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Title:
LIGHT MODULE FOR AN EMISSION DEVICE, EMISSION DEVICE AND USE OF AN OPTICAL MONOLITH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/234531
Kind Code:
A1
Abstract:
A light module (100) for an emission device comprises at least one light source (102) and at least one projection device (112) shaped to image light (106) emerging from the light source (102) into a region in front of the emission device in the form of at least one light distribution (108). The projection device (104) has an entrance optical unit (110), a projection optical unit (112) and an exit optical unit (114), wherein the projection optical unit (112) is arranged in a beam path between the entrance optical unit (110) and the exit optical unit (114) and is configured to modulate an image onto a light beam (120). The entrance optical unit (110) and/or the exit optical unit (114) comprise(s) an optical monolith having at least one freeform surface.

Inventors:
OCHSE, Dennis (Käthe-Kollwitz-Str. 17, Jena, 07743, DE)
DEGEL, Michael (Am Geißberg 11, Jena, 07749, DE)
Application Number:
EP2018/066728
Publication Date:
December 27, 2018
Filing Date:
June 22, 2018
Export Citation:
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Assignee:
JENOPTIK OPTICAL SYSTEMS GMBH (Göschwitzer Straße 25, Jena, 07745, DE)
International Classes:
G02B19/00; G02B13/00; G02B17/08; G03B21/20; G09F19/22
Domestic Patent References:
WO2016206677A12016-12-29
Foreign References:
US20050248861A12005-11-10
US20040201904A12004-10-14
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
WALDAUF, Alexander (JENOPTIK AG, Carl-Zeiß-Straße 1, Jena, 07743, DE)
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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.

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.