DE102014115068A1

DE102014115068A1 - Beleuchtungsanordnung

Info

Publication number: DE102014115068A1
Application number: DE102014115068.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Grötsch; Uli Hiller; Michael Brandl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-04-21
Also published as: DE112015004717A5; US20170307177A1; JP2017531289A; JP6349460B2; WO2016059180A1; KR20170070049A; CN106796014A

Abstract

Eine Beleuchtungsanordnung umfasst eine Lichtquelle und eine mikromechanische Blendenanordnung, die eine zweidimensionale Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung gemäß Patentanspruch 1.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeuge mit Front-Scheinwerfern auszustatten, deren abgestrahlte Lichtverteilung sich einer Fahrsituation des Kraftfahrzeugs anpasst. Derartige Systeme werden auch als Adaptive Front-Lighting System oder als Active Forward-Lighting (AFS) bezeichnet. Solche Scheinwerfer können beispielsweise bewegliche Linsen aufweisen, um eine verbesserte Ausleuchtung einer Kurve während einer Kurvenfahrt zu erreichen. Ebenfalls bekannt ist, derartige Scheinwerfer mit einer Mehrzahl diskret angesteuerter Leuchtdioden-Bauelemente auszubilden, die je nach Geometrie der gewünschten Lichtverteilung einzeln zuoder abgeschaltet werden können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beleuchtungsanordnung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Eine Beleuchtungsanordnung umfasst eine Lichtquelle und eine mikromechanische Blendenanordnung, die eine zweidimensionale Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen aufweist. Die mikromechanische Blendenanordnung kann auch als Digital Micro Shutter oder als Micro Shutter Display bezeichnet werden. Vorteilhafterweise erlaubt es diese Beleuchtungsanordnung, eine Geometrie einer Lichtverteilung eines von dieser Beleuchtungsanordnung abgestrahlten Lichts durch individuelles Öffnen und Schließen der einzelnen Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung zu verändern. Da die verschließbaren Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, erlaubt die Beleuchtungsanordnung eine zweidimensionale Formung der Geometrie der Lichtverteilung des von der Beleuchtungsanordnung abgestrahlten Lichts. Dabei kann die Veränderung der Geometrie der Lichtverteilung vorteilhafterweise mit hoher Auflösung erfolgen. Das Verschließen einzelner Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung ermöglicht vorteilhafterweise einen hohen Kontrast in der Lichtverteilung des von der Beleuchtungsanordnung abgestrahlten Lichts. Die verschließbaren Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung können vorteilhafterweise hohe Schaltgeschwindigkeiten ermöglichen. Die Beleuchtungsanordnung kann für einen Betrieb in einem breiten Temperaturbereich einer Umgebungstemperatur ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung weist zumindest eine Blendenöffnung der mikromechanischen Blendenanordnung eine rechteckige Form mit einer Länge und einer Breite auf. Dabei ist die Länge größer als die Breite, bevorzugt mindestens doppelt so groß, besonders bevorzugt mindestens dreimal so groß. Dies bedeutet, dass die Blendenöffnungen der Blendenanordnung jeweils eine langgestreckt rechteckige Form aufweisen. Dies ermöglicht es, die mikromechanische Blendenanordnung mit in Breitenrichtung höherer Auflösung als in Längenrichtung auszubilden. Dies ermöglicht es, die Geometrie der Lichtverteilung des von der Beleuchtungsanordnung abgestrahlten Lichts in einer Raumrichtung mit höherer Auflösung zu verändern als in einer dazu senkrechten Raumrichtung.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist diese als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht die Beleuchtungsanordnung dadurch eine Veränderung der Geometrie des von dem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs abgestrahlten Lichtkegels. Die als Scheinwerfer ausgebildete Beleuchtungsanordnung erlaubt dadurch eine Anpassung des von dem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs abgestrahlten Lichts an eine Fahrsituation des Kraftfahrzeugs.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist zumindest eine der Blendenöffnungen in einer Einbauorientierung der Beleuchtungsanordnung in waagrechte Richtung größer als in senkrechte Richtung. Dies ermöglicht es, die Geometrie des von dem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs abgestrahlten Lichtkegels in Entfernungsrichtung feiner zu verändern als in Querrichtung. Dadurch ermöglicht die Beleuchtungsanordnung eine genaue Anpassung der Geometrie des von dem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs abgestrahlten Lichtkegels an eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung weist die Blendenanordnung in der Einbauorientierung der Beleuchtungsanordnung in senkrechte Richtung eine höhere Auflösung auf als in waagrechte Richtung. Vorteilhafterweise ermöglicht die als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildete Beleuchtungsanordnung auch hierdurch eine besonders genaue Anpassung der Geometrie des von dem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs abgestrahlten Lichtkegels in Entfernungsrichtung und dadurch eine Anpassung an eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrsituationen.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst die mikromechanische Blendenanordnung eine erste Blendenöffnung und eine zweite Blendenöffnung. Dabei weisen die erste Blendenöffnung und die zweite Blendenöffnung unterschiedliche Größen auf. Beispielsweise kann eine im Mittenbereich der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung angeordnete Blendenöffnung eine geringere Größe aufweisen als eine im Außenbereich der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung angeordnete Blendenöffnung. In diesem Fall ermöglicht die Beleuchtungsanordnung im Mittenbereich einer Lichtverteilung eines von der Beleuchtungsanordnung abgestrahlten Lichts eine besonders feine Variation der Geometrie der Lichtverteilung.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst diese eine Anordnung von Sammellinsen, die im Lichtweg der Beleuchtungsanordnung vor der mikromechanischen Blendenanordnung angeordnet ist. Die Anordnung von Sammellinsen kann dazu dienen, auf die mikromechanische Blendenanordnung auftreffendes Licht zu den verschließbaren Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung zu leiten. Dadurch wird nur ein geringer Teil des auf die mikromechanische Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung auftreffenden Lichts an zwischen den verschließbaren Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung angeordneten Bereichen der mikromechanischen Blendenanordnung reflektiert oder absorbiert, wodurch die Beleuchtungsanordnung vorteilhafterweise eine besonders hohe Effizienz aufweisen kann.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung sind die Sammellinsen als Zylinderlinsen ausgebildet. Diese Geometrie der Sammellinsen bietet sich insbesondere an, wenn die verschließbaren Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung rechteckig ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung sind die Längsachsen der Sammellinsen parallel zu Längsrichtungen der Blendenöffnungen orientiert. Vorteilhafterweise ermöglichen es die Sammellinsen dadurch, auf die mikromechanische Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung auftreffendes Licht in die Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung zu bündeln.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung weist die Lichtquelle eine Halogenglühlampe, eine Gasentladungslampe, eine Leuchtdiode und/oder eine Laserdiode auf. Vorteilhafterweise kann die Lichtquelle der Beleuchtungsanordnung dadurch eine energieeffiziente Erzeugung von Licht mit hoher Helligkeit ermöglichen.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst die Lichtquelle eine zweidimensionale Anordnung von Einzellichtquellen. Vorteilhafterweise stellt dies eine einfache Möglichkeit dar, eine maximale Helligkeit eines von der Lichtquelle der Beleuchtungsanordnung abstrahlbaren Lichts zu erhöhen. Die zweidimensionale Anordnung von Einzellichtquellen ermöglicht außerdem eine Anpassung der Geometrie des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts an eine individuelle Anforderung.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist diese ausgebildet, zumindest einige der Einzellichtquellen getrennt an- und abzuschalten. Vorteilhafterweise wird es dadurch ermöglicht, Einzellichtquellen der Lichtquelle der Beleuchtungsanordnung, deren Licht auf geschlossene Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung treffen würde, abzuschalten, um dadurch einen Energiebedarf der Beleuchtungsanordnung zu reduzieren.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist die Lichtquelle ausgebildet, in der Ebene der Beleuchtungsanordnung einen Leuchtdichtegradienten zu erzeugen. Dabei kann die Lichtquelle beispielsweise eine zweidimensionale Anordnung von Leuchtdioden aufweisen, und zur Erzeugung des Leuchtdichtegradienten über eine oder mehrere zusätzliche Laserdioden verfügen.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst die Lichtquelle mindestens einen Lichtleiter, der dazu vorgesehen ist, Licht zu der mikromechanischen Blendenanordnung zu leiten. Vorteilhafterweise wird es dadurch ermöglicht, die Lichtquelle von der mikromechanischen Blendenanordnung beabstandet anzuordnen. Dadurch kann die Beleuchtungsanordnung für einen Einsatz in Umgebungen mit beschränktem zur Verfügung stehendem Bauraum geeignet sein.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung weist diese ein wellenlängenkonvertierendes Element auf, das dazu vorgesehen ist, eine Wellenlänge eines durch die Lichtquelle emittierten Lichts zu konvertieren. Das wellenlängenkonvertierende Element kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, von der Lichtquelle emittiertes Licht mit einer Wellenlänge aus dem blauen oder ultravioletten Spektralbereich in Licht mit einer Wellenlänge aus dem gelben Spektralbereich zu konvertieren.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist das wellenlängenkonvertierende Element im Lichtweg der Beleuchtungsanordnung hinter der mikromechanischen Blendenanordnung angeordnet. Vorteilhafterweise kann das wellenlängenkonvertierende Element dabei durch die mikromechanische Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung gestützt und gehalten werden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies einen besonders einfachen und kompakten Aufbau der Beleuchtungsanordnung.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist das wellenlängenkonvertierende Element in eine zweidimensionale Anordnung von wellenlängenkonvertierenden Einzelelementen unterteilt. Dabei kann jeder verschließbaren Blendenöffnung der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung ein wellenlängenkonvertierendes Einzelelement des wellenlängenkonvertierenden Elements zugeordnet sein.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung sind die wellenlängenkonvertierenden Einzelelemente des wellenlängenkonvertierenden Elements durch opake Barrieren voneinander getrennt. Vorteilhafterweise wird dadurch vermieden, dass Licht, das durch eine der verschließbaren Blendenöffnungen der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung in eines der wellenlängenkonvertierenden Einzelelemente gelangt, in ein benachbartes wellenlängenkonvertierendes Einzelelement abstrahlt, das einer anderen verschließbaren Blendenöffnung der mikromechanischen Blendenanordnung zugeordnet ist. Dadurch wird vorteilhafterweise eine hohe Schärfe der durch die mikromechanische Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung bewirkten Abbildung erreicht.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist jede Blendenöffnung der Blendenanordnung einem Einzelelement des wellenlängenkonvertierenden Elements zugeordnet. Vorteilhafterweise kann dadurch eine hohe Schärfe einer durch die mikromechanische Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung bewirkten Abbildung und dadurch eine hohe Schärfe der Geometrie der Lichtverteilung des durch die Beleuchtungsanordnung abgestrahlten Lichts erreicht werden.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung weist diese ein optisch abbildendes Element auf, das der Blendenanordnung im Lichtweg der Beleuchtungsanordnung nachgeordnet ist. Das optisch abbildende Element kann beispielsweise eine oder mehrere optische Linsen umfassen. Das optisch abbildende Element kann dazu dienen, die von der mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung geformte Lichtverteilung in einen Zielbereich in der Umgebung der Beleuchtungsanordnung abzubilden. Falls die Beleuchtungsanordnung als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, so kann das optisch abbildende Element der Beleuchtungsanordnung beispielsweise dazu dienen, die von der Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung geformte Lichtverteilung auf eine Straße in der Umgebung des Kraftfahrzeugs abzubilden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
1 eine Beleuchtungsanordnung;
2 eine geschnittene Seitenansicht einer mikromechanischen Blendenanordnung der Beleuchtungsanordnung;
3 eine Aufsicht auf einen Teil der mikromechanischen Blendenanordnung;
4 eine perspektivische Darstellung eines zu beleuchtenden Zielbereichs auf einer Straße;
5 eine Aufsicht auf einen Teil einer mikromechanischen Blendenanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform;
6 eine geschnittene Seitenansicht einer mikromechanischen Blendenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 eine geschnittene Seitenansicht einer mikromechanischen Blendenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
8 eine Aufsicht auf einen Teil einer Lichtquelle der Beleuchtungsanordnung.
1 zeigt eine stark schematisierte Ansicht einer Beleuchtungsanordnung 100. Die Beleuchtungsanordnung 100 kann beispielsweise als Scheinwerfer, insbesondere als Front-Scheinwerfer, eines Kraftfahrzeugs dienen. Die Beleuchtungsanordnung 100 ermöglicht in diesem Fall eine adaptive Beleuchtung einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine adaptive Beleuchtung eines vor dem Kraftfahrzeug liegenden Straßenabschnitts. Die adaptive Beleuchtung kann beispielsweise an eine Fahrsituation des Kraftfahrzeugs anpassbar sein. Die Anpassung der Beleuchtung kann beispielsweise eine horizontale und/oder vertikale Verschiebung und/oder Größenänderung und/oder Formänderung eines durch die Beleuchtungsanordnung 100 beleuchteten Bereichs in der Umgebung des Kraftfahrzeugs umfassen. Die Anpassung der Beleuchtung kann beispielsweise abhängig von einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs, einer Nick- oder Kippbewegung des Kraftfahrzeugs, einer Art einer durch das Kraftfahrzeug befahrenen Straße, abhängig von der Anwesenheit entgegenkommender, vorausfahrender oder nachfolgender weiterer Kraftfahrzeuge und/oder abhängig von einer Helligkeit eines Umgebungslichts erfolgen.
Die Beleuchtungsanordnung 100 umfasst eine Lichtquelle 200. Die Lichtquelle 200 ist dazu vorgesehen, Licht 120 zu erzeugen, das die Beleuchtungsanordnung 100 entlang eines Lichtwegs 110 durchläuft und durch die Beleuchtungsanordnung 100 in einen durch die Beleuchtungsanordnung 100 zu beleuchtenden Zielbereich 700 abgestrahlt wird. Die Lichtquelle 200 kann beispielsweise eine oder mehrere Halogenglühlampen, eine oder mehrere Gasentladungslampen, eine oder mehrere Leuchtdioden und/oder eine oder mehrere Laserdioden aufweisen.
Die Beleuchtungsanordnung 100 weist eine Eingangsoptik 300 auf, die der Lichtquelle 200 der Beleuchtungsanordnung 100 im Lichtweg 110 der Beleuchtungsanordnung 100 nachgeordnet ist. Falls das von der Lichtquelle 200 der Beleuchtungsanordnung 100 erzeugte Licht 120 von der Lichtquelle 200 divergent abgestrahlt wird, so kann die Eingangsoptik 300 dazu dienen, das Licht 120 zumindest teilweise zu kollimieren. In diesem Fall kann die Eingangsoptik 300 beispielsweise eine oder mehrere optische Linsen aufweisen, insbesondere eine oder mehrere Sammellinsen. Die Eingangsoptik 300 kann auch einen oder mehrere Lichtleiter umfassen, um das von der Lichtquelle 200 erzeugte Licht 120 zu der Eingangsoptik 300 nachgeordneten Komponenten der Beleuchtungsanordnung 100 zu leiten. Der oder die Lichtleiter können beispielsweise als Glasfasern und/oder als optische Taper ausgebildet sein. Die Eingangsoptik 300 kann allerdings auch vollständig entfallen.
Im Lichtweg 110 der Beleuchtungsanordnung 100 ist der Eingangsoptik 300 eine mikromechanische Blendenanordnung 400 nachgeordnet. Die mikromechanische Blendenanordnung 400 kann auch als Digital Micro Shutter oder als Micro Shutter Display bezeichnet werden. Das von der Lichtquelle 200 erzeugte und durch die Eingangsoptik 300 zu der mikromechanischen Blendenanordnung 400 geleitete Licht 120 trifft auf die mikromechanische Blendenanordnung 400 der Beleuchtungsanordnung 100.
Die mikromechanische Blendenanordnung 400 lässt nur einen einstellbaren Teil des Lichts 120 passieren und bewirkt dadurch eine Formung der Geometrie der von der Beleuchtungsanordnung 100 in den Zielbereich 700 abgestrahlten Lichtverteilung.
2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der mikromechanischen Blendenanordnung 400. Die mikromechanische Blendenanordnung 400 weist einen Blendenschirm 410 auf, der im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Lichtwegs 110 der Beleuchtungsanordnung 100 orientiert ist. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils des Blendenschirms 410. Der Blendenschirm 410 erstreckt sich in eine waagrechte Richtung 401 und in eine senkrechte Richtung 402. Die waagrechte Richtung 401 und in eine senkrechte Richtung 402 sind senkrecht zur Richtung des Lichtwegs 110 orientiert.
Der Blendenschirm 410 weist eine zweidimensionale Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420 auf. Die Blendenöffnungen 420 sind bevorzugt in einer regelmäßigen Gitteranordnung angeordnet, beispielsweise in einem Rechteckgitter. Bevorzugt sind die Blendenöffnungen 420 entlang eines Gitters mit zu der waagrechten Richtung 401 und der senkrechten Richtung 402 parallelen Achsen angeordnet.
Im in 3 gezeigten Beispiel weist jede Blendenöffnung 420 eine rechteckige Form mit zu einer Längsrichtung 423 und zu einer senkrecht zur Längsrichtung 423 orientierten Querrichtung 424 parallelen Kanten auf. Die Längsrichtung 423 ist dabei bevorzugt parallel zur waagrechten Richtung 401 des Blendenschirms 410 orientiert. Die Querrichtung 424 ist dann parallel zur senkrechten Richtung 402 des Blendenschirms 410 orientiert.
Jede Blendenöffnung 420 weist in Längsrichtung 423 eine Länge 425 auf. In Querrichtung 424 weist jede Blendenöffnung 420 eine Breite 426 auf. Die Länge 425 ist im dargestellten Beispiel größer als die Breite 426, bevorzugt mindestens doppelt so groß, besonders bevorzugt sogar mindestens dreimal so groß. Die Blendenöffnungen 420 sind damit als in waagrechte Richtung 401 orientierte Rechtecköffnungen ausgebildet.
Die Rechteckform der Blendenöffnungen 420 des Blendenschirms 410 ermöglicht es, dass der Blendenschirm 410 in senkrechte Richtung 402 mehr Blendenöffnungen 420 pro Längeneinheit aufweist als in waagrechte Richtung 401. Die Auflösung der Blendenöffnungen 420 des Blendenschirms 410 ist damit in senkrechte Richtung 402 höher als in waagrechte Richtung 401. Es ist allerdings auch möglich, die mikromechanische Blendenanordnung 400 mit in waagrechte Richtung 401 und in senkrechte Richtung 402 gleicher Anzahl von Blendenöffnungen 420 pro Längeneinheit auszubilden. Die Blendenöffnungen 420 können auch mit quadratischer, kreisscheibenförmiger oder anderer Form ausgebildet werden.
Jeder Blendenöffnung 420 im Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 ist je ein beweglicher Verschluss 430 zugeordnet. Die beweglichen Verschlüsse 430 dienen dazu, die Blendenöffnungen 420 im Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 individuell zu öffnen oder zu schließen. Hierzu ist jeder bewegliche Verschluss 430 in eine Bewegungsrichtung 431 beweglich. Die Bewegungsrichtung 431 kann beispielsweise parallel zur Querrichtung 424 der Blendenöffnungen 420 orientiert sein.
In der schematischen Darstellung der 2 sind die beweglichen Verschlüsse 430 in Richtung des Lichtwegs 110 hinter dem Blendenschirm 410 mit den Blendenöffnungen 420 angeordnet. Es ist allerdings ebenfalls möglich, die beweglichen Verschlüsse 430 in Richtung des Lichtwegs 110 vor dem Blendenschirm 410 anzuordnen.
Jede Blendenöffnung 420 im Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 kann durch Verschieben des der jeweiligen Blendenöffnung 420 zugeordneten beweglichen Verschlusses 430 entlang der Bewegungsrichtung 431 geöffnet oder geschlossen werden. In der schematischen Darstellung der 2 ist eine erste Blendenöffnung 420, 421 in geöffnetem Zustand dargestellt. Eine zweite Blendenöffnung 420, 422 ist in geschlossenem Zustand gezeigt. In Richtung des Lichtwegs 110 zur ersten Blendenöffnung 420, 421 im Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 gelangendes Licht 120 kann die mikromechanische Blendenanordnung 400 durch die erste Blendenöffnung 420, 421 passieren. In Richtung des Lichtwegs 110 zur zweiten Blendenöffnung 420, 422 im Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 gelangendes Licht 120 wird durch den beweglichen Verschluss 430 der zweiten Blendenöffnung 420, 422 reflektiert oder absorbiert und dadurch an einer Passage durch die mikromechanische Blendenanordnung 400 gehindert.
Durch individuelles Öffnen und Schließen der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 kann dem in Richtung des Lichtwegs 110 durch die mikromechanische Blendenanordnung 400 laufenden Licht 120 ein zweidimensionales Bildmuster in der zur Richtung des Lichtwegs 110 senkrechten Ebene aufgeprägt werden.
Zum Öffnen und Schließen der beweglichen Verschlüsse 430 kann die mikromechanische Blendenanordnung einen oder mehrere mikromechanische Aktuatoren pro beweglichem Verschluss 430 aufweisen. Bei nur einem Aktuator pro beweglichem Verschluss 430 kann die Bewegung des beweglichen Verschlusses 430 in eine Bewegungsrichtung mittels des Aktuators und in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung durch eine federelastische Rückstellkraft erfolgen. Bei Vorhandensein zweier Aktuatoren kann die Bewegung in beide entgegengesetzte Bewegungsrichtungen durch jeweils einen Aktuator getrieben sein. Dies bietet den Vorteil einer erhöhten Temperaturunabhängigkeit der Bewegung der beweglichen Verschlüsse 430 der mikromechanischen Blendenanordnung 400.
Die Beleuchtungsanordnung 100 weist in dem in 1 schematisch dargestellten Beispiel ein wellenlängenkonvertierendes Element 500 auf. Das wellenlängenkonvertierende Element 500 ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil des durch die Lichtquelle 200 abgestrahlten Lichts 120 in Licht einer anderen Wellenlänge zu konvertieren. Dadurch kann das durch die Beleuchtungsanordnung 100 in den Zielbereich 700 abgestrahlte Licht 120 eine andere Lichtfarbe aufweisen als das von der Lichtquelle 200 der Beleuchtungsanordnung 100 erzeugte Licht 120. Beispielsweise kann das wellenlängenkonvertierende Element 500 dazu ausgebildet sein, Licht mit einer Wellenlänge aus dem blauen oder ultravioletten Spektralbereich in gelbes Licht zu konvertieren. Eine Mischung von unkonvertiertem Licht und durch das wellenlängenkonvertierende Element 500 konvertiertem Licht kann einen weißen Farbeindruck aufweisen. Falls die Lichtfarbe des durch die Lichtquelle 200 der Beleuchtungsanordnung 100 erzeugten Lichts 120 der gewünschten Lichtfarbe des durch die Beleuchtungsanordnung 100 in dem Zielbereich 700 abgestrahlten Lichts 120 entspricht, so kann das wellenlängenkonvertierende Element 500 entfallen.
Im in 1 und 2 schematisch dargestellten Beispiel ist das wellenlängenkonvertierende Element 500 mechanisch mit der im Lichtweg 110 vor dem wellenlängenkonvertierenden Element 500 angeordneten mikromechanischen Blendenanordnung 400 verbunden. Die mikromechanische Blendenanordnung 400 weist ein transparentes Medium 440, beispielsweise eine Glasplatte, auf, an dessen einer Seite der Blendenschirm 410 mit den verschließbaren Blendenöffnungen 420 angeordnet ist. An der gegenüberliegenden Seite des transparenten Mediums 440 ist das wellenlängenkonvertierende Element 500 angeordnet. Das wellenlängenkonvertierende Element 500 kann hierzu beispielsweise mittels eines Abscheideverfahrens auf dem transparenten Medium 440 angeordnet werden.
Es ist allerdings ebenfalls möglich, das wellenlängenkonvertierende Element 500 an anderer Stelle im Lichtweg 110 der Beleuchtungsanordnung 100 anzuordnen. Insbesondere kann das wellenlängenkonvertierende Element 500 in Richtung des Lichtwegs 110 vor der mikromechanischen Blendenanordnung 400 angeordnet werden. Beispielsweise ist es möglich, das wellenlängenkonvertierende Element 500 unmittelbar hinter der Lichtquelle 200 der Beleuchtungsanordnung 100 anzuordnen.
Die Beleuchtungsanordnung 100 weist ein optisch abbildendes Element 600 auf, das der mikromechanischen Blendenanordnung 400 und dem wellenlängenkonvertierenden Element 500 in Richtung des Lichtwegs 110 nachgeordnet ist. Das optisch abbildende Element 600 ist dazu vorgesehen, das entlang des Lichtwegs 110 durch die mikromechanische Blendenanordnung 400 gelangte Licht 120 in den Zielbereich 700 abzubilden. Hierzu kann das optisch abbildende Element 600 beispielsweise eine oder mehrere optische Linsen und/oder einen oder mehrere Spiegel aufweisen.
4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Zielbereichs 700 in dem beispielhaften Fall, dass die Beleuchtungsanordnung 100 als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Der Zielbereich 700 wird durch einen in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegenden Abschnitt einer durch das Kraftfahrzeug befahrenen Straße 710 gebildet, der durch die als Scheinwerfer ausgebildeten Beleuchtungsanordnung 100 beleuchtet werden soll. Der Zielbereich 700 erstreckt sich in eine quer zur Fahrtrichtung orientierte waagrechte Richtung 701 und in eine parallel zur Fahrtrichtung orientierte senkrechte Richtung 702, die auch als Entfernungsrichtung bezeichnet werden kann.
Bevorzugt ist das optisch abbildende Element 600 der Beleuchtungsanordnung 100 so ausgebildet, dass die waagrechte Richtung 401 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 in der Einbauorientierung der Beleuchtungsanordnung 100 auf die waagrechte Richtung 701 des Zielbereichs 700 und die senkrechte Richtung 402 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 auf die senkrechte Richtung 702 des Zielbereichs 700 abgebildet werden. Falls die mikromechanische Blendenanordnung 400 in senkrechte Richtung 402 eine höhere Auflösung als in waagrechte Richtung 401, also eine höhere Zahl von Blendenöffnungen 420 pro Längenabschnitt des Blendenschirms 410, aufweist, so ist die Form des von der Beleuchtungsanordnung 100 in den Zielbereich 700 abgestrahlten Lichtmusters in senkrechte Richtung 702, also in Entfernungsrichtung, feiner einstellbar als in waagrechte Richtung 701 des Zielbereichs 700.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine Ansicht eines Teils der der Eingangsoptik 300 der Beleuchtungsanordnung 100 zugewandten Seite der mikromechanischen Blendenanordnung 400 in einer alternativen Ausführungsform. Sichtbar ist der Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 mit der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420.
Im Unterschied zu der in 3 schematisch dargestellten Ausführungsform der mikromechanischen Blendenanordnung 400 weisen bei der in 5 gezeigten Ausführungsform der mikromechanischen Blendenanordnung 400 nicht alle Blendenöffnungen 420 dieselbe Form und Größe auf. Die im Randbereich der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420 angeordnete erste Blendenöffnung 420, 421 weist eine Rechteckform auf und entspricht in Form und Größe den Blendenöffnungen 420 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 in der in 3 dargestellten Ausführungsform. Die näher an der Mitte der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420 angeordnete zweite Blendenöffnung 420, 422 weist dagegen eine quadratische Form und eine geringere Fläche als die erste Blendenöffnung 420, 421 auf.
Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die Blendenöffnungen 420 im Bereich um die Mitte der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420 mit höherer Auflösung anzuordnen als im Randbereich der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420. Im Mittenbereich der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420 sind somit mehr einzelne Blendenöffnungen pro Fläche des Blendenschirms 410 angeordnet als im Randbereich der zweidimensionalen Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen 420.
Die in 5 gezeigte Ausführungsform der mikromechanischen Blendenanordnung 400 bietet den Vorteil, dass die höhere Auflösung der mikromechanischen Blendenanordnung 400 im Mittenbereich eine feiner aufgelöste Beeinflussung der Geometrie der durch die Beleuchtungsanordnung 100 in den Zielbereich 700 abgestrahlten Lichtverteilung im Mittenbereich des Zielbereichs 700 ermöglicht. Selbstverständlich ist es möglich, die Auflösung der mikromechanischen Blendenanordnung 400, anstatt in ihrem Mittenbereich, in einem anderen Bereich, beispielsweise einem Randbereich, zu erhöhen.
6 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der mikromechanischen Blendenanordnung 400 und des wellenlängenkonvertierenden Elements 500 gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung 100. In der in 6 gezeigten Ausführungsform ist das wellenlängenkonvertierende Element 500 in eine zweidimensionale Anordnung wellenlängenkonvertierender Einzelelemente 510 unterteilt. Dabei ist jeder Blendenöffnung 420 im Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 derart ein wellenlängenkonvertierendes Einzelelement 510 des wellenlängenkonvertierenden Elements 500 zugeordnet, dass das zugeordnete wellenlängenkonvertierende Einzelelement 510 in Richtung des Lichtwegs 110 jeweils hinter der zugeordneten Blendenöffnung 420 angeordnet ist. Die wellenlängenkonvertierenden Einzelelemente 510 des wellenlängenkonvertierenden Elements 500 sind durch opake Barrieren 520 gegeneinander abgegrenzt.
Das in die wellenlängenkonvertierenden Einzelelemente 510 unterteilte wellenlängenkonvertierende Element 500 bietet den Vorteil, dass in einem der wellenlängenkonvertierenden Einzelelemente 510 gestreutes Licht 120 nicht über die zwischen den wellenlängenkonvertierenden Einzelelementen 510 angeordneten opaken Barrieren 520 in benachbarte wellenlängenkonvertierende Einzelelemente 510 gelangen kann. Dadurch wird sichergestellt, dass Licht 120, das durch eine geöffnete Blendenöffnung 420 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 in eines der wellenlängenkonvertierenden Einzelelemente 510 gelangt ist, nicht in ein benachbartes wellenlängenkonvertierendes Einzelelement 510 gestreut wird, das einer geschlossenen Blendenöffnung 420 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 zugeordnet ist. Hierdurch kann ein durch die mikromechanische Blendenanordnung 400 in der zur Richtung des Lichtwegs 110 senkrechten Ebene erzeugtes Bildmuster auch nach dem Durchlaufen des wellenlängenkonvertierenden Elements 500 durch das Licht 120 mit hoher Schärfe erhalten bleiben.
7 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der mikromechanischen Blendenanordnung 400 gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung 100. Die in 7 gezeigte Ausführungsform der mikromechanischen Blendenanordnung 400 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Ausführungsform der mikromechanischen Blendenanordnung 400 dadurch, dass in Richtung des Lichtwegs 110 vor dem Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 eine Mehrzahl von Sammellinsen 450 angeordnet ist. Die Sammellinsen 450 sind dazu vorgesehen, das in Richtung des Lichtwegs 110 zu der mikromechanischen Blendenanordnung 400 gelangende Licht 120 zumindest teilweise zu den Blendenöffnungen 420 im Blendenschirm 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 zu bündeln. Dadurch gelangt lediglich ein geringerer Teil des durch die Lichtquelle 200 der Beleuchtungsanordnung 100 erzeugten Lichts 120 zu den zwischen den Blendenöffnungen 420 des Blendenschirms 410 angeordneten Bereichen des Blendenschirms 410, wo es absorbiert oder reflektiert wird. Hierdurch kann der nutzbare Anteil des durch die Lichtquelle 200 der Beleuchtungsanordnung 100 erzeugten Lichts 120 erhöht werden.
In dem in 7 dargestellten Beispiel sind die Sammellinsen 451 als Zylinderlinsen ausgebildet. Längsachsen (Symmetrieachsen) 451 der als Zylinderlinsen ausgebildeten Sammellinsen 450 sind dabei parallel zu den Längsrichtungen 423 der Blendenöffnungen 420 orientiert. Diese Ausführung der Sammellinsen 450 ermöglicht es, lediglich eine Sammellinse 450 pro in Längsrichtung 423 orientierter Zeile von Blendenöffnungen 420 vorsehen zu müssen.
Das von der Eingangsoptik 300 der Beleuchtungsanordnung zu den Sammellinsen 450 gelangende Licht 120 kann in waagrechte Richtung 401 und in senkrechte Richtung 402 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 unterschiedlich stark gerichtet sein, bzw. eine unterschiedlich große Divergenz aufweisen. In diesem Fall sind die Längsachsen 451 der als Zylinderlinsen ausgebildeten Sammellinsen 450 bevorzugt parallel zur Richtung der höheren Divergenz des Lichts 120 orientiert.
8 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils der Lichtquelle 200 gemäß einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung 100. In der in 8 gezeigten Ausführungsform umfasst die Lichtquelle 200 eine zweidimensionale Anordnung von Einzellichtquellen 210. Die zweidimensionale Anordnung von Einzellichtquellen 210 ist senkrecht zur Richtung des Lichtwegs 110 orientiert. Die Einzellichtquellen 210 sind bevorzugt in einem regelmäßigen zweidimensionalen Gitter angeordnet, beispielsweise in einem zweidimensionalen Rechteckgitter. Jede Einzellichtquelle 210 der Lichtquelle 200 kann eine oder mehrere Halogenglühlampen, eine oder mehrere Gasentladungslampen, eine oder mehrere Leuchtdioden und/oder eine oder mehrere Laserdioden aufweisen. Beispielsweise kann jede Einzellichtquelle 210 der Lichtquelle 200 eine Leuchtdiode aufweisen.
Bevorzugt können zumindest einige der Einzellichtquellen 210 der Lichtquelle 200 getrennt voneinander an- und abgeschaltet werden. Falls in einem Teilbereich des Blendenschirms 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 der Beleuchtungsanordnung 100 alle Blendenöffnungen 420 geschlossen sind, so können in einem diesem Teilbereich des Blendenschirms 410 der mikromechanischen Blendenanordnung 400 zugeordneten Teilbereich der Lichtquelle 200 eine oder mehrere der Einzellichtquellen 210 abgeschaltet werden. Hierdurch kann eine Energieeinsparung ermöglicht werden.
Die Ausbildung der Lichtquelle 200 mit einer zweidimensionalen Anordnung von Einzellichtquellen 210 kann es auch ermöglichen, am Ort der mikromechanischen Blendenanordnung 400 der Beleuchtungsanordnung 100 einen senkrecht zur Richtung des Lichtwegs 110 orientierten Leuchtdichtegradienten 130 zu erzeugen, wie dies schematisch in 1 dargestellt ist. Zur Erzeugung des Leuchtdichtegradienten 130 kann die Lichtquelle 200 zusätzlich zu der zweidimensionalen Anordnung von Einzellichtquellen 210 beispielsweise ein weiteres Lasersystem umfassen.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: Beleuchtungsanordnung
110: Lichtweg
120: Licht
130: Leuchtdichtegradient
200: Lichtquelle
210: Einzellichtquellen
300: Eingangsoptik
400: mikromechanische Blendenanordnung
401: waagerechte Richtung
402: senkrechte Richtung
410: Blendenschirm
420: Blendenöffnung
421: erste Blendenöffnung
422: zweite Blendenöffnung
423: Längsrichtung
424: Querrichtung
425: Länge
426: Breite
430: beweglicher Verschluss
431: Bewegungsrichtung
440: transparentes Medium
450: Sammellinse
451: Längsachse
500: wellenlängenkonvertierendes Element
510: wellenlängenkonvertierendes Einzelelement
520: opake Barriere
600: optisch abbildendes Element
700: Zielbereich
701: waagerechte Richtung
702: senkrechte Richtung
710: Straße

Claims

Beleuchtungsanordnung (100) mit einer Lichtquelle (200) und einer mikromechanischen Blendenanordnung (400), die eine zweidimensionale Anordnung verschließbarer Blendenöffnungen (420) aufweist.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Anspruch 1, wobei zumindest ein Blendenöffnung (420) eine rechteckige Form mit einer Länge (425) und einer Breite (426) aufweist, wobei die Länge (425) größer ist als die Breite (426), bevorzugt mindestens doppelt so groß, besonders bevorzugt mindestens dreimal so groß.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsanordnung (100) als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Ansprüchen 2 und 3, wobei zumindest eine der Blendenöffnungen (420) in einer Einbauorientierung der Beleuchtungsanordnung (100) in waagerechte Richtung (401) größer als in senkrechte Richtung (402) ist.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Blendenanordnung (400) in der Einbauorientierung der Beleuchtungsanordnung (100) in senkrechte Richtung (402) eine höhere Auflösung aufweist als in waagerechte Richtung (401).
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mikromechanischen Blendenanordnung (400) eine erste Blendenöffnung (421) und eine zweite Blendenöffnung (422) umfasst, wobei die erste Blendenöffnung (421) und die zweite Blendenöffnung (422) unterschiedliche Größen aufweisen.
Beleuchtungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsanordnung (100) eine Anordnung von Sammellinsen (450) umfasst, die im Lichtweg (110) der Beleuchtungsanordnung (100) vor der mikromechanischen Blendenanordnung (400) angeordnet ist.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Anspruch 7, wobei die Sammellinsen (450) als Zylinderlinsen ausgebildet sind.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Ansprüchen 2 und 8, wobei Längsachsen (451) der Sammellinsen (450) parallel zu Längsrichtungen (423) der Blendenöffnungen (420) orientiert sind.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (200) eine Halogenglühlampe, eine Gasentladungslampe, eine Leuchtdiode und/oder eine Laserdiode aufweist.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (200) eine zweidimensionale Anordnung von Einzellichtquellen (210) umfasst.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Anspruch 11, wobei die Beleuchtungsanordnung (100) ausgebildet ist, zumindest einige der Einzellichtquellen (210) getrennt an- und abzuschalten.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (200) ausgebildet ist, in der Ebene der Blendenanordnung (400) einen Leuchtdichtegradienten (130) zu erzeugen.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (200) mindestens einen Lichtleiter umfasst, der dazu vorgesehen ist, Licht (120) zu der mikromechanischen Blendenanordnung (400) zu leiten.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsanordnung (100) ein wellenlängenkonvertierendes Element (500) aufweist, das dazu vorgesehen ist, eine Wellenlänge eines durch die Lichtquelle (200) emittierten Lichts (120) zu konvertieren.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Anspruch 15, wobei das wellenlängenkonvertierende Element (500) im Lichtweg (110) der Beleuchtungsanordnung (100) hinter der mikromechanischen Blendenanordnung (400) angeordnet ist.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 15 und 16, wobei das wellenlängenkonvertierende Element (500) in eine zweidimensionale Anordnung wellenlängenkonvertierender Einzelelemente (510) unterteilt ist.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß Anspruch 17, wobei die wellenlängenkonvertierenden Einzelelemente (510) durch opake Barrieren (520) voneinander getrennt sind.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 17 und 18, wobei jede Blendenöffnung (420) der Blendenanordnung (400) einem Einzelelement (510) des wellenlängenkonvertierenden Elements (500) zugeordnet ist.
Beleuchtungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsanordnung (100) ein optisch abbildendes Element (600) aufweist, das der Blendenanordnung (400) im Lichtweg (110) der Beleuchtungsanordnung (100) nachgeordnet ist.