittierenden Elementen mit hoher Lichtleistung erzeugten Wärme, ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung in Kombination mit optischen Komponenten zur Erzeugung eines virtuellen Bildes in einem Kraftfahrzeug. Dabei wird das virtuelle Bild in einer Blickrichtung eines Fahrzeugführers beim Blick in Fahrtrichtung durch eine Frontscheibe auf die Frontscheibe projiziert. Die Vorrichtung sowie die zusätzlichen optischen Komponenten sind innerhalb eines Armaturenbretts angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
- – geringe Anzahl an Komponenten,
- – minimale Kosten bei der Herstellung und
- – keine Verringerung der Lichtintensität durch zusätzliche Komponenten bei
- – effektive Abfuhr der von den lichtemittierenden Elementen mit hoher Lichtleistung erzeugten Wärme und damit Schutz einer Anzeigevorrichtung vor Beschädigungen durch Überhitzung sowie Gewährleistung einer hohen Lebensdauer.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen eine Vorrichtung zur Emission von Licht, insbesondere zur Erzeugung eines Bildes:
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1: innerhalb einer Anordnung mit optischen Komponenten zum Darstellen von Informationen als virtuelles Bild in einem Kraftfahrzeug,
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2: im zusammengebauten Zustand mit einem ersten und einem zweiten innerhalb eines Armaturenbretts angeordneten Ablenkspiegel,
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3: in Schnittdarstellung mit Kennzeichnung eines Bereichs hoher Temperaturen,
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4: in Schnittdarstellung mit einer im Bereich hoher Temperaturen angeordneten Wärmeleiteinrichtung und
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5: in aufgeschnittener perspektivischer Darstellung.
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Es zeigen
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6a, 6b: Wärmeleiteinrichtungen in verschiedenen Ausführungsformen.
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In 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Emission von Licht, insbesondere zur Erzeugung eines virtuellen Bildes 11, innerhalb einer Anordnung mit optischen Komponenten zum Darstellen von Informationen in einem Kraftfahrzeug gezeigt. Das virtuelle Bild 11 ist in Blickrichtung des Fahrzeugführers 2 beim Blick in Fahrtrichtung durch die Frontscheibe 9 projiziert. Die Vorrichtung 1 ist mit den optischen Komponenten, insbesondere einem ersten Ablenkspiegel 3 und einem zweiten Ablenkspiegel 4, innerhalb des Armaturenbretts 8 angeordnet. Das von der Vorrichtung 1 ausgesendete Bündel 7 aus Lichtstrahlen wird über den planar oder aspherisch und konvex ausgebildeten ersten Ablenkspiegel 3 zum aspherisch und konkav ausgebildeten zweiten Ablenkspiegel 4 geleitet. Das Bündel 7 aus Lichtstrahlen tritt durch eine nicht dargestellte Blendlichtfalle aus dem Armaturenbrett 8 aus. Eine weitere neben der Blendlichtfalle angeordnete Lichtfalle 6 verhindert in Kombination mit der Blendlichtfalle den Austritt von Lichtstrahlen, welche zu Irritationen und Spiegelungen des Fahrzeugführers 2 führen können. Das Bündel 7 aus Lichtstrahlen wird gegen einen vorbestimmten Bereich der Frontscheibe 9 des Kraftfahrzeugs, auch als Projektionsfläche bezeichnet, gelenkt, in welchem die Frontscheibe 9 mit optischen Komponenten zur Darstellung des Bildes ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 zur Emission von Licht und zur Erzeugung des virtuellen Bildes 11 sowie die Ablenkspiegel 3, 4 wirken in Verbindung mit der an der Frontscheibe 9 ausgebildeten Projektionsfläche als HUD.
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Dem Fahrzeugführer 2 wird dabei die Möglichkeit gegeben, den Bereich der Kopfbewegung und der Augenbewegung 10 nicht zu vergrößern, um das virtuelle Bild 11 und die darin enthaltenen Informationen wahrzunehmen. Der Fahrzeugführer 2 kann die Kopfhaltung und die Blickrichtung beibehalten, da die Informationen in sein Sichtfeld projiziert werden, was die Ablenkung des Fahrzeugführers 2 zur Aufnahme der Informationen minimiert. Die Vorrichtung 1 erzeugt das virtuelle Bild 11, welches auf die spiegelnde, lichtdurchlässige Projektionsfläche der Frontscheibe 9 geleitet wird. Der Fahrzeugführer 2 sieht als Nutzer des Frontscheibenprojektors die gespiegelten Informationen der Vorrichtung 1 und gleichzeitig die reale Umgebung in Blickrichtung hinter der Frontscheibe 9. Das virtuelle Bild 11 ist in einem wahrnehmbaren Abstand, der sogenannten Projektionsentfernung S, vom Fahrzeugführer 2 auf einem optischen Pfad 12 abgebildet.
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2 zeigt die Vorrichtung 1 zur Emission von Licht, insbesondere zur Erzeugung eines virtuellen Bildes 11, im zusammengebauten Zustand in Verbindung mit dem ersten Ablenkspiegel 3 und dem zweiten Ablenkspiegel 4, welche innerhalb des Armaturenbretts 8 angeordnet sind.
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Die Vorrichtung 1 sendet das erzeugte Bündel 7 aus Lichtstrahlen in Richtung des Fahrzeugführers 2 auf den ersten Ablenkspiegel 3, welcher die Lichtstrahlen auf den zweiten Ablenkspiegel 4 reflektiert.
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Aus 3 geht die Vorrichtung 1 zur Emission von Licht in Schnittdarstellung mit Kennzeichnung eines Bereichs 21 hoher Temperaturen hervor. 4 zeigt die Vorrichtung 1 zur Emission von Licht mit einer im Bereich hoher Temperaturen 21 angeordneten Wärmeleiteinrichtung 22.
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Die Lichtquelle 13 ist auf einer Leiterplatte 18 angeordnet und über die Leiterplatte 18 mit einer ersten, als Kühlkörper ausgebildeten Wärmesenke 19 thermisch und mechanisch gekoppelt. Der an der Rückseite der Lichtquelle 13 ausgebildete Kühlkörper der ersten Wärmesenke 19 weist luftbeaufschlagte Rippen auf. Als Lichtquelle 13 dienen insbesondere eine Vielzahl an Hochleistungsleuchtdioden, im Weiteren auch als Hochleistungs-LED bezeichnet. Die programmierbar und als Leistungsrelais ausgebildete Leiterplatte 18 ist derart einerseits mit der Lichtquelle 13 und andererseits mit der Wärmesenke 19 verbunden, dass von der Lichtquelle 13 erzeugte Wärme über Wärmeleitung und Wärmestrahlung an den Kühlkörper übertragen wird. Vom Kühlkörper wird die Wärme nach außen an die die Vorrichtung 1 umgebende Luft abgeführt.
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Die Lichtquelle 13 ist im von der Leiterplatte 18 abgewandten Bereich von einem Reflektor 14 umgeben, welcher am zur Lichtquelle 13 distalen Ende eine Öffnung aufweist. Damit wird das gesamte, von der Lichtquelle 13 ausgesendete Licht zur Öffnung des Reflektors 14 geleitet. An der Öffnung des Reflektors 14 ist eine als Kollimator 15 ausgebildete Linse zur Erzeugung eines parallelen Verlaufs der Lichtstrahlen beziehungsweise eines parallelen Lichtstrahlenbündels angeordnet. Der Kollimator 15 bedeckt dabei im Wesentlichen die gesamte Öffnung des Reflektors 14, um alle von der Lichtquelle 13 ausgesendeten Lichtstrahlen parallelgerichtet zu einer Anzeigevorrichtung 17 zu leiten. Zwischen dem Kollimator 15 und der Anzeigevorrichtung 17 ist ein optischer Filter 16 ausgebildet. Die Anzeigevorrichtung 17 ist beispielsweise als eine farbige und hochauflösende TFT-Anzeige, das heißt als Anzeige mit einer Dünnschichttransistoransteuerung oder als Dünnschicht-Transistor-Anzeige, ausgebildet. Die von der Lichtquelle 13 ausgesendeten und vom Kollimator 15 parallelgerichteten Lichtstrahlen durchleuchten die Anzeigevorrichtung 17, um das virtuelle Bild 11 zu erzeugen.
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Da die Hochleistungs-LED zum einen Licht mit einer sehr hohen Intensität aber zum anderen auch eine große Wärmemenge erzeugen und emittieren, steigt die Temperatur innerhalb der Vorrichtung 1, insbesondere im Bereich vor der Lichtquelle 13, an. Der Bereich hoher Temperaturen 21 erstreckt sich dabei im Wesentlichen von der Lichtquelle 13 beziehungsweise dem Kollimator 15 bis zur Anzeigevorrichtung 17. In dem Bereich hoher Temperaturen 21 der Vorrichtung 1 werden bei einer Umgebungstemperatur von 55°C Temperaturen des Kollimators 15 und des Filters 16 von etwa 130°C und bei einer Umgebungstemperatur von 44°C etwa 120°C erreicht. Die Grenztemperatur des Kollimators 15 beträgt etwa 120°C. Die Grenztemperatur des Filters 16 liegt im Vergleich dazu zwischen 95°C und 105°C. Damit werden die zulässigen Grenzen der Arbeitstemperaturen der Anzeigevorrichtung 17 und des Filters 16 überschritten, was zu einer Zerstörung und einem Ausfall der Anzeigevorrichtung 17 und damit der Vorrichtung 1 führen kann.
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Wie aus 4 hervorgeht, ist im Bereich hoher Temperaturen 21 eine Wärmeleiteinrichtung 22 ausgebildet, welche zwischen dem Kollimator 15 und der Anzeigevorrichtung 17, insbesondere zwischen dem Kollimator 15 und dem Filter 16, angeordnet ist. Die Wärmeleiteinrichtung 22 ist in einer senkrecht zu den vom Kollimator 15 parallelgerichteten Lichtstrahlen ausgerichteten Ebene ausgebildet und erstreckt sich jeweils bis zu den Begrenzungen des Bereiches hoher Temperaturen 21 und damit bis zum Gehäuse der Vorrichtung 1. Die Wandung des Gehäuses ist vorteilhaft aus Metall ausgebildet.
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Die Wärmeleiteinrichtung 22 dient dem Ableiten der von den Lichtquellen 13 in Richtung der Anzeigevorrichtung 17 und dem Filter 16 emittierten Wärmestrahlen, um die Anzeigevorrichtung 17 und den Filter 16 vor zu starkem Wärmeeinfall und damit dem Überschreiten von Grenztemperaturen zu schützen.
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Die Wärmeleiteinrichtung 22 ist mit einer zweiten, als Kühlkörper ausgebildeten Wärmesenke 20 thermisch und mechanisch gekoppelt, sodass von der Lichtquelle 13 erzeugte Wärme an die Wärmeleiteinrichtung 22 und von der Wärmeleiteinrichtung 22 im Wesentlichen über Wärmeleitung an die Wärmesenke 20 übertragen wird. Vom Kühlkörper wird die Wärme nach außen an die die Vorrichtung 1 umgebende Luft abgeführt. Der an den Seitenflächen, insbesondere der Oberseite und der Unterseite, der Vorrichtung 1 ausgebildete Kühlkörper der zweiten Wärmesenke 20 weist luftbeaufschlagte Rippen auf.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die erste Wärmesenke 19 und die zweite Wärmesenke 20 miteinander thermisch gekoppelt oder einstückig als eine Wärmesenke ausgebildet, sodass die Wärmeleiteinrichtung 22 über die zweite Wärmesenke 20 auch mit der ersten Wärmesenke 19 thermisch verbunden ist.
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Die Wärmeleiteinrichtung 22 ist dabei zum einen zum Ableiten von Wärme an die zweite Wärmesenke 20 und zum anderen als Diffusor für das von der Lichtquelle 13 emittierte Licht ausgebildet. Der Diffusor ist als lichtstreuendes Element geeignet, hartes direktes Licht weicher zu machen und starke Licht-Schatten-Kontraste und störende Reflexe zu verringern. In Kombination mit der Vorrichtung 1 bewirkt der Diffusor eine gleichmäßige Ausleuchtung der Anzeigevorrichtung 17.
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5 zeigt die Vorrichtung 1 zur Emission von Licht, insbesondere zur Erzeugung eines Bildes 11, in aufgeschnittener perspektivischer Darstellung. Die Leiterplatte 18 ist mit den vorderseitig angeordneten Lichtquellen 13 mit der ersten Wärmesenke 19 thermisch und mechanisch gekoppelt. Die von der Lichtquelle 13 abgewandte Rückseite der Leiterplatte 18 liegt flächig am Kühlkörper der ersten Wärmesenke 19 an. Dabei ist die Leiterplatte 18 über nicht dargestellte Halteelemente am Kühlkörper befestigt. Der um die Lichtquelle 13 herum angeordnete Reflektor 14 liegt mit einem sehr großen Anteil der Gesamtfläche am Kühlkörper der zweiten Wärmesenke 20 an und ist folglich mit dem Kühlkörper thermisch gekoppelt, sodass die von den Lichtquellen 13 emittierte und sich innerhalb des vom Reflektor 14 umschlossenen Volumens aufstauende Wärme nach außen an die Luft der Umgebung abgeführt wird.
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Die im Bereich hoher Temperaturen 21 und senkrecht zu den parallelgerichteten Lichtstrahlen ausgerichtet angeordnete Wärmeleiteinrichtung 22 erstreckt sich jeweils bis zum Gehäuse der Vorrichtung 1, welches allseits als Kühlkörper der zweiten Wärmesenke 20 ausgebildet ist. Damit ist die Vorrichtung 1 rückseitig vom Kühlkörper der ersten Wärmesenke 19 und umseitig sowie vorderseitig beziehungsweise frontseitig vom Kühlkörper der zweiten Wärmesenke 19 umschlossen. Der an den Seitenfläche und der Frontseite der Vorrichtung 1 ausgebildete Kühlkörper der zweiten Wärmesenke 20 weist luftbeaufschlagte Rippen auf. Die Wärmeleiteinrichtung 22 ist an allen Kantenbereichen mit dem Kühlkörper der zweiten Wärmesenke 20 thermisch gekoppelt, sodass die von der Wärmeleiteinrichtung 22 aufgenommene Wärme über Wärmeleitung an den Kühlkörper und vom Kühlkörper an die die Vorrichtung 1 umgebende Luft übertragen wird.
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Die von der Lichtquelle 13 ausgesendeten und parallelgerichteten Lichtstrahlen gelangen durch den nicht dargestellten Kollimator und die Wärmeleiteinrichtung 22 zum Filter 16 und zur Anzeigevorrichtung 17, um die Anzeigevorrichtung 17 zu durchleuchten und das virtuelle Bild 11 zu erzeugen. Die Anzeigevorrichtung 17 ist über ein Befestigungselement 23 an der Frontseite der Vorrichtung 1 angeordnet. Im Bereich der Anzeigevorrichtung 17 ist das Gehäuse, insbesondere der Kühlkörper der zweiten Wärmesenke 20 mit einer Öffnung ausgebildet, durch welche die von der Lichtquelle 13 emittierten und die Anzeigevorrichtung 17 durchleuchtenden Lichtstrahlen aus der Vorrichtung 1 austreten.
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Die 6a und 6b zeigen als Diffusoren ausgebildete Wärmeleiteinrichtungen 22', 22'' in verschiedenen Ausführungsformen. Die Wärmeleiteinrichtungen 22', 22'' sind jeweils als ein Netz, Gitter oder Gewebe, insbesondere aus einem Metall, ausgebildet und dienen neben der Ableitung von Wärme auch als Lichtdiffusor, welcher fest mit einem Kühlkörper verbunden ist. Die Wärmeleiteinrichtung 22', 22'' führt die Wärme von einer Zentralachse des Bündels aus Lichtstrahlen nach außen, zum Kühlkörper der zweiten Wärmesenke 20 hin ab. Die Wärmeleiteinrichtungen 22', 22'' sind aus einem gut wärmeleitenden Material, das heißt einem Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten, wie Aluminium, Kupfer, Titan oder Magnesium, ausgebildet.
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Das Licht trifft im Wesentlichen senkrecht auf die Wärmeleiteinrichtung 22', 22'' auf durch die innerhalb des Netzes, Gitters oder Gewebes ausgebildeten Öffnungen hindurch, wird dabei vergleichmäßigt und weiter zur Anzeigevorrichtung 17 geleitet. Die Wärmeleiteinrichtungen 22', 22'' weisen eine für das Licht homogenisierende Form auf.
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Die Vorrichtung 1 ist in allen Systemen zur Bilderzeugung, wie HUD, PGU, IGU, Lichteinheiten und Projektoreinheiten mit Hochleistungs-LED oder anderen lichtemittierenden Elementen, welche neben dem Licht auch Wärme emittieren, anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Fahrzeugführer
- 3
- erster Ablenkspiegel
- 4
- zweiter Ablenkspiegel
- 6
- Lichtfalle
- 7
- Bündel aus Lichtstrahlen
- 8
- Armaturenbrett
- 9
- Frontscheibe
- 10
- Bereich Kopfbewegung und Augenbewegung Fahrzeugführer 2
- 11
- virtuelles Bild
- 12
- optischer Pfad
- 13
- Lichtquelle
- 14
- Reflektor
- 15
- Kollimator
- 16
- Filter
- 17
- Anzeigevorrichtung
- 18
- Leiterplatte
- 19
- erste Wärmesenke
- 20
- zweite Wärmesenke
- 21
- Bereich hoher Temperatur
- 22, 22', 22''
- Wärmeleiteinrichtung = Lichtdiffusor
- 23
- Befestigungselement Anzeigevorrichtung 17
- S
- Projektionsentfernung
