Die Erfindung bezieht sich auf einen Scheinwerfer für Fahrzeuge, mit zumindest einer Lichtquelle und einer dieser zugeordneten Beleuchtungsoptik , mit einem Mikrospiegelarray und mit einer Abbildungsoptik, wobei der Lichtquelle und dem Mikrospiegelarray eine zentrale Recheneinheit mit einer Lichtquellen-Ansteuerung und einer Arrayansteuerung zugeordnet ist, die geformten Lichtstrahlen der zumindest einen Lichtquelle auf das Mikrospiegelarray gerichtet sind und das von diesem strukturierte, reflektierte Lichtbündel über die Abbildungsoptik als Lichtbild in den Verkehrsraum projiziert wird.

Unter dem Begriff„Scheinwerfer" ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht nur ein kompletter Fahrzeugscheinwerfer zu verstehen sondern ebenso eine

Beleuchtungseinheit, welche beispielsweise zusammen mit anderen Beleuchtungseinheiten Teil eines Scheinwerfers bilden kann.

Bei der Entwicklung der gegenwärtigen Scheinwerfersysteme steht immer mehr der Wunsch im Vordergrund, ein möglichst hochauflösendes Lichtbild auf die Fahrbahn projizieren zu können, das rasch geändert und den jeweiligen Verkehrs-, Straßen- und Lichtbedingungen angepasst werden kann. Der Begriff„Fahrbahn" wird hier zur vereinfachten Darstellung verwendet, denn selbstverständlich hängt es von den örtlichen Gegebenheiten ab, ob sich ein Lichtbild tatsächlich auf der Fahrbahn befindet oder auch darüber hinaus erstreckt. Prinzipiell entspricht das Lichtbild im hier verwendeten Sinn einer Projektion auf eine vertikale Fläche entsprechend der einschlägigen Normen, die sich auf die KFZ- Beleuchtungstechnik beziehen.

Entsprechend dem genannten Bedürfnis sind unterschiedliche Scheinwerfersysteme entwickelt worden, wie insbesondere mit scannenden, modulierten Laserstrahlen arbeitende Scheinwerfer, wobei lichttechnischer Ausgangspunkt zumindest eine

Laserlichtquelle ist, die einen Laserstrahl abgibt, und welcher eine Laseransteuerung zugeordnet ist, die zur Stromversorgung sowie zur Überwachung der Laseremission oder z.B. zur Temperaturkontrolle dient und auch zum Modulieren der Intensität des

abgestrahlten Laserstrahls eingerichtet ist. Unter "Modulieren" ist dabei zu verstehen, dass die Intensität der Laserlichtquelle geändert werden kann, sei es kontinuierlich oder im Sinne eines Ein- und Ausschaltens gepulst. Wesentlich ist, dass die Lichtleistung analog dynamisch geändert werden kann, je nachdem, an welcher Winkelposition ein den Laserstrahl ablenkender Spiegel steht. Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit des Ein- und Ausschaltens für eine gewisse Zeit, um definierte Stellen nicht zu beleuchten oder auszublenden. Die Ansteuerung der Laserlichtquellen und der zur Strahlablenkung dienenden Mikrospiegel erfolgt über eine Recheneinheit, auch kurz ECU (Electronic oder Engine Control Unit) genannt. Ein Beispiel eines dynamischen Ansteuerungskonzepts zur Erzeugung eines Bildes durch einen scannenden Laserstrahl ist etwa in dem Dokument AT 514633 der Anmelderin beschrieben.

Da derartige Scheinwerfersysteme zum Teil sehr aufwändig und teuer sind, sodass der Wunsch besteht, ökonomische Scheinwerfer zu schaffen, welche dennoch eine hohe Flexibilität hinsichtlich des erzeugten Lichtbilds aufweisen, sind auch Scheinwerfer bekannt geworden, welche als Lichtbearbeitungselemente Bildgeber zu verwenden, die eine große Anzahl ansteuerbarer Pixelfelder aufweisen. So zeigt die DE 10 2013 215 374 AI Lösungen, bei welchen das Licht einer Lichtquelle über ein Lichtleitelement zu einem LCD-Bildgeber zu einem LCoS-Chip oder zu einer Mikrospiegelanordnung („DMD") gelenkt wird, um dann über eine Projektionsoptik auf die Fahrbahn projiziert zu werden.

DMD ist ein Akronym, das für„Digital Micromirror Device" gebraucht wird, somit für ein Mikrospiegel-Array oder Mikrospiegel-Matrix. Solch ein Mikrospiegel-Array besitzt sehr kleine Abmessungen, typischerweise in der Größenordnung von 10 mm. Bei einem DMD sind Mikrospiegelaktoren matrixartig angeordnet, wobei jedes einzelne Spiegelelement, das beispielsweise eine Kantenlänge von etwa 16 μιη aufweist, um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 20°, verkippbar ist, beispielsweise durch elektromagnetische oder

piezoelektrische Aktoren. Die Endlagen eines Mikrospiegels werden als EIN-Zustand bzw. AUS-Zustand bezeichnet, wobei EIN-Zustand bedeutet, dass Licht von dem Mikrospiegel über die Abbildungsoptik auf die Straße gelangt, wogegen es im AUS-Zustand beispielsweise auf einen Absorber gelenkt wird. Üblicherweise muss nämlich auch für eine Absorption jener Lichtstrahlen gesorgt werden, die von Mikrospiegeln in deren nicht„aktiven" Winkellage ausgehen und die nicht über die Abbildungsoptik auf die Straße projiziert werden. Hierzu werden Absorber bzw. Absorberflächen eingesetzt, welche die sonst schädlichen

Lichtstrahlen absorbieren und in Wärme umwandeln.

Jeder Mikrospiegel ist im Winkel einzeln verstellbar, wobei zwischen den Endlagen innerhalb einer Sekunde bis zu 5000 mal gewechselt werden kann. Die Anzahl der Spiegel entspricht der Auflösung des projizierten Bilds, wobei ein Spiegel ein oder mehrere Pixel darstellen kann. Mittlerweile sind DMD-Chips mit hohen Auflösungen im Megapixel-Bereich erhältlich. Die verstellbaren Einzelspiegeln zugrunde liegende Technologie ist die Micro-Electro- Mechanical-Systems-(MEMS) Technologie.

Während die DMD-Technologie zwei stabile Spiegel-Zustände aufweist und durch eine Modulation zwischen den beiden stabilen Zuständen die Reflexionen eingestellt werden können, weist die„Analog Micromirror Device" (AMD) Technologie die Eigenschaft auf, dass die Einzelspiegel in variablen Spiegelpositionen eingestellt werden können.

Ein Scheinwerfer auf Basis eines Mikrospiegel-Arrays ist beispielsweise in der DE 195 30 008 AI beschrieben.

In Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen will man in möglichst kompakter Bauweise oft mehrere Lichtfunktionen verwirklichen, wie insbesondere Fernlicht, Abblendlicht,

Tagfahrlicht und Kurvenlicht. Von einem Mikrospiegelkonzept ausgehend, werden in diesem Fall mehrere Mikrospiegel-Arrays und mehrere Linsen für die Abbildungsoptik benötigt, was zu hohen Material- und Herstellungskosten führt.

Die Ausgestaltung eines Leuchtdichtemusters wird nicht nur über die Modulation der Primärlichtquelle durchgeführt sondern auch über unterschiedliche Arrayansteuerungen für verschiedene Lichtverteilungen, wie Fernlicht, Abblendlicht mit oder ohne Asymmetrie, Ausblendszenarien usw., wobei unterschiedliche Arrayansteuerungen die einzelnen

Mikrospiegelelemente in Abhängigkeit der gewünschten Lichtverteilung aktivieren. Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Scheinwerfers, welcher kostengünstig herstellbar ist, aber dennoch eine große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der erzeugbaren Lichtbilder besitzt.

Diese Aufgabe wird mit einem Scheinwerfer der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß zumindest zwei Lichtquellen vorgesehen sind, deren Lichtstrahlen auf ein den Lichtquellen gemeinsames Mikrospiegelarray gerichtet sind und dem von diesem reflektierten Lichtbündel zumindest zwei Bereiche einer einzigen Abbildungsoptik zugeordnet sind.

Dank der Erfindung können mehrere Lichtfunktionen mit einer einem einzigen

Mikrospiegelarray und einer einzigen Abbildungsoptik realisiert werden, was die

Gesamtkonstruktion vereinfacht und kostengünstiger macht. Die Aufteilung auf mehrere Lichtquellen, die meist leistungsintensiv sind, erleichtert auch die Kühlung.

Vorteilhaft ist es weiters, wenn die geformten Lichtstrahlen der Lichtquellen unter unterschiedlichen Einfallswinkeln auf das Mikrospiegelarray gerichtet sind.

Auch ist es empfehlenswert, wenn die aktive Spiegelfläche des Mikrospiegelarrays in Teilbereiche aufgeteilt ist, welche den einzelnen Lichtquellen zugeordnet sind.

Es kann zweckmäßig sein, wenn jeder Lichtquelle eine zwischen dieser und dem

gemeinsames Mikrospiegelarray gelegene Beleuchtungsoptik zugeordnet ist.

Andererseits kann man im Sinne einer besonders kompakten Bauweise vorsehen, dass zwei oder mehreren Lichtquellen eine zwischen diesen und dem gemeinsames Mikrospiegelarray gelegene Beleuchtungsoptik zugeordnet ist.

Zu einer kostengünstigen und platzsparenden Bauweise gelangt man weiters, falls die zwei Bereiche der einzigen Abbildungsoptik übereinander gelegen und aus einem Körper aus optischem Glas/Kunststoff linsenartig ausgebildet sind.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Linsenkörper im vorderen Bereich des Scheinwerfers gelegen ist und zwischen dem Mikrospiegelarray und dem Linsenkörper eine als

Linse/Linsensystem ausgebildete Teiloptik angeordnet ist.

Eine andere vorteilhafte Ausbildung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Bereich der einzigen Abbildungsoptik einer der mehreren Lichtquellen zugeordnet ist, wogegen ein weiterer Bereich der Abbildungsoptik zwei oder mehr Lichtquellen zugeordnet ist.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser

Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 für die Erfindung wesentliche Komponenten einer ersten Ausführungsform eines Scheinwerfers mit einem Mikrospiegelarray in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine zweite beispielsweise Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen vereinfachten Darstellung mit Hervorhebung der für die Erfindung wesentlichen

Komponenten, Fig. 3 in vergrößerter perspektivischer Ansicht ein erstes Beleuchtungsmodul der Ausführung nach Fig. 2, jedoch aus einem anderen Blickwinkel gesehen,

Fig.4 in vergrößerter perspektivischer Ansicht ein zweites Beleuchtungsmodul der

Ausführung nach Fig. 2, jedoch aus einem anderen Blickwinkel gesehen,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines bei der Erfindung beispielsweise verwendeten DLP-Bauteils mit einem Mikrospiegelarray und

Fig. 6 eine verkleinerte Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 2 zur Veranschaulichung der gegen die Horizontale geneigten optischen Achsen der beiden Beleuchtungsmodule.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Insbesondere sind die für einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer wichtigen Teile dargestellt, wobei es klar ist, dass ein KFZ-Scheinwerfer noch viele andere Teile enthält, die seinen sinnvollen Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wie insbesondere einem PKW oder Motorrad, ermöglichen. Lichttechnischer Ausgangspunkt des Scheinwerfers sind im vorliegenden Fall zwei Lichtquellen 1A und 1B, die je einen Lichtstrahl 2A, 2B abgeben, und welchen eine Ansteuerung 3 zugeordnet ist, wobei diese Ansteuerung 3 zur

Stromversorgung der Lichtquellen 1A und 1B sowie zur deren Überwachung oder z.B. zur Temperaturkontrolle dient und auch zum Modulieren der Intensität des abgestrahlten Lichtstrahls eingerichtet sein kann. Unter "Modulieren" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Intensität der Lichtquelle geändert werden kann, sei es kontinuierlich oder gepulst, im Sinne eines Ein- und Ausschaltens. Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit des Ein- und Ausschaltens für eine gewisse Zeit.

Als Lichtquellen kommen nicht nur durch Laserstrahlung angeregte Phosphorelemente in Frage, sondern es können auch klassische LEDs oder Hochstrom-LEDs verwendet werden. Es können auch sogenannte„LED-packages" Verwendung finden, die neben einer kleinen, z.B. 1 bis 2 mm ² großen lichtemittierenden Fläche auch das Substrat auf der LED-Platine und deren Trägerplatte umfassen. I n bevorzugter Weise werden LED-Lichtquellen verwendet, welche mit hohen Strömen betrieben werden können, um bei möglichst hohem Lichtstrom eine möglichst hohe Leuchtdichte auf dem DMD-Chip zu erreichen. Die Ansteuersignale der Lichtquellen sind mit USA und USB bezeichnet.

Die Ansteuerung 3 erhält ihrerseits wiederum Signale von der zentralen Recheneinheit 4, welcher Sensorsignale si ... si ... s _n zugeführt werden können. Diese Signale können einerseits beispielsweise Schaltbefehle zum Umschalten von Fernlicht auf Abblendlicht sein oder andererseits Signale, die beispielsweise von Sensoren, wie Kameras, aufgenommen werden, welche die Beleuchtungsverhältnisse, Umweltbedingungen und/oder Objekte auf der Fahrbahn erfassen. Auch können die Signale von einer Fahrzeug-Fahrzeug- Kommunikationsinformation stammen. Die hier schematisch als Block gezeichnete

Recheneinheit 4 kann vollständig oder teilweise in dem Scheinwerfer enthalten sein, wobei der Recheneinheit 4 auch eine Speichereinheit 5 zugeordnet ist.

Den Lichtquellen 1A, 1B ist eine Optik 6A bzw. 6B nachgeordnet, deren Ausbildung unter anderem von der Art, Anzahl und der räumlichen Platzierung der verwendeten Leuchtmittel, wie Laserdioden oder LEDs sowie von der erforderlichen Strahlqualität abhängt, und welche vor allem dafür sorgen soll, dass das von der Lichtquelle abgegebene Licht möglichst homogen auf die Mikrospiegel eines Mikrospiegelarrays 7 trifft.

Der fokussierte bzw. geformte Lichtstrahl 2 gelangt nun zu diesem Mikrospiegelarray 7, auf welchem durch entsprechende Stellung der einzelnen Mikrospiegel ein Leuchtbild 8 geformt wird, welches über eine Abbildungsoptik 9 als Lichtbild 10 auf eine Fahrbahn 11 oder ganz allgemein in den Verkehrsraum projiziert werden kann. Die Abbildungsoptik 9 weist bei dieser Ausführungsform einen Linsenkörper 9k mit zwei Bereichen 9kA und 9kB auf, die hier übereinander angeordnet sind und die gemeinsam aus optischem Glas oder Kunststoff linsenartig geformt sind. Die Recheneinheit 4 liefert Signale s _a an eine Arrayansteuerung 12, welche die einzelnen Mikrospiegel des Arrays 7 in der dem gewünschten Lichtbild

entsprechenden Weise ansteuert. Die einzelnen Mikrospiegel des Arrays 7 können hinsichtlich der Frequenz, der Phase und des Auslenkwinkels individuell angesteuert werden.

In Fig. 1 ist auch ein weiter oben bereits erwähnter Absorber 13 eingezeichnet, der im Allgemeinen für eine hohe Qualität des erzeugten Bildes wichtig ist.

Die aktive Spiegelfläche des Mikrospiegelarrays 7 ist hier in Teilbereiche 7A und 7B

aufgeteilt, welche den beiden Lichtquellen 1A, 1B zugeordnet sind. Weiters sind dem von dem Array 7 bzw. von dessen Teilbereichen 7A, 7B reflektierten Lichtbündel zwei Bereiche 9A, 9B der Abbildungsoptik 9 zugeordnet, wobei sich in der Folge auch das Lichtbild 10 aus zwei Bildbereichen 10A und 10B zusammensetzt.

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung auf Basis eines Scheinwerfers nach Fig. 1 beschrieben, jedoch mit weiteren

erfindungswesentlichen Komponenten, wobei für die Erläuterung der Erfindung nicht wesentliche, in Fig. 1 bereits dargestellte Komponenten weggelassen sind und ebenso andere mechanische Teile, wie Befestigungsmittel, Gehäuse, Kühleinrichtungen,

Stromversorgungen und dgl. mehr.

Im Einzelnen erkennt man die erste Lichtquelle 1A mit der ersten Beleuchtungsoptik 6A, wozu ergänzend auf die vergrößerte Darstellung der Fig. 3 verwiesen wird. Die erste

Lichtquelle 1A besitzt einen LED-Chip 14 mit Anschlusskontakten 15 und mit einer lichtemittierenden Fläche 16 einer Hochleistungs-LED. Die der Lichtquelle 1A bzw. der zugehörigen Beleuchtungsoptik 6A zugeordnete optische Achse ist mit dem Bezugszeichen 17A bezeichnet.

Im Gegensatz zu der Lichtquelle 1A besteht die Lichtquelle 1B aus drei Teillichtquellen 1B-1, 1B-2 und 1B-3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede dieser Teillichtquellen ebenso aufgebaut wie die Lichtquelle 1A, sodass auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann. Hier und im Folgenden werden für gleiche oder vergleichbare Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Um das von den lichtemittierenden Flächen 16 abgestrahlte Licht der drei Teillichtquellen 1B-1, 1B-2 und 1B-3 zu einem zusammengesetzten Lichtstrahl 2B mit im Wesentlichen einer optischen Achse 17B zusammenzufassen, ist für diese Lichtquellen eine etwas aufwändigere Beleuchtungsoptik 6B erforderlich, die hier aus einer lichtquellennahen Linsenkombination, bestehend aus drei Teillinsen 6B-1, 6B-2, 6B-3 und aus einer weiteren, den Teillinsen nachgeordneten Linse 6B-4 besteht, was aus Fig. 4 hervorgeht. Die Beleuchtungsoptiken, die nicht im Detail dargestellt und als solche nicht Gegenstand der Erfindung sind, sind bevorzugt mehrstufige Optiken, welche die Lambertschen Abstrahlungscharakteristiken einfangen und je zu einem Leuchtfleck 18A, 18B, 18C geeigneter Geometrie auf dem

Spiegelarray 7 formen müssen. In Fig. 4 sind schematisch solche Leuchtflecken angedeutet.

Das Array 7 besteht aus einer Matrix von Mikrospiegeln und ist der optisch wesentliche Bereich eines DMD-Bauteils 19. Solche DMD-Bauteile enthalten außer dem

Mikrospiegelarray meist Teilbereiche der Treiberelektronik und sind mit einer

wirkungsvollen Kühlung ausgestattet, wie bereits eingangs erwähnt, sind auf dem DMD-Chip sehr viele, beispielsweise (Texas Instruments DLP3000DMD) 608x684 Mikrospiegel auf einer Fläche mit einer Diagonale von 7,62 mm angeordnet, die um +\- 12 Grad verschwenden können. Der Antrieb der Mikrospiegel erfolgt üblicherweise elektrostatisch.

Die Abbildungsoptik 9 ist auch als mehrstufiges Linsensystem ausgeführt und weist bei dieser Variante einen am vorderen Ende des Scheinwerfers gelegenen Linsenkörper 9k mit zwei Bereichen 9kA und 9kB auf, die hier übereinander angeordnet sind und die gemeinsam aus optischem Glas oder Kunststoff linsenartig geformt sind. Im Allgemeinen wird außer diesem Linsenkörper 9k der Abbildungsoptik 9 zumindest noch eine Teiloptik 9f zwischen dem Spiegelarray 7 und dem Linsenkörper 9k angeordnet sein. Auch diese Teiloptik 9f ist im Allgemeinen als Linse ausgeführt, die beispielsweise in einem oberen und einem unteren Bereich 9fA und 9fB unterschiedliche Brechkraft aufweist.

In der Ansicht der Fig. 5 erkennt man, dass die optisch aktive Fläche des Spiegelarrays 7, d.h. die Spiegelfläche 7f, in Teilbereiche 7A, 7B-1, 7B-2 und 7B-3 aufgeteilt ist, welche, analog zu der Ausführung nach Fig. 1, den vier Lichtquellen 1A, 1B-1, 1B-2 und 1B-3 zugeordnet sind. Auch hier wird das hier erzeugte Leuchtbild durch die Beleuchtungsoptik 9 auf die Fahrbahn als entsprechendes, hier aus vier Bildbereichen bestehendes Lichtbild projiziert. Dies wurde bereits an Hand der Fig. 1 gezeigt und muss für den Fachmann nicht nochmals dargestellt werden. Dieser erkennt jedoch, dass der Gesamtaufbau trotz des Vorhandenseins von vier Einzellichtquellen dank der Erfindung verhältnismäßig einfach, kompakt und kostengünstig gestaltet werden kann.

Die Seitenansicht der Fig. 6 soll die Lage der optischen Achsen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels bezüglich einer Horizontalebene ε veranschaulichen, wonach die optische Achse 17A der Lichtquelle 1A oberhalb und die optische Achse 17B der aus den drei Teillichtquellen 1B-1, 1B-2 und 1B-3 zusammengesetzten Lichtquelle 1B unterhalb der eingezeichneten Horizontalebene ε liegt. Dabei soll es klar sein, dass die verwendeten Begriffe„oberhalb" und„unterhalb" nicht einschränkend, lediglich in Zusammenhang mit der gezeigten Ansicht zu verstehen sind und sich beispielsweise auf eine normale

Gebrauchslage eines Fahrzeuges beziehen können. Gleiches gilt sinngemäß für die Begriffe „links",„rechts",„vorne",„hinten",„seitlich" etc.. Liste der Bezugszeichen

1A Lichtquelle

1B Lichtquelle

1B-1 Teillichtquelle

1B-2 Teillichtquelle

1B-3 Teillichtquelle

2A Lichtstrahl

2B Lichtstrahl

3 Ansteuerung

4 Recheneinheit

5 Speichereinheit

6A Beleuchtungsoptik

6B Beleuchtungsoptik

6B-1 Teillinse

6B-2 Teillinse

6B-3 Teillinse

6B-4 Linse

7 Mikrospiegelarray

7A Teilbereich von 7

7B Teilbereich von 7

7B-1 Teilbereich von 7

7B-2 Teilbereich von 7

7B-3 Teilbereich von 7

7f Spiegelfläche

8 Leuchtbild

9 Abbildungsoptik

9f Teiloptik

9fA Bereich

9fB Bereich

9k Linsenkörper 9kA Bereich von 9k

9kB Bereich von 9k

10 Lichtbild

10A Bildbereich

10B Bildbereich

11 Fahrbahn

12 Arrayansteuerung

13 Absorber

14 LED-Chip

15 Anschlusskontakte

16 lichtemittierende Fläche

17A optische Achse

17B optische Achse

18A Leuchtfleck

18B Leuchtfleck

18C Leuchtfleck

19 DM D-Bauteil

Sl...S _n Sensorsignale

Sa Signale

USA Ansteuersignal

USB Ansteuersignal ε Horizontalebene