Beschreibung

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Scheinwerfer, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere Scheinwerfer, mit einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung beziehungsweise einem DMD (Digital Micromirror Device) sind bekannt. Dabei sind eine Vielzahl von Spiegelelementen auf einer akti ven Fläche der Mikrospiegelvorrichtung angeordnet, die jeweils mindestens eine erste Stellung und mindestens eine zweite Stellung einnehmen können, wobei in der ersten Stellung befindliche Spiegelelemente von der Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung ausgehendes Licht so reflektieren, das es aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt. Die erste Stellung entspricht zumeist dem On-State, wohingegen die zweite Stellung zumeist dem Off-State eines DMD-Chips entspricht. Durch der Verwendung einer digi talen Mikrospiegelvorrichtung lassen sich Scheinwerfer als hochauslösende Schein werfer oder als Matrix-Scheinwerfer ausbilden, die gezielt Bereiche vor dem Fahrzeug ausleuchten und die Ausleuchtung anderer Bereiche vermeiden können.

Bei einem Einsatz in einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erweist sich eine digitale Mikrospiegelvorrichtung als thermisch empfindlich. Eine optimale Aus leuchtung der digitalen Mikrospiegelvorrichtung ist zur Nutzung des Funktionsum fangs, der Effizienz des Gesamtsystems sowie der zu vermeidenden thermischen Überbeanspruchung der digitalen Mikrospiegelvorrichtung anzustreben. Bei einer op timalen Ausleuchtung sollten insbesondere ein Overfill in horizontaler oder vertikaler Richtung oder eine unvollständige Beleuchtung der aktiven Fläche der digitalen Mik rospiegelvorrichtung vermieden werden.

Aus der US 2016/0347237 A1 ist eine als Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs ausge bildete Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Bei der darin beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung ist zwischen der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle und der aktiven Fläche der digitalen Mikrospiegelvorrichtung eine anamor- phe Optik vorgesehen, die die Lichtaustrittsfläche passend auf die aktive Fläche ab bildet, so dass eine optimale Ausleuchtung erreicht wird. Als nachteilig dabei ist das Vorsehen einer anamorphotischen Optik anzusehen, die in der Regel kompliziert auf gebaut und teuer in der Herstellung ist.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die einfacher aufgebaut ist und/oder kostengünstiger herstellbar ist.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs ge nannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Un- teransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Lichtaustrittsfläche an die Größe des Beleuchtungswinkels angepasst ist. Dadurch kann eine optimale Ausleuchtung der aktiven Fläche der digitalen Mikrospiegelvorrichtung erreicht werden, ohne dass zwi schen der Lichtaustrittfläche der Lichtquelle und der aktiven Fläche der digitalen Mik rospiegelvorrichtung eine anamorphotische Optik angeordnet sein muss.

Insbesondere kann dabei das Verhältnis der Ausdehnung der Lichtaustrittsfläche in zwei zueinander senkrechen Richtungen an die Größe des Beleuchtungswinkels an gepasst sein. Dadurch können die Seitenverhältnisse der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle und die Seitenverhältnisse der digitalen Mikrospiegelvorrichtung so aufei nander abgestimmt sein, dass der Beleuchtungswinkel Berücksichtigung findet, um entweder ein Overfill in horizontaler oder vertikaler Richtung oder eine unvollständige Beleuchtung der digitalen Mikrospiegelvorrichtung zu vermeiden.

Es kann vorgesehen sein, dass für das Verhältnis der Ausdehnung der Lichtaustritts fläche der Lichtquelle und für das Verhältnis der Ausdehnung der aktiven Fläche der digitale Mikrospiegelvorrichtung in zwei zueinander senkrechen Richtungen gilt:

wobei

h _L die Abmessung der Lichtaustrittsfläche in der ersten Richtung ist,

bi_ die Abmessung der Lichtaustrittsfläche in der zweiten Richtung ist,

h _DMD die Abmessung der aktiven Fläche in der ersten Richtung ist,

b _DMD die Abmessung der aktiven Fläche in der zweiten Richtung ist, und

a der Beleuchtungswinkel ist.

Durch ein Einhalten dieser Beziehung kann mit einfachen Mitteln eine gute optische Effizienz des Gesamtsystems gewährleistet werden. Beispielsweise kann der Be leuchtungswinkel bei der Auswahl oder Gestaltung der optimalen Lichtquelle Berück sichtigung finden und mit dem Cosinus in die Kalkulation eingehen. Der Beleuch tungswinkel ist abhängig von den Verkippwinkeln der Spiegel. Beispielsweise liegt der Beleuchtungswinkel bei Verkippwinkeln von ±12° zwischen 24° und 48°. Dabei ist die Höhe der zu beleuchtenden Fläche um den Cosinus des Beleuchtungswinkels kleiner. Die Anpassung der Beleuchtung an diese reduzierte Höhe kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Reduzierung der Höhe um den Cosinus des Beleuch tungswinkels bereits im Seitenverhältnis der, insbesondere rechteckigen, Lichtaus trittsfläche berücksichtigt wird. Eine Anpassung der Seitenverhältnisse zwischen der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle und der aktiven Fläche der digitale Mikrospiegelvor richtung durch eine zusätzliche anamorphotische Optik ist daher nicht notwendig, weil auch ohne eine derartige anamorphotische Optik ein Overfill oder eine unvollständige Ausleuchtung der aktiven Fläche der digitale Mikrospiegelvorrichtung vermieden wer den können.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Beleuchtungsoptik umfasst, die zwischen der Lichtaustrittfläche der Lichtquelle und der aktiven Fläche der digitalen Mikrospiegelvorrichtung angeordnet ist. Diese Beleuchtungsoptik kann einfach und kostengünstig ausgeführt sein, weil sie nicht für eine Anpassung der Sei tenverhältnisse der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle und der aktiven Fläche der digi tale Mikrospiegelvorrichtung benötigt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Auskoppeloptik um fasst, die im Strahlengang zwischen der digitalen Mikrospiegelvorrichtung und einer Austrittsöffnung der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, wobei zumindest Teile des von der digitalen Mikrospiegelvorrichtung reflektierten Lichts von der Auskoppelo ptik aus der Beleuchtungsvorrichtung ausgekoppelt werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode oder mindestens eine Laserdiode umfasst. Dabei können in der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle eine Mehrzahl von Leuchtdioden oder eine Mehrzahl von Laserdioden angeordnet sein. Die Anordnung der Leuchtdioden kann also die Form beziehungs weise das Seitenverhältnis der Lichtaustrittsfläche vorgeben.

Alternativ können in der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle Konvertermittel oder min destens ein Austrittsende eines Lichtleiters oder einer Primäroptik angeordnet sein.

Bei dieser Variante können die Konvertermittel oder beispielsweise die Austrittsfläche einer Primäroptik das Seitenverhältnis der Lichtaustrittsfläche vorgeben.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Beleuchtungs vorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die aktive Fläche der digitalen Mikro spiegelvorrichtung der Beleuchtungsvorrichtung gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung gemäß Fig. 1.

In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die abgebildete Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere ein Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine ledig lich schematisch angedeutete Lichtquelle 1 mit einer Lichtaustrittsfläche 2, aus der im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung Licht 3 austritt. Die Lichtquelle 1 kann beispiels weise eine oder mehrere Leuchtdioden (LED) oder eine oder mehrere Laserdioden umfassen. Die Lichtaustrittsfläche 2 kann dann beispielsweise von einer Mehrzahl von Leuchtdioden gebildet werden.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Lichtaustrittsfläche 2 von Konvertermit teln zur Erzeugung weißen Lichts oder von der Auskoppelfläche einer Primäroptik, wie beispielsweise dem Austrittsende eines Lichtleiters oder den Austrittsenden mehrerer Lichtleiter gebildet wird.

Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin eine lediglich schematisch angedeute te digitale Mikrospiegelvorrichtung 4, die insbesondere als handelsüblicher DMD-Chip ausgebildet ist. In an sich bekannter Weise weist die digitale Mikrospiegelvorrichtung 4 eine Vielzahl von nicht abgebildeten Spiegelelementen auf. Die Spiegelelemente sind dabei auf einer aktiven Fläche 5 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 4 in einem zweidimensionalen Array angeordnet. Ein jedes der Spiegelelemente kann einzeln oder in Gruppen zwischen mindestens zwei stabilen Zuständen hin und her bewegt werden. Dank der selektiven Ansteuerung jedes einzelnen Spiegelelements der digita len Mikrospiegelvorrichtung ist eine Segmentierung des einfallenden Lichts 3 möglich.

Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Beleuchtungsoptik 6, die zwischen der Lichtaustrittfläche 2 der Lichtquelle 1 und der aktiven Fläche 5 der digitalen Mikro spiegelvorrichtung 4 angeordnet ist. Die Beleuchtungsoptik 6 ist schematisch als ein fache Linse dargestellt, kann aber durchaus aus mehreren Linsen oder Reflektoren oder Kombination daraus bestehen. Das Licht 3 trifft unter einem Beleuchtungswinkel a zur Normalen auf die aktive Fläche 5 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 4 auf, der im abgebildeten Ausführungsbeispiel bei a = 24° liegt. Der Winkel a kann durchaus größer oder kleiner sein. Die Spiegelelemente der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 4 können einen ersten Zu stand einnehmen, der bei einem DMD-Chip On-State genannt wird. In dem ersten Zu stand ist das jeweilige Spiegelelement beispielsweise um einen Winkel von +12° ge genüber der Normalen auf der aktiven Fläche 5 beziehungsweise der Horizontalen in Fig. 1 verkippt. Das in diesem ersten Zustand reflektierte Licht 3‘ bewegt sich in Rich tung der Normalen auf der aktiven Fläche 5 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 4.

Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin eine Auskoppeloptik 7, die beispiels weise als eine Projektionsoptik ausgebildet ist. Die Auskoppeloptik 7 ist schematisch als einfache Linse dargestellt, kann aber durchaus aus mehreren Linsen oder Reflek toren oder Kombination daraus bestehen. Diejenigen Spiegelelemente, die sich in dem ersten Zustand befinden, reflektieren das einfallende Licht 3 so, dass es als re flektiertes Licht 3‘ durch die Auskoppeloptik 7 aus der Beleuchtungsvorrichtung aus- tritt.

Weiterhin können die Spiegelelemente der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 4 einen zweiten Zustand einnehmen, der bei einem DMD-Chip Off-State genannt wird. In dem zweiten Zustand ist das jeweilige Spiegelelement beispielsweise um einen Winkel von -12° gegenüber der Normalen auf der aktiven Fläche 5 beziehungsweise der Horizon talen in Fig. 1 verkippt. Das in diesem zweiten Zustand reflektierte Licht 3“ schließt mit der Normalen auf der aktiven Fläche 5 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 4 einen Winkel von -2a beziehungsweise im abgebildeten Ausführungsbeispiel einen Winkel von -48° ein.

Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin einen schematisch angedeuteten Ab sorber 8. Das unter einem Winkel von -2a zur Normalen reflektierte Licht 3“ wird bei der in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsform in den Absorber 8 reflektiert. Dieses Licht 3“ kann somit nicht aus der Beleuchtungsvorrichtung austreten.

Bei einem handelsüblichen DMD-Chip gibt es in der Regel auch einen Flat-State ge nannten dritten Zustand. In dem dritten Zustand ist das Spiegelelement 4 nicht ge- genüber der Horizontalen in Fig. 1 verkippt. Der Flat-State wird in der in Fig. 1 abge bildeten Ausführungsform nicht genutzt. Es besteht jedoch durchaus die Möglichkeit, Ausführungsformen der Erfindung vorzusehen, bei denen auch der dritte Zustand ge nutzt wird.

Aus Fig. 2 und Fig. 3 ist ersichtlich, dass die aktive Fläche 5 der digitalen Mikrospie gelvorrichtung 4 und die Lichtaustrittsfläche 2 der Lichtquelle 1 rechteckig ausgebildet sind. Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung die Höhe IIDMD und die Breite ÖDMD der aktiven Fläche 5 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 4. Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung die Höhe h _L und die Breite bi_ der Lichtaustrittsfläche 2 der Lichtquelle 1 .

Bei der Beleuchtungsvorrichtung sind das Seitenverhältnis der aktiven Fläche 5 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 4 einerseits und das Seitenverhältnis der Lichtaus trittsfläche 2 der Lichtquelle 1 andererseits unter Berücksichtigung des Beleuchtungs winkels a aufeinander abgestimmt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass für das Seitenverhältnis der Lichtaustrittsfläche 2 der Lichtquelle 1 und für das Seitenver hältnis der aktiven Fläche 5 der digitale Mikrospiegelvorrichtung 4 gilt:

Bei einem Seitenverhältnis h _DMD /b _DMD der aktiven Fläche 5 der digitale Mikrospiegel vorrichtung 4 von beispielsweise 9:16 und einem Beleuchtungswinkel a von 24° ergibt sich dann ein Seitenverhältnis h _L /bi_ der Lichtaustrittsfläche 2 der Lichtquelle 1 von etwa 9,9:16. Ein eventueller Abbildungsmaßstab der Beleuchtungsoptik 6 bleibt hier bei unberücksichtigt.

Die Anpassung des Seitenverhältnisses der Lichtaustrittsfläche 2 der Lichtquelle 1 an das mit cos a multiplizierte Seitenverhältnis der aktiven Fläche 5 der digitale Mikro spiegelvorrichtung 4 führt dazu, dass die aktive Fläche 5 gleichmäßig ausgeleuchtet werden kann, wobei ein Overfill in einer Richtung oder eine unvollständige Ausleuch tung in der dazu senkrechten Richtung nicht auftritt. Bezugszeichenliste

1 Lichtquelle

2 Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle

3 Von der Lichtaustrittsfläche ausgehendes Licht 3’, 3” Von der aktiven Fläche reflektiertes Licht

4 Digitale Mikrospiegelvorrichtung

5 Aktive Fläche der digitalen Mikrospiegelvorrichtung

6 Beleuchtungsoptik

7 Auskoppeloptik

8 Absorber

h _L Höhe der Lichtaustrittsfläche

bi_ Breite der Lichtaustrittsfläche

ho _MD Höhe der aktiven Fläche

ÖDMD Breite der aktiven Fläche

a Beleuchtungswinkel