EP3642658A1 - Lichtmodul für eine abstrahleinrichtung, abstrahleinrichtung und verwendung eines optischen monoliths - Google Patents

Lichtmodul für eine abstrahleinrichtung, abstrahleinrichtung und verwendung eines optischen monoliths

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Publication number
EP3642658A1
EP3642658A1 EP18735531.8A EP18735531A EP3642658A1 EP 3642658 A1 EP3642658 A1 EP 3642658A1 EP 18735531 A EP18735531 A EP 18735531A EP 3642658 A1 EP3642658 A1 EP 3642658A1
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EP
European Patent Office
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light
optics
light module
projection
optical
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18735531.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dennis Ochse
Michael Degel
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Jenoptik Optical Systems GmbH
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Optical Systems GmbH filed Critical Jenoptik Optical Systems GmbH
Publication of EP3642658A1 publication Critical patent/EP3642658A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F21W2131/103—Outdoor lighting of streets or roads

Definitions

  • the invention relates to a light module for an emitting device, an emitting device, uses of the light module and a use of an optical monolith.
  • Light modules such as those used in vehicles or for the illumination of streets or rooms, often have a variety of optical elements that are complex to adjust.
  • the object of the invention is to provide an improved light module for an emission device, an improved emission device and a new use of an optical monolith.
  • an optical monolith can be used to realize a projection device of a light module, the optical monolith having at least one free-form surface.
  • the light module can be used for lighting and / or imaging units.
  • the light module can be designed by a suitable simplified optics so that the number of optical interfaces is reduced and also the assembly and adjustment effort is reduced.
  • a lighting unit paired with a projection unit can be opened.
  • the beam path can be folded so that thereby the optically effective surfaces are kept low.
  • a light module also called a projection light module, which contains at least one free-form surface which is realized by at least one optical monolith.
  • a corresponding light module for an emission device comprises at least one light source and at least one projection device, which can image light emerging from the light source into an area in front of the emission device in the form of at least one light distribution.
  • the projection device has an entrance optics, a projection optics and an exit optics.
  • the projection optics are arranged in a beam path between the entrance optics and the exit optics and are designed to modulate an image onto a light beam.
  • the entry optics and / or the exit optics comprise an optical monolith having at least one free-form surface.
  • at least one lighting module can be integrated in the emitting device, which directly emits light of another light source without modulating an image.
  • the emission device is a lamp, a lamp, a display or a headlight.
  • the light source comprises, for example, at least one light-emitting diode, a laser, a halogen lamp or another suitable device for emitting light.
  • the projection device may be formed to generate the light distribution using the light of the light source, which is visible, for example, to a viewer in an area illuminated by the emitting device.
  • the light distribution can image the image, which is modulated by the projection optics to the light of the light source.
  • the projection optics can be designed to use a suitable modulation method for modulating the image.
  • the projection optics can be designed to reflect the light of the light source using an array of movable optics, either in the beam path leading to the exit optics or out of the beam path.
  • the image in the form of a digital image or a control signal representing the digital image can be provided to the projection optics and modulated onto the light beam by the projection optics.
  • An optical monolith can be understood to mean a base body made of a refractive component which has a plurality of functional surfaces. For example, light can be coupled into the monolith via a first refractive surface, reflected on a second surface, and coupled out of the monolith via a second refractive surface.
  • the entrance optics may be formed as the optical monolith or comprise at least one further element, for example a further optical element, in addition to the optical monolith. Accordingly, the exit optics can be formed as the optical monolith or comprise at least one further element, for example a further optical element, in addition to the optical monolith.
  • the optical component in the form of the monolith can be used instead of a multi-lens system.
  • An application relates, for example, to a projection technique based on a so-called digital light processing system for an HD matrix headlight (high-resolution headlight).
  • HD matrix headlight high-resolution headlight
  • An embodiment of the monolith as an innovative optical component also allows an alternative optical and mechanical design.
  • the monolith used for example in the form of a monolithic module, in which no optical elements have to be adjusted to one another, makes it possible that no adjustment processes of the imaging system and thus no adjustment costs are incurred.
  • the components in the overall system can be kept low.
  • the optical monolith may have two aspheric surfaces and one free-form surface. Through the aspherical surfaces, light can be coupled into the monolith and decoupled. The freeform surface can be used to reflect the light within the monolith.
  • Such a monolith can be realized very inexpensively.
  • the optical monolith may have two aspheric surfaces and two free-form surfaces.
  • the two free-form surfaces allow a double reflection of the light in the monolith. This offers, for example, extended possibilities with regard to the emission direction of the light. It can also be used optical monoliths with more than two free-form surfaces.
  • An optical element may be arranged in the beam path.
  • the optical element can be arranged, for example, in an input-side section of the beam path. Additionally or alternatively, the or a further optical element may be arranged in an output-side section of the beam path.
  • a corresponding optical element can also be integrated in the projection optics.
  • the optical element can be used to optimize the light beam path within the projection device. According to one embodiment, the optical element is formed and arranged so that it is located in an input-side and output-side beam path with respect to the projection optics.
  • the light module may comprise at least one further entry optics and additionally or alternatively at least one further exit optics.
  • the corresponding optics may include another optical monolith. Thus, several optical monoliths can be arranged in series.
  • the light module may include a control device that may be configured to control a function of the light module and / or the projection device.
  • the control device may enable an operator to operate the light module and additionally or alternatively the projection device.
  • the controller may be configured to define the image that is modulated onto the light beam and that controls the modulation process, for example, using a control signal.
  • the control device can have an interface to an environment detection device and be designed to control a control signal for controlling the function of the light module and / or the projection device in response to an environment signal received via the interface.
  • the surroundings detection device can be, for example, a camera or a light barrier.
  • the light module can be activated, for example, when an object approaches the area that can be irradiated by the emitting device, or a digital image can be selected which is modulated onto the light beam using the control signal, depending on the situation detected using the surroundings detection device.
  • the light module can be used for a headlight and / or a tail light of a vehicle, for example a motor vehicle, a rail vehicle, a watercraft or aircraft.
  • the light module can also be used for interior lighting or a display in the interior of a vehicle.
  • a use of the light module in a lamp, a street lamp, a traffic light, a hall lamp or a stadium lamp is possible.
  • an optical monolith having at least one free-form surface in order to image light emerging from a light source in the form of at least one light distribution.
  • Figure 1 is a schematic representation of a light module according to an embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a light module according to an embodiment with
  • Figure 3 is a schematic representation of an exit optics according to an embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of an exit optics according to a
  • Figure 5 is a schematic representation of a radiation device according to an embodiment.
  • Figure 6 shows schematic representations of different uses of a radiation device according to an embodiment.
  • the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a light module 100 according to an exemplary embodiment.
  • the light module 100 can be used for example in an emission device of a vehicle, for example in a headlight, or in a street lamp.
  • the light module 1 00 comprises a light source 1 02 and a projection device 104.
  • the light source 102 is designed to emit light, in particular light 106 in the visible range.
  • the light source 102 may generally be used as a lighting, e.g. be understood as at least one LED.
  • the projection device 104 is designed to generate and emit a light distribution 108 using the light 106.
  • the projection device 104 is designed to project the light distribution 108 onto a surface irradiated by the emission device, and thus to make an image, which is shown by the light distribution 108, appear on the surface for a viewer.
  • the light distribution 108 can thus be understood as a bundle of light beams or alternatively as a moving light beam.
  • the projection device 1 04 has an entrance optics 1 10, a projection optics 1 1 2 and an exit optics 1 14.
  • the entrance optics 1 10 represents an input interface, via which the light 106 of the light source is coupled into the projection device 104.
  • the exit optics 1 14 represents an output interface, via which the light distribution 1 08 is coupled out of the projection device 1 04.
  • the projection optical system 1 1 2 is arranged in a beam path extending from the entrance optics 1 10 to the exit optics 1 14, an input-side section 1 1 6 of the beam path extending from the entry optics 1 10 to the projection optics 1 1 2 and an exit-side section 1 18 of the beam path of the projection optics 1 1 2 to the exit lens 1 14 runs.
  • the entrance optics 1 10 is designed to direct the coupled-in light 106 along the input-side section 1 1 6 of the beam path to the projection optics 1 1 2.
  • the projection optical system 1 1 2 is designed to choirmodulieren a digital image on a light beam 1 20 schematically illustrated here.
  • the light beam 120 according to this exemplary embodiment is the light or part of the light conducted by the entrance optics 1 10 along the input-side section 1 1 6 of the beam path onto the projection optical system 1 1 2.
  • the projection optics 1 1 2 at least one movable mirror 122.
  • the mirror 1 22 is movable by an angle 124.
  • the light beam 120 is deflected according to an embodiment of the input-side portion 1 1 6 of the beam path in the output-side portion 1 18 of the beam path to the exit lens 1 14.
  • the mirror 1 22 is in a second position, in this case the right-hand position, then the light beam 1 20 is deflected out of the input-side section 1 1 6 of the beam path out of the output-side section 1 18 of the beam path and thus does not hit the exit optics 1 14.
  • the image is optically generated only within the beam path of the projection device 104.
  • a control signal of a control device is used.
  • the mirror 1 22 may represent a mirror arrangement of a plurality of mirrors, in particular of a plurality of micromirrors, stand.
  • the projection optical system 1 1 2 is designed, for example, as a so-called DLP device (digital light processing device) or DMD device (digital micromirror device device).
  • either the entrance optics 1 1 0 or the exit optics 1 14 is designed as an optical monolith or comprises such an optical monolith.
  • both the entrance optics 1 10 and the exit optics 1 14 are each designed as an optical monolith or each comprise such an optical monolith.
  • the optical monolith comprises at least one free-form surface on which light can be reflected in the interior of the monolith.
  • the entry surfaces are free forms.
  • the light module 100 may comprise at least one further entry optics 110 and additionally or alternatively at least one further exit optics 114.
  • the light module 100 is used for example for a lighting and / or imaging beam path, as for example for motor vehicle headlights, for the vehicle interior and / or vehicle taillights, or for example for lights for illuminating streets, squares, in stadiums or in Halls or as a machine lamp or engine room interior light, is used.
  • the light module 100 comprises at least one light source 102 and at least one projection device 104, which projects the light 106 emerging from the at least one light source 102 into an area in front, behind and / or in the motor vehicle, or from a light onto a surface, such as For example, on a road, or on the tread in stadiums, or on the floor of a hall in sports facilities or in machine shops or warehouses.
  • the light is imaged in the form of at least one light distribution 108.
  • the projection device 104 includes the entrance optics 1 10, the exit lens 1 14, which in turn may have one, two or more exit optics.
  • the light module 100 is designed with a suitable simple optics so that the number of optical interfaces is kept low and also the assembly and adjustment effort is low. At the same time, a lighting unit paired with a projection unit can be developed as a new field of application.
  • the beam path is folded so that thereby the optically effective surfaces are kept low.
  • the light module 100 which is also referred to as a projection light module, which contains at least one free-form surface, which is realized by at least one optical monolith.
  • the light module 100 for an emitting device thus comprises at least one light source 102 and at least one projection device 104, which images the light 106 emerging from the light source 102 into an area in front of the emitting device in the form of at least one light distribution 108.
  • the projection device 104 according to one embodiment comprises an entrance optics 1 10, which has one, two or more entrance optics, the projection optics 1 1 2, which modulates a digital image on the light beam 120, and the exit optics 1 14, which one, two or more Has exit optics.
  • at least one optical monolith with at least one free-form optical system is integrated into the entrance optics 1 10 and / or the exit optics 1 14.
  • the exit optics 1 14 is an optical monolith.
  • the optical monolith is designed such that the imaging quality meets the requirements as required by conventionally known lens systems of imaging optics.
  • the monolith may be made of glass or plastic.
  • the monolith is a PMMA plastic.
  • the plastic may be specifically designed according to the purposes of use.
  • the monolith may be fixed or movable, e.g. be tilted, rotated, rotated, etc., z. B. adjustments, such as distance to the screen, etc. to compensate.
  • the beam path and such measures can be integrated, which allow a colored representation of projected by the light distribution 108 projection image.
  • entrance optics 1 10 and exit optics 1 14 are characterized by using at least one monolithic optic, preferably with freeform optics or freeform optics.
  • entrance optics 1 10 and exit optics 1 1 4 are each equipped with at least one optical monolith.
  • the monolith can be, for example, as input optics 1 10 made of glass and / or as output optics 1 14 made of plastic. By injection molding, monoliths can be produced inexpensively in large quantities.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a light module 100 according to an exemplary embodiment.
  • the light module 100 corresponds to the light module described with reference to FIG. 1, with the difference that the light module shown has an optical element 230.
  • the optical element 230 is arranged both in the input-side section 1 16 of the beam path and in the output-side section 1 18 of the beam path.
  • a corresponding optical element is arranged only in the input-side section 1 1 6 of the beam path or only in the output-side section 1 18 of the beam path.
  • a corresponding first optical element in the input-side portion 1 1 6 of the beam path and a corresponding second optical element in the output-side portion 1 1 8 of the beam path is arranged.
  • the corresponding optical element or its functionality is integrated into the input optics 110 or the output optics 14.
  • FIG. 3 thus shows a simplified representation of the light beam path, as already shown with reference to FIG. 1, in which, however, the suitable optical element is arranged for optimizing the light beam profile, which extends both into the beam path of the projection optics 1 1 2 and /. or the imaging optics, in front of the exit optics 1 14, can be located.
  • the optical element 230 is arranged in the form of a field lens so that it is located in both beam paths.
  • the beam path is specifically influenced. So z. B. by a suitable field lens, the pupil of the illumination or the entrance optics on the pupil of the exit optics 1 14 are mapped. As a result, the size of the exit optics 14 can be kept small without losing light or radiation intensities.
  • an optional control device 232 is shown, which is designed to provide a control signal 234 for controlling the projection optical system 1 1 2 to an interface to the projection optical system 1 1 2.
  • the controller 232 is configured, for example, to provide the control signal 234 using a digital image so that the mirror 122 is moved so that an image corresponding to the digital image is modulated into the light beam 120 and thus an image corresponding to the digital image Light distribution 108 is displayed.
  • the control device 232 has an interface to an environment detection device 236.
  • the surroundings detection device 236 is designed to monitor an environment of the light module 100, in particular an area to which the light distribution 088 is directed.
  • the surroundings detection device 236 is designed to recognize a person approaching the area and to provide an environment signal 238 via an interface to the control device 232 in response to the recognition of the approaching person.
  • the controller 232 is configured to provide the control signal 234 using the environmental gating 238.
  • the control device 232 is designed to select a digital image that is modulated onto the light beam 120, depending on the environment signal 238.
  • the surroundings detection device 236 may be part of the light module 100, part of the emission device or may be located separately from the emission device.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exit optics 1 14 according to an embodiment.
  • This can be an exit optics 14 for a light module, as shown in FIG. 1 or 2.
  • the exit optics 1 14 is a projection optics 1 1 2 downstream, as described for example with reference to Figure 1.
  • the exit optics 14 comprises an optical monolith 340, which has a first aspherical surface 342, a second aspherical surface 344 and a freeform surface 346.
  • FIG. 3 shows the exit optics 1 14 from the monolith 340 consisting of a PMMA lens with two aspheric surfaces 342, 344 and the one free-form surface 346.
  • the surface 342 is realized as an entry surface in the form of a further free-form surface, and additionally or alternatively, the surface 344 is realized as an exit surface in the form of a further free-form surface.
  • Figure 4 shows a schematic representation of an exit optics 1 14 according to an embodiment.
  • This can be an exit optics 14 for a light module, as shown in FIG. 1 or 2.
  • the exit optics 1 14 is a projection optics 1 1 2 downstream, as described for example with reference to Figure 1.
  • the exit lens 1 14 comprises an optical monolith 340, which has a first aspheric surface 342, a second aspherical surface 344, a first free-form surface 346 and a second free-form surface 446.
  • the exit lens 1 14 is formed according to an embodiment of the monolith 340, which consists of a PMMA lens with two aspheric surfaces 342, 344 and two free-form surfaces 346, 446.
  • the exit optics 14 includes a monolithic objective in the form of the monolith 340 as a central component.
  • a basic body of the monolith 340 consists of a refractive component which has a plurality of functional surfaces 342, 344, 346, 446.
  • functional surfaces 342, 344, 346, 446 In the example given here are four functional surfaces 342, 344, 346, 446.
  • the first refractive surface 342 the light is coupled into the monolith 340 before it is reflected at the surfaces 346, 446. Finally, the light is coupled out through the second refractive surface 344.
  • a system with high imaging quality can be designed.
  • the area between the light source 102 and the projection optical system 12 is also referred to as the illumination path, and the area adjoining the projection optical system 1 1 2 and encompassing the monoliths 340 is also referred to as the imaging path.
  • the light 106 can be imaged using the optical monolith 340 in the form of the light distribution 108.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an emission device 500 in the form of a street lamp according to one exemplary embodiment.
  • the emitting device 500 has a light module 100, which is also referred to as a projection module.
  • the light module 100 is configured to emit a light distribution 108 by which a beam imprint 508 is projected onto a surface 560.
  • the emitter 500 further includes a first light module 562 and a second light module 564 that are configured to illuminate at least one portion of the surface 560 adjacent the beam imprint 508.
  • the lighting modules 562, 564 may also be referred to as lighting modules or lighting units.
  • the light modules 562, 564 can each have a light source, the light of which is emitted directly, ie without projection optics and optionally without exit optics, from the emission device 500.
  • FIG. 5 thus shows an example of a street lamp in which a light module 100 for projecting an image in the form of the beam imprint 508 and at least one light module 562, 564 are integrated.
  • Combined lighting and light modules can also be implemented in one unit, which are connected to one another via at least one control device in the form of a control unit, for example a motion control, a light control, a projection surface observation, etc., be managed.
  • the lighting modules 562, 564 can be designed to be switched on and off, which illuminate the surface 560 to be illuminated.
  • the light module 1 00 can be configured to be switched on and off in order to project images and / or information onto the surface 560.
  • the light module 1 00 can mark or also temporarily connect times to a projection surface onto which the light distribution 108 is projected by the beam imprint 508 as a pedestrian crossing in the dark, or to switch it on as needed.
  • Colored representations of the beamprint 508, e.g. B. for green phases are feasible.
  • Such applications e.g. In warehouses for projecting hazards (e.g., approaching forklift behind a shelf), such information can be projected into another hallway. In this case, both symbols or colored designs can be realized.
  • suitable optical elements such as the described with reference to Figure 2 optical element 230, a minimization of the sizes of the projection optics possible.
  • movable design of the light module 100 and / or the light module 562, 564 for example, rotatable, tiltable, pivotable, or possibly the entire or of parts of the radiator 500 in the form of a light system can be placed on very limited projection surfaces very targeted illustrations and / or information , This may be necessary, for example, to illuminate the path or an area for a person or group of people.
  • a signal is transmitted to the light module 100 via an environment detection device, for example via a camera or a light barrier, which temporarily illuminates or projects onto a defined surface or a specific path section through at least one control device.
  • a plurality of radiation sources or projection systems that is to say for example a plurality of light modules 100, to be coupled to one another in order thus to project optimal illumination or targeted information.
  • the described approach can generally be used in a luminaire, a traffic light, a floor lamp or a stadium lamp.
  • a lighting device can be realized with at least one light module 100, which are suitable for example for use in vehicle headlights, tail lights, or for displays in the interior of a vehicle or interior lighting.
  • the projection device of the light module may also be used for an optical unit, such as a street lamp, for projecting information in the form of images or lettering on a surface, such as a lane of a road.
  • an optical unit such as a street lamp
  • targeted information can be transmitted to a driver or to a pedestrian, such as the temporary projecting of a pedestrian crossing onto a lane, or the coloring of the crosswalk in traffic light colors, or hazard warnings, speed limits or other traffic information or guidance.
  • a light distribution as it is understood as a light distribution generated according to relevant standards, according to standards of UN / ECE regulations in the states of the European Union or relevant standards in the other world regions, between the entrance optics and the exit optics at least one Projection technology arranged.
  • This projection technique implemented by projection optics is a technique in which images are generated by modulating a digital image onto a light beam.
  • FIG. 6 shows schematic illustrations of different uses of an emission device 500 according to one exemplary embodiment.
  • the emitter 500 each has a light module, as described with reference to the preceding figures.
  • the emission device 500 may be used in conjunction with a headlight 601, a rear light 603, an interior light 605, a display 607 of a vehicle 609, a street light 61 1 of a traffic light 613, or also a hall light, stadium light, machine light or
  • Engine room interior light can be used.
  • the emitter 500 may additionally be combined with an optical unit having at least one Fresnel optical system.
  • an optical unit having at least one Fresnel optical system on the light input side and at least one associated optical unit of aspherical lens / s is installed behind the emission device 500, not illustrated in the figures.
  • the optical units ideally form a compact unit.
  • the aspherical lens (s) is / are preferably designed in a honeycomb design, for example with definable hexagonal optics / lenses. This makes it possible for the information and / or images to be projected to be additionally modified. Thus, both the size of the images and color intensities can be changed or filter functions can be performed.
  • the edges of the projections are sharpened.
  • a control unit allows these functionalities to be specifically adapted to and adapted to the requirements and external circumstances, such as the provision of projection surfaces, weather effects, stray light effects.

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Abstract

Ein Lichtmodul (100) für eine Abstrahleinrichtung umfasst zumindest eine Lichtquelle (102) sowie zumindest eine Projektionseinrichtung (112), welche ausgeformt ist, um von der Lichtquelle (102) austretendes Licht (106) in einen Bereich vor der Abstrahleinrichtung in Form von zumindest einer Lichtverteilung (108) abzubilden. Die Projektionseinrichtung (104) wiest eine Eintrittsoptik (110), eine Projektionsoptik (112) und eine Austrittsoptik (114) auf, wobei die Projektionsoptik (112) in einem Strahlengang zwischen der Eintrittsoptik (110) und der Austrittsoptik (114) angeordnet und ausgebildet ist, um ein Bild auf einen Lichtstrahl (120) aufzumodulieren. Die Eintrittsoptik (110) und/oder die Austrittsoptik (114) umfassen einen optischen Monolithen mit mindestens eine Freiformfläche.

Description

Lichtmodul für eine Abstrahleinrichtung, Abstrahleinrichtung und Verwendung eines optischen Monoliths
Die Erfindung betrifft Lichtmodul für eine Abstrahleinrichtung, eine Abstrahleinrichtung, Verwendungen des Lichtmoduls und eine Verwendung eines optischen Monolithen.
Lichtmodule, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen oder für die Ausleuchtung von Straßen oder Räumen eingesetzt werden, weisen häufig eine Vielzahl von optischen Elementen auf, die aufwändig zu justieren sind.
Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Lichtmodul für eine Abstrahleinrichtung eine verbesserte Abstrahleinrichtung sowie eine neue Verwendung eines optischen Monolithen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Lichtmodul, eine Abstrahleinrichtung und eine Verwendung eines optischen Monolithen gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
Vorteilhafterweise kann ein optischer Monolith zur Realisierung einer Projektionseinrichtung eines Lichtmoduls verwendet werden, wobei der optische Monolith mindestens eine Freiformfläche aufweist.
Das Lichtmodul kann für Beleuchtungs- und/oder Abbildungseinheiten verwendet werden. Das Lichtmodul kann durch eine geeignete vereinfachte Optik so gestaltet werden, dass die Anzahl optischer Grenzflächen verringert wird und auch der Montage- und Justieraufwand verringert wird. Zugleich kann dadurch neue Einsatzgebiete eine Beleuchtungseinheit gepaart mit einer Projektionseinheit erschlossen werden. Dabei kann der Strahlengang so gefaltet werden, dass dadurch die optisch wirksamen Flächen gering gehalten werden. Dies kann durch ein Lichtmodul, auch Projektions-Lichtmodul genannt, realisiert werden, welches mindestens eine Freiformfläche enthält, die durch mindestens einen optischen Monolith realisiert ist.
Ein entsprechendes Lichtmodul für eine Abstrahleinrichtung umfasst zumindest eine Lichtquelle sowie zumindest eine Projektionseinrichtung, welche von der Lichtquelle austretendes Licht in einen Bereich vor der Abstrahleinrichtung in Form von zumindest einer Lichtverteilung abbilden kann. Dabei weist die Projektionseinrichtung eine Eintrittsoptik , eine Projektionsoptik und eine Austrittsoptik auf. Die Projektionsoptik ist in einem Strahlengang zwischen der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik angeordnet und ist ausgebildet, um ein Bild auf einen Lichtstrahl aufzumodulieren. Die Eintrittsoptik und/oder die Austrittsoptik umfassen einen optischen Monolithen mit mindestens einer Freiformfläche. Auch kann zumindest ein Leuchtmodul in der Abstrahleinrichtung integriert sein, das ohne Aufmodulieren eines Bildes Licht einer weiteren Lichtquelle direkt aussendet. Beispielsweise stellt die Abstrahleinrichtung eine Lampe, eine Leuchte, ein Display oder einen Scheinwerfer dar. Die Lichtquelle umfasst beispielsweise zumindest eine Leuchtdiode, einen Laser, eine Halogenlampe oder eine andere geeignete Einrichtung zur Aussendung von Licht. Die Projektionseinrichtung kann ausgeformt sein, um unter Verwendung des Lichts der Lichtquelle die Lichtverteilung zu generieren, die beispielsweise für einen Betrachter in einem von der Abstrahleinrichtung angestrahlten Bereich sichtbar ist. Die Lichtverteilung kann das Bild abbilden, das von der Projektionsoptik auf das Licht der Lichtquelle aufmoduliert wird. Dazu kann die Projektionsoptik ausgebildet sein, um ein geeignetes Modulationsverfahren zum Aufmodulieren des Bilds anzuwenden. Beispielsweise kann die Projektionsoptik ausgebildet sein, um das Licht der Lichtquelle unter Verwendung einer Anordnung von beweglichen Optiken entweder in den zu der Austrittsoptik führenden Strahlengang hinein oder aus dem Strahlengang heraus zu reflektieren. Dazu kann das Bild in Form eines digitalen Bilds oder eines das digitale Bild repräsentierenden Steuersignals an die Projektionsoptik bereitgestellt werden und von der Projektionsoptik auf den Lichtstrahl aufmoduliert werden. Unter einem optischen Monolith kann ein Grundköper aus einem refraktiven Bauelement verstanden werden, welcher mehrere funktionale Flächen aufweist. Beispielsweise kann Licht über eine erste refraktive Fläche in den Monolith einkoppelt, an einer zweiten Fläche reflektiert und über eine zweite refraktive Fläche aus dem Monolith ausgekoppelt werden. Die Eintrittsoptik kann als der optische Monolith ausgeformt sein oder neben dem optischen Monolithen zumindest ein weiteres Element, beispielsweise ein weiteres optisches Element umfassen. Entsprechend kann die Austrittsoptik als der optische Monolith ausgeformt sein oder neben dem optischen Monolithen zumindest ein weiteres Element, beispielsweise ein weiteres optisches Element umfassen.
Vorteilhafterweise kann das optische Bauteil in Form des Monolithen anstelle eines Mehrlinsensystems eingesetzt werden. Eine Anwendung bezieht sich beispielsweise auf eine Projektionstechnik, die auf einem sogenannten Digital-Light-Processing-System für einen HD-Matrix-Scheinwerfer (hochauflösender Scheinwerfer) beruht. Im Vergleich zu einem Mehrlinsensystem ist die Reduzierung von Montageprozessen und Justageprozessen möglich. Eine Ausgestaltung des Monolith als ein innovativer Optikbaustein ermöglicht zudem ein alternatives optisches und mechanisches Design. Vorteilhafterweise ist es im Vergleich zu mehrlinsigen Optiksystemen nicht erforderlich, in sehr aufwendigen Justageprozessen Linsen so zueinander zu justieren, dass die vorgegebene „ideale" Abbildung möglichst genau erreicht wird. Solche nun vermeidbaren Justageprozesse dauern zum einen sehr lange und sind zum anderen sehr teuer.
Der verwendete Monolith, beispielsweise in Form eines monolithischen Bausteins, bei dem keine optischen Elemente zueinander justiert werden müssen, ermöglicht es, dass keine Justageprozesse des abbildenden Systems und somit auch keine Justagekosten anfallen. Zudem können die Komponenten im Gesamtsystem gering gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der optische Monolith zwei asphärische Flächen und eine Freiformfläche aufweisen. Durch die asphärischen Flächen kann Licht in den Monolith eingekoppelt und ausgekoppelt werden. Die Freiformfläche kann zum Reflektieren des Lichts innerhalb des Monolith verwendet werden. Ein solcher Monolith kann sehr kostengünstig realisiert werden.
Alternativ kann der optische Monolith zwei asphärische Flächen und zwei Freiformflächen aufweisen. Die zwei Freiformflächen ermöglichen ein zweifaches Reflektieren des Lichts im Monolithen. Dadurch bieten sich beispielsweise erweiterte Möglichkeiten bezüglich der Abstrahlrichtung des Lichts. Es sind auch optische Monolithen mit mehr als zwei Freiformflächen einsetzbar.
Ein optisches Element kann in dem Strahlengang angeordnet sein. Das optische Element kann beispielsweise in einem eingangsseitigen Abschnitt des Strahlengangs angeordnet sein . Zusätzlich oder alternativ kann das oder ein weiteres optisches Element in einem ausgangsseitigen Abschnitt des Strahlengangs angeordnet sein. Ein entsprechendes optisches Element kann auch in der Projektionsoptik integriert sein. Das optische Element kann zur Optimierung des Lichtstrahlenverlaufes innerhalb der Projektionseinrichtung eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element so ausgeformt und angeordnet, dass es sich in Bezug auf die Projektionsoptik in einem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Strahlengang befindet.
Das Lichtmodul kann zumindest eine weitere Eintrittsoptik und zusätzlich oder alternativ zumindest eine weitere Austrittsoptik umfassen. Die entsprechende Optik kann einen weiteren optischen Monolithen umfassen. Somit können auch mehrere optische Monolithen in Reihe angeordnet sein.
Das Lichtmodul kann eine Steuerungseinrichtung umfassen, die ausgebildet sein kann, um eine Funktion des Lichtmoduls und/oder der Projektionseinrichtung zu steuern. Die Steuerungseinrichtung kann es einem Bediener ermöglichen, das Lichtmodul und zusätzlich oder alternativ die Projektionseinrichtung zu bedienen. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung ausgebildet sein, um das Bild zu definieren, das auf den Lichtstrahl aufmoduliert wird und den Modulationsvorgang steuern, beispielsweise unter Verwendung eines Steuerungssignals. Die Steuerungseinrichtung kann eine Schnittstelle zu einer Umfelderfassungseinrichtung aufweisen und ausgebildet sein, um ansprechend auf ein über die Schnittstelle empfangenes Umfeldsignal ein Steuerungssignal zum Steuern der Funktion des Lichtmoduls und/oder der Projektionseinrichtung zu steuern. Die Umfelderfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Kamera oder eine Lichtschranke sein. Auf diese Weise kann das Lichtmodul beispielsweise aktiviert werden, wenn sich ein Objekt dem von der Abstrahleinrichtung bestrahlbaren Bereich nähert oder es kann abhängig von der unter Verwendung der Umfelderfassungseinrichtung erfassten Situation ein digitales Bild ausgewählt werden, das unter Verwendung des Steuerungssignals auf den Lichtstrahl aufmoduliert wird.
Es sind eine Vielzahl von Verwendungen des genannten Lichtmoduls möglich. So kann das Lichtmodul für einen Scheinwerfer und/oder eine Rückleuchte eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, eines Schienenfahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs oder Luftfahrzeugs verwendet werden. Auch kann das Lichtmodul für eine Innenbeleuchtung oder ein Display im Innenraum eines Fahrzeugs verwendet werden.
Neben der Verwendung in einem Fahrzeug ist beispielsweise auch eine Verwendung des Lichtmoduls in einer Leuchte, einer Straßenleuchte, einer Ampel, einer Hallenleuchte oder einer Stadionleuchte möglich.
Somit ist allgemein eine Verwendung eines optischen Monoliths mit mindestens einer Freiformfläche möglich, um von einer Lichtquelle austretendes Licht in Form von zumindest einer Lichtverteilung abzubilden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel mit ;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Austrittsoptik gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Austrittsoptik gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Abstrahleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Figur 6 schematische Darstellungen unterschiedlicher Verwendungen einer Abstrahleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Lichtmodul 100 kann beispielsweise in einer Abstrahleinrichtung eines Fahrzeugs, beispielsweise in einem Scheinwerfer, oder in einer Straßenlaterne eingesetzt werden.
Das Lichtmodul 1 00 umfasst eine Lichtquelle 1 02 und eine Projektionseinrichtung 104. Die Lichtquelle 102 ist ausgebildet, um Licht, insbesondere Licht 106 im sichtbaren Bereich, auszusenden. Die Lichtquelle 102 kann allgemein als eine Beleuchtung, z.B. als zumindest eine LED aufgefasst werden. Die Projektionseinrichtung 104 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Lichts 106 eine Lichtverteilung 108 zu erzeugen und auszusenden. Beispielsweise ist die Projektionseinrichtung 104 ausgebildet, um die Lichtverteilung 108 auf eine von der Abstrahleinrichtung bestrahlte Fläche zu projizieren und somit ein von der Lichtverteilung 108 abgebildetes Bild für einen Betrachter auf der Fläche erscheinen zu lassen. Die Lichtverteilung 108 kann somit als ein Bündel von Lichtstrahlen oder alternativ als ein bewegter Lichtstrahl aufgefasst werden.
Die Projektionseinrichtung 1 04 weist eine Eintrittsoptik 1 10, eine Projektionsoptik 1 1 2 und eine Austrittsoptik 1 14 auf. Die Eintrittsoptik 1 10 stellt eine Eingangsschnittstelle dar, über die das Licht 106 der Lichtquelle in die Projektionseinrichtung 104 eingekoppelt wird . Die Austrittsoptik 1 14 stellt eine Ausgangsschnittstelle dar, über die die Lichtverteilung 1 08 aus der Projektionseinrichtung 1 04 ausgekoppelt wird. Die Projektionsoptik 1 1 2 ist dabei in einem von der Eintrittsoptik 1 10 zu der Austrittsoptik 1 14 verlaufenden Strahlengang angeordnet, wobei ein eingangsseitiger Abschnitt 1 1 6 des Strahlengangs von der der Eintrittsoptik 1 10 zu der Projektionsoptik 1 1 2 verläuft und ein ausgangsseitiger Abschnitt 1 18 des Strahlengangs von der der Projektionsoptik 1 1 2 zu der Austrittsoptik 1 14 verläuft.
Die Eintrittsoptik 1 10 ist ausgebildet, um das eingekoppelte Licht 106 entlang des eingangsseitigen Abschnitts 1 1 6 des Strahlengangs auf die Projektionsoptik 1 1 2 zu lenken. Die Projektionsoptik 1 1 2 ist ausgebildet ist, um ein digitales Bild auf einen hier schematisch dargestellten Lichtstrahl 1 20 aufzumodulieren. Bei dem Lichtstrahl 120 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um das von der Eintrittsoptik 1 10 entlang des eingangsseitigen Abschnitts 1 1 6 des Strahlengangs auf die Projektionsoptik 1 1 2 geleitete Licht oder einen Teil des Lichts. Zum Aufmodulieren des Bildes weist die Projektionsoptik 1 1 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest einen beweglichen Spiegel 122 auf. Der Spiegel 1 22 ist um einen Winkel 124 beweglich. Befindet sich der Spiegel 122 in einer ersten Stellung, hier der linken Stellung, so wird der Lichtstrahl 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel aus dem eingangsseitigen Abschnitt 1 1 6 des Strahlengangs in den ausgangsseitigen Abschnitt 1 18 des Strahlengangs zu der Austrittsoptik 1 14 umgelenkt. Befindet sich der Spiegel 1 22 in einer zweiten Stellung, hier der rechten Stellung, so wird der Lichtstrahl 1 20 aus dem eingangsseitigen Abschnitt 1 1 6 des Strahlengangs aus dem ausgangsseitigen Abschnitt 1 18 des Strahlengangs herausgelenkt und trifft somit nicht die Austrittsoptik 1 14. Somit wird das Bild optisch erst innerhalb des Strahlengangs der Projektionseinrichtung 104 erzeugt. Zum Bewegen des Spiegels 1 22 wird beispielsweise ein Steuersignal einer Steuerungseinrichtung verwendet. Der Spiegel 1 22 kann stellvertretend für eine Spiegelanordnung aus einer Mehrzahl von Spiegeln, insbesondere aus einer Mehrzahl von Mikrospiegeln, stehen. Die Projektionsoptik 1 1 2 ist beispielsweise als eine sogenannte DLP-Einrichtung (Digital- Light-Processing-Einrichtung) oder DMD-Einrichtung (Digital-Micromirror-Device- Einrichtung) ausgeführt.
Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist entweder die Eintrittsoptik 1 1 0 oder die Austrittsoptik 1 14 als optischer Monolith ausgeführt oder umfasst einen solchen optischen Monolithen. Alternativ sind sowohl die Eintrittsoptik 1 10 als auch die Austrittsoptik 1 14 jeweils als optischer Monolith ausgeführt oder umfassen jeweils einen solchen optischen Monolithen. Dabei umfasst der optische Monolith jeweils mindestens eine Freiformfläche an der Licht im Inneren des Monolithen reflektiert werden kann. Optional sind auch die Eintrittsflächen (brechend/refraktiv) Freiformen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Lichtmodul 100 zumindest eine weitere Eintrittsoptik 1 10 und zusätzlich oder alternativ zumindest eine weitere Austrittsoptik 1 14 umfassen.
Das Lichtmodul 100 wird beispielsweise für einen Beleuchtungs- und/oder Abbildungsstrahlengang eingesetzt, wie er beispielsweise für Kraftfahrzeug- Scheinwerfer, für den Kfz-Innenraum und/oder Kfz-Rückleuchten, oder beispielsweise für Leuchten zur Ausleuchtung von Straßen, Plätzen, in Stadien oder in Hallen oder als Maschinenleuchte bzw. Maschinenrauminnenleuchte, Verwendung findet. Das Lichtmodul 100 umfasst zumindest die eine Lichtquelle 102 sowie zumindest die eine Projektionseinrichtung 104, welche das von der zumindest einen Lichtquelle 102 austretende Licht 106 in einen Bereich vor, hinter und/oder in dem Kraftfahrzeug, oder von einer Leuchte auf eine Fläche projiziert, wie z.B. auf eine Fahrbahn, oder auf die Lauffläche in Stadien, oder auf den Boden einer Halle in Sporteinrichtungen oder in Maschinenhallen oder Lagerhallen. Dazu wird das Licht in Form von zumindest einer Lichtverteilung 108 abgebildet. Die Projektionseinrichtung 104 umfasst die Eintrittsoptik 1 10, die Austrittsoptik 1 14, welche wiederum eine, zwei oder mehr Austrittsoptiken aufweisen kann.
Das Lichtmodul 100 wird mit einer geeigneten einfachen Optik so gestaltet, dass die Anzahl optischer Grenzflächen gering gehalten wird sowie auch der Montage- und Justieraufwand gering ist. Zugleich kann dadurch als neues Einsatzgebiet eine Beleuchtungseinheit gepaart mit einer Projektionseinheit erschlossen werden.
In der Projektionseinrichtung 1 04 wird der Strahlengang so gefaltet, dass dadurch die optisch wirksamen Flächen gering gehalten werden. Dies erfolgt durch das Lichtmodul 100, das auch als Projektions-Lichtmodul bezeichnet wird, welches mindestens eine Freiformfläche enthält, die durch mindestens einen optischen Monolith realisiert ist.
Das Lichtmodul 100 für eine Abstrahleinrichtung umfasst somit zumindest die eine Lichtquelle 102 sowie zumindest die eine Projektionseinrichtung 104, welche das von der Lichtquelle 102 austretende Licht 106 in einen Bereich vor der Abstrahleinrichtung in Form von zumindest einer Lichtverteilung 108 abbildet. Dabei umfasst die Projektionseinrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Eintrittsoptik 1 10, welche eine, zwei oder mehr Eintrittsoptiken aufweist, die Projektionsoptik 1 1 2, welche ein digitales Bild auf den Lichtstrahl 120 aufmoduliert, und die Austrittsoptik 1 14, welche eine, zwei oder mehr Austrittsoptiken aufweist. Dabei ist mindestens ein optischer Monolith mit mindestens einer Freiformoptik in die Eintrittsoptik 1 10 und/oder die Austrittsoptik 1 14 integriert.
In Figur 1 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine vereinfachte Ausführung des Lichtmoduls 100 dargestellt, bei dem die Austrittsoptik 1 14 ein optischer Monolith ist. Der optische Monolith ist derart gestaltet, dass die Abbildungsqualität den Anforderungen genügt, wie sie durch herkömmlich bekannte Linsensysteme einer Abbildungsoptik erforderlich ist. Der Monolith kann aus Glas oder Kunststoff sein. In einer bevorzugten Ausführung ist der Monolith ein PMMA-Kunststoff. Der Kunststoff kann entsprechend den Verwendungszwecken spezifisch designet sein. Je nach Zweck kann der Monolith fest oder auch beweglich, z.B. gekippt, gedreht, rotiert usw. sein, um z. B. Anpassungen, wie Abstand zur Projektionsfläche etc. zu kompensieren. In den Strahlengang können auch solche Maßnahmen integriert werden, die eine farbige Darstellung des durch die Lichtverteilung 108 projizierten Projektionsbildes ermöglichen.
In einem Ausführungsbeispiel sind Eintrittsoptik 1 10 und Austrittsoptik 1 14 durch Verwendung zumindest einer monolithischen Optik, bevorzugt mit Freiformoptik oder Freiformoptiken gekennzeichnet.
In speziellen Ausführungsbeispielen sind Eintrittsoptik 1 10 und Austrittsoptik 1 1 4 jeweils mit mindestens einem optischen Monolith ausgestattet. Der Monolith kann zum Beispiel als Eingangsoptik 1 10 aus Glas und/oder als Ausgangsoptik 1 14 aus Kunststoff sein. Durch Spritzgussherstellung lassen sich Monolithe kostengünstig in großen Stückzahlen produzieren.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Lichtmodul 1 00 entspricht dem anhand von Figur 1 beschriebenen Lichtmodul, mit dem Unterschied, dass das gezeigte Lichtmodul ein optisches Element 230 aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das optische Element 230 sowohl in dem eingangsseitiger Abschnitt 1 16 des Strahlengangs als auch in dem ausgangsseitigen Abschnitt 1 18 des Strahlengangs angeordnet. Alternativ ist ein entsprechendes optisches Element nur in dem eingangsseitigen Abschnitt 1 1 6 des Strahlengangs oder nur in dem ausgangsseitigen Abschnitt 1 18 des Strahlengangs angeordnet. Alternativ ist ein entsprechendes erstes optisches Element in dem eingangsseitigen Abschnitt 1 1 6 des Strahlengangs und ein entsprechendes zweites optisches Element in dem ausgangsseitigen Abschnitt 1 1 8 des Strahlengangs angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das entsprechende optische Element oder dessen Funktionalität in die Eingangsoptik 1 10 oder die Ausgangsoptik 1 14 integriert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt Figur 3 somit eine vereinfachte Darstellung des Lichtstrahlenverlaufes, wie er bereits anhand von Figur 1 gezeigt ist, bei der jedoch zur Optimierung des Lichtstrahlverlaufes das geeignete optische Element angeordnet ist, welches sich sowohl in den Strahlengang der Projektionsoptik 1 1 2 und/oder der Abbildungsoptik, vor der Austrittsoptik 1 14, befinden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das optische Element 230 in Form einer Feldlinse so angeordnet, dass es sich in beiden Strahlengängen befindet. Dadurch wird der Strahlverlauf gezielt beeinflusst. So kann z. B. durch eine geeignete Feldlinse die Pupille der Beleuchtung bzw. der Eintrittsoptik auf die Pupille der Austrittsoptik 1 14 abgebildet werden. Dadurch kann die Größe der Austrittsoptik 1 14, klein gehalten werden, ohne dabei Licht bzw. Strahlungsintensitäten zu verlieren.
Rein schematisch ist in Figur 2 eine optionale Steuerungseinrichtung 232 gezeigt, die ausgebildet ist, um ein Steuerungssignal 234 zum Steuern der Projektionsoptik 1 1 2 an eine Schnittstelle an die Projektionsoptik 1 1 2 bereitzustellen. Die Steuerungseinrichtung 232 ist beispielsweise ausgebildet, um unter Verwendung eines digitalen Bildes das Steuerungssignal 234 so bereitzustellen, dass der Spiegel 122 so bewegt wird, dass ein dem digitalen Bild entsprechendes Abbild in den Lichtstrahl 120 moduliert wird und somit ein dem digitalen Bild entsprechendes Abbild von der Lichtverteilung 108 abgebildet wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Steuerungseinrichtung 232 eine Schnittstelle zu einer Umfelderfassungseinrichtung 236 auf. Die Umfelderfassungseinrichtung 236 ist ausgebildet, um ein Umfeld des Lichtmoduls 1 00, insbesondere einen Bereich auf den die Lichtverteilung 1 08 gerichtet ist, zu überwachen. Beispielsweise ist die Umfelderfassungseinrichtung 236 ausgebildet, um eine sich dem Bereich nähernde Person zu erkennen und ansprechend auf das Erkennen der sich nähernden Person ein Umfeldsingal 238 über eine Schnittstelle an die Steuerungseinrichtung 232 bereitzustellen. Die Steuerungseinrichtung 232 ist ausgebildet, um das Steuerungssignal 234 unter Verwendung des Umfeldsingais 238 bereitzustellen. Beispielsweise ist die Steuerungseinrichtung 232 ausgebildet, um abhängig von dem Umfeldsingal 238 ein digitales Bild auszuwählen, das auf den Lichtstrahl 120 aufmoduliert wird. Die Umfelderfassungseinrichtung 236 kann Teil des Lichtmoduls 1 00, Teil der Abstrahleinrichtung oder örtlich von der Abstrahleinrichtung getrennt angeordnet sein.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Austrittsoptik 1 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine Austrittsoptik 1 14 für ein Lichtmodul handeln, wie es anhand von Figur 1 oder 2 gezeigt ist. Die Austrittsoptik 1 14 ist einer Projektionsoptik 1 1 2 nachgeschaltet, wie sie beispielsweise anhand von Figur 1 beschrieben ist.
Die Austrittsoptik 1 14 umfasst einen optischen Monolithen 340, der eine erste asphärische Fläche 342, eine zweite asphärische Fläche 344 und eine Freiformfläche 346 aufweist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt Figur 3 die Austrittsoptik 1 14 aus dem Monolith 340 bestehend aus einer PMMA-Linse mit zwei asphärischen Flächen 342, 344 und der einen Freiformfläche 346.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Fläche 342 als eine Eintrittsfläche in Form einer weiteren Freiformfläche realisiert und zusätzlich oder alternativ ist die Fläche 344 als Austrittsfläche in Form einer weiteren Freiformfläche realisiert.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Austrittsoptik 1 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine Austrittsoptik 1 14 für ein Lichtmodul handeln, wie es anhand von Figur 1 oder 2 gezeigt ist. Die Austrittsoptik 1 14 ist einer Projektionsoptik 1 1 2 nachgeschaltet, wie sie beispielsweise anhand von Figur 1 beschrieben ist.
Die Austrittsoptik 1 14 umfasst einen optischen Monolith 340, der eine erste asphärische Fläche 342, eine zweite asphärische Fläche 344, eine erste Freiformfläche 346 und eine zweite Freiformfläche 446 aufweist. Die Austrittsoptik 1 14 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel aus dem Monolith 340 geformt, der aus einer PMMA-Linse mit zwei asphärischen Flächen 342, 344 und zwei Freiformflächen 346, 446 besteht. Durch diese Ausführung ist es möglich durch die Austrittsoptik 1 14 ein Mehrlinsensystem zu ersetzen, wobei beispielhaft ein Projektions- Sensor dargestellt ist und eine mögliche Strahlführung im 90 Grad-Winkel ermöglicht wird.
Die Austrittsoptik 1 14 beinhaltet gemäß einem Ausführungsbeispiel als zentrales Bauelement ein monolithisches Objektiv in Form des Monolithen 340. Hierbei besteht ein Grundköper des Monolithen 340 aus einem refraktiven Bauelement, welcher mehrere funktionale Flächen 342, 344, 346, 446 aufweist. In dem hier aufgeführten Beispiel handelt es sich um vier funktionale Flächen 342, 344, 346, 446. Durch die erste refraktive Fläche 342 wird das Licht in den Monolith 340 einkoppelt, bevor es an den Flächen 346, 446 reflektiert wird. Zum Schluss wird das Licht durch die zweite refraktive Fläche 344 ausgekoppelt. Über die funktionale Gestaltung der vier Flächen 342, 344, 346, 446 kann ein System mit hoher Abbildungsgüte designt werden.
Der Bereich zwischen der Lichtquelle 102 und der Projektionsoptik 1 12 wird auch als Beleuchtungspfad und der sich an die Projektionsoptik 1 1 2 anschließende und den Monolithen 340 umfassende Bereich wird auch als Abbildungspfad bezeichnet.
Somit kann das Licht 106 unter Verwendung des optischen Monolithen 340 in Form der Lichtverteilung 108 abgebildet werden.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Abstrahleinrichtung 500 in Form einer Straßenleuchte gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Abstrahleinrichtung 500 weist ein Lichtmodul 100 auf, das auch als Projektionsmodul bezeichnet wird. Das Lichtmodul 100 ist ausgebildet, um eine Lichtverteilung 108 auszusenden, durch die ein Strahlabdruck 508 auf eine Fläche 560 projiziert wird. Optional weist die Abstrahleinrichtung 500 ferner ein erstes Leuchtmodul 562 und ein zweites Leuchtmodul 564 auf, die ausgebildet sind, um zumindest einen an den Strahlabdruck 508 angrenzenden Bereich der Fläche 560 zu beleuchten. Die Leuchtmodule 562, 564 können auch als Beleuchtungsmodule oder Beleuchtungseinheiten bezeichnet werden. Die Leuchtmodule 562, 564 können jeweils eine Lichtquelle aufweisen, deren Licht direkt, also ohne Projektionsoptik und gegebenenfalls ohne Austrittsoptik von der Abstrahleinrichtung 500 ausgesendet wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt Figur 5 somit ein Beispiel einer Straßenleuchte, bei der ein Lichtmodul 100 zum Projizieren eines Bildes in Form des Strahlabdrucks 508 und zumindest ein Leuchtmodul 562, 564 integriert sind. Es sind auch kombinierte Leucht- und Lichtmodule in einer Einheit realisierbar, die miteinander über mindestens eine Steuerungseinrichtung in Form einer Steuerungseinheit, beispielsweise einer Bewegungssteuerung, einer Lichtsteuerung, einer Projektionsflächenbeobachtung usw., geregelt werden. Hierbei können die Leuchtmodule 562, 564 zu- und abschaltbar gestaltet sein, die die zu beleuchtende Fläche 560 ausleuchten. Ferner kann das Lichtmodul 1 00 zu- und abschaltbar gestaltet sein um Bilder und/oder Informationen auf die Fläche 560 zu projizieren. Das Lichtmodul 1 00 kann im Beispiel eine Projektionsfläche, auf die die Lichtverteilung 108 projiziert wird, durch den Strahlabdruck 508 als Fußgängerüberweg in der Dunkelheit kennzeichnen bzw. auch temporär zu bestimmen Zeiten oder nach Bedarf zuschalten. Farbige Darstellungen des Strahlabdrucks 508, z. B. für Grünphasen sind realisierbar.
Derartige Anwendungen, z.B. in Lagerhallen zur Projektion von Gefahren (z.B. heranfahrender Gabelstapler hinter einem Regal), können so eine Information in einen anderen Gang der Halle projizieren. Hierbei sind sowohl Symbole oder farbige Gestaltungen realisierbar. Auch hier ist durch Verwendung geeigneter optischer Elemente, wie des anhand von Figur 2 beschriebenen optischen Elements 230, eine Minimierung der Größen der Projektionsoptik möglich. Durch bewegliche Gestaltung des Lichtmoduls 100 und/oder des Leuchtmoduls 562, 564, beispielsweise drehbar, kippbar, schwenkbar, oder ggf. des gesamten oder von Teilender Abstrahleinrichtung 500 in Form eines Leuchtensystems lassen sich auf sehr begrenzten Projektionsflächen sehr gezielt Abbildungen und/oder Informationen platzieren . Dies kann zum Beispiel notwendig sein, um begleitend den Weg oder eine Fläche für eine Person oder Personengruppe auszuleuchten. Hierbei wird über eine Umfelderfassungseinrichtung, zum Beispiel über eine Kamera oder eine Lichtschranke, ein Signal an das Lichtmodul 100 gegeben, welches durch mindestens eine Steuerungseinrichtung temporär eine definierte Fläche oder einen bestimmte Wegabschnitte beleuchtet bzw. darauf projiziert.
Auf größeren Projektionsflächen kann es sinnvoll sein, dass mehrere Strahlungsquellen oder Projektionssysteme, also beispielsweise mehrere Lichtmodule 100, miteinander gekoppelt werden, um somit eine optimale Ausleuchtung oder gezielt Informationen zu projizieren.
Entsprechend zu einer Straßenleuchte kann der beschriebene Ansatz allgemein bei einer Leuchte, einer Ampel, einer Hallenleuchte oder einer Stadionleuchte eingesetzt werden.
Somit kann eine Beleuchtungseinrichtung mit zumindest einem Lichtmodul 100 realisiert werden, die beispielsweise auch für den Einsatz in Fahrzeugscheinwerfern, Rückleuchten, oder für Displays im Innenraum eines Fahrzeuges oder einer Innenbeleuchtung geeignet sind.
Das Projektionseinrichtung des Lichtmoduls kann auch für eine Optikeinheit verwendet werden, wie sie zum Beispiel eine Straßenleuchte darstellt, um Informationen in Form von Bildern oder Schriftzügen auf eine Oberfläche, wie eine Fahrbahn einer Straße zu projizieren. So können gezielt Informationen an einen Fahrzeugführer oder an einen Fußgänger übermittelt werden, wie zum Beispiel das temporäre Projizieren eines Fußgängerüberweges auf eine Fahrbahn, oder das Färben des Überweges in Ampelfarben, oder Gefahrenhinweise, Geschwindigkeitsbegrenzungen oder sonstige Verkehrsinformationen oder Leiteinrichtungen.
In einem Ausführungsbeispiel wird zur Generierung einer Lichtverteilung, wie sie als eine gemäß einschlägigen Normen erzeugte Lichtverteilung verstanden wird, nach Normen der UN/ECE Regelungen in den Staaten der Europäischen Union oder einschlägigen Normen in den anderen Weltregionen, zwischen der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik zumindest eine Projektionstechnik angeordnet. Diese von der Projektionsoptik umgesetzte Projektionstechnik ist eine Technik, bei der Bilder erzeugt werden, indem ein digitales Bild auf einen Lichtstrahl moduliert wird.
Figur 6 zeigt schematische Darstellungen unterschiedlicher Verwendungen einer Abstrahleinrichtung 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Abstrahleinrichtung 500 weist jeweils ein Lichtmodul auf, wie es anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist. Beispielswiese kann die Abstrahleinrichtung 500 im Zusammenhang mit einem Scheinwerfer 601 , einer Rückleuchte 603, einer Innenbeleuchtung 605, einem Display 607 eines Fahrzeugs 609, einer Straßenleuchte 61 1 einer Ampel 613 oder auch einer Hallenleuchte, Stadionleuchte, Maschinenleuchte oder
Maschinenrauminnenleuchte eingesetzt werden .
In einer besonderen Ausführung kann die Abstrahleinrichtung 500 zusätzlich mit einer optischen Einheit kombiniert werden, die mindestens eine Fresneloptik aufweist. Hierbei wird hinter der Abstrahleinrichtung 500, in den Figuren nicht dargestellt, eine optische Einheit mit mindestens einer Fresneloptik auf der Lichteingangsseite und mindestens einer zugehörigen optischen Einheit aus asphärischen Linse/n installiert. Die optischen Einheiten bilden idealerweise eine kompakte Einheit.
Die asphärischen Linse/n ist/sind dabei bevorzugt in wabenförmiger Ausführung, zum Beispiel mit definierbaren hexagonalen Optiken/Linsen gestaltet. Dadurch ist es möglich, dass die zu projizierenden Informationen und/oder Bilder zusätzlich veränderbar sind. So können hierdurch sowohl Größe der Abbildungen als auch Farbintensitäten verändert oder Filterfunktionen vorgenommen werden. In vorteilhafter Weise werden die Ränder der Projektionen schärfer abgebildet. Durch eine Steuereinheit lassen sich diese Funktionalitäten den Anforderungen und äußeren Umständen, wie Projektionsflächenbeschaffung, Wettereinflüsse, Störlichteffekte, gezielt beeinflussen und anpassen.

Claims

Patentansprüche
1 . Lichtmodul (1 00) für eine Abstrahleinrichtung (500), umfassend zumindest eine Lichtquelle (1 02) sowie zumindest eine Projektionseinrichtung (1 1 2), welche ausgeformt ist, um von der Lichtquelle (102) austretendes Licht (106) in einen Bereich vor der Abstrahleinrichtung (500) in Form von zumindest einer Lichtverteilung (108) abzubilden, wobei die Projektionseinrichtung (104) eine Eintrittsoptik (1 10), eine Projektionsoptik (1 1 2) und eine Austrittsoptik (1 14) aufweist, wobei die Projektionsoptik (1 1 2) in einem Strahlengang zwischen der Eintrittsoptik (1 10) und der Austrittsoptik (1 14) angeordnet und ausgebildet ist, um ein Bild auf einen Lichtstrahl (120) aufzumodulieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsoptik (1 1 0) und/oder die Austrittsoptik (1 14) einen optischen Monolithen (340) mit mindestens eine Freiformfläche (342, 344, 346; 446) umfasst.
2. Lichtmodul (100) für eine Abstrahleinrichtung (500) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der optische Monolith (340) zwei asphärische Flächen (342, 344) und eine Freiformfläche (346) aufweist.
3. Lichtmodul (100) für eine Abstrahleinrichtung (500) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der optische Monolith (340) zwei asphärische Flächen (342, 344) und zwei Freiformflächen (346; 446) aufweist.
4. Lichtmodul (1 00) für eine Abstrahleinrichtung (500) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Element (230) in einem eingangsseitigen Abschnitt (1 16) des Strahlengangs und/oder in einem ausgangsseitigen Abschnitt (1 1 8) des Strahlengangs angeordnet ist.
5. Lichtmodul (100) für eine Abstrahleinrichtung (500) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul (100) zumindest eine weitere Eintrittsoptik und/oder zumindest eine weitere Austrittsoptik umfasst.
6. Lichtmodul (100) für eine Abstrahleinrichtung (500) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul (100) eine Steuerungseinrichtung (232) umfasst, die ausgebildet ist, um eine Funktion des Lichtmoduls (100) und/oder der Projektionseinrichtung (1 04) zu steuern.
7. Lichtmodul (100) für eine Abstrahleinrichtung (500) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (232) eine Schnittstelle zu einer Umfelderfassungseinrichtung (236) aufweist, und ausgebildet ist, um ansprechend auf ein über die Schnittstelle empfangenes Umfeldsignal (238) ein Steuerungssignal (234) zum Steuern der Funktion des Lichtmoduls (1 00) und/oder der
Projektionseinrichtung (1 04) zu steuern.
Lichtmodul (100) für eine Abstrahleinrichtung (500) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Abstrahleinrichtung 500 eine optische Einheit bestehend aus mindestens einer Fresneloptik und mindestens einer asphärischen Linse installiert ist.
Verwendung eines Lichtmoduls (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Scheinwerfern (601 ) und/oder einer Rückleuchte (603) eines Fahrzeugs (609).
0. Verwendung eines Lichtmoduls (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Innenbeleuchtung (605) oder einem Display (607) im Innenraum eines Fahrzeugs (609).
Verwendung eines Lichtmoduls (100) gemäß einem der Ansprüchen 1 bis 8 in einer Leuchte, einer Straßenleuchte (61 1 ), einer Ampel (613), einer Hallenleuchte oder einer Stadionleuchte.
Verwendung eines optischen Monoliths (340) mit mindestens einer Freiformfläche (342, 344, 346; 446), um von einer Lichtquelle (102) austretendes Licht (1 06) in Form von zumindest einer Lichtverteilung (108) abzubilden.
Abstrahleinrichtung (500), insbesondere Scheinwerfer (601 ) oder Rückleuchte (603) oder Innenbeleuchtung (605) oder Display (607) eines Fahrzeugs (609), Straßenleuchte (61 1 ), Ampel (613), Hallenleuchte, Stadionleuchte, Maschinenleuchte oder Maschinenrauminnenleuchte, mit einem Lichtmodul (100) gemäß einem der Ansprüchen 1 bis 8.
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