Title:
Projektionssystem und Herstellungsverfahren für ein Projektionssystem für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht
Kind Code:
A1
Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht,
mit zumindest einem Mikrospiegel (10) und einer Aktoreinrichtung, mittels welcher der
Mikrospiegel (10) in eine harmonische Schwingung um eine Rotationsachse versetzbar ist, während welcher der Mikrospiegel (10) Rotationswinkel (φ) von einem minimalen Rotationswinkel (φmin) bis zu einem maximalen Rotationswinkel (φmax) einnimmt, und einem Optiksystem (18, 20) mit zumindest einem ersten optischen Element (18), dessen Lichteinfallfläche (14) mittels eines von dem Mikrospiegel (10) darauf abgelenkten Lichts (16) abrasterbar ist, wobei das auf die Lichteinfallfläche (14) auftreffende Licht (16) so auf eine Gesamtprojektionsflache (22) aus Lichtauftreffpunkten (Pj(φ)) projiziert wird, dass um den maximalen Rotationswinkel (φmax) und den minimalen Rotationswinkel (φmin) auf die Lichteinfallfläche (14) abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts (16) mittig auf die Gesamtprojektionsfläche (22) projizierbar sind.



Inventors:
Franz, Gerald (71522, Backnang, DE)
Kutschbach, Michael (72649, Wolfschlugen, DE)
Application Number:
DE102015224981A
Publication Date:
06/14/2017
Filing Date:
12/11/2015
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102013226622A1N/A2015-06-25
DE102013226662A1N/A2015-06-25
Foreign References:
WO2016061599A12016-04-28
JP2015185427A2015-10-22
JP2015185426A2015-10-22
Other References:
englischsprachige Computerübersetzung von JP 2015 - 185 426 A
Claims:
1. Projektionssystem für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht, mit
zumindest einem Mikrospiegel (10), mittels welchem in dem Projektionssystem erzeugtes oder in das Projektionssystem einfallendes Licht (12) ablenkbar ist; und
einer Aktoreinrichtung, mittels welcher der Mikrospiegel (10) in eine harmonische Schwingung um eine Rotationsachse versetzbar ist, während welcher der Mikrospiegel (10) in Bezug zu seiner Ruhestellung Rotationswinkel (φ) einnimmt, welche in einem Rotationswinkelbereich von einem minimalen Rotationswinkel (φmin) bis zu einem maximalen Rotationswinkel (φmax) liegen, so dass eine Gesamtfläche (14) mittels eines von dem Mikrospiegel (10) darauf abgelenkten Lichts (16, 50) abrasterbar ist;
gekennzeichnet durch
ein Optiksystem (18, 20, 40, 42, 52, 54) mit zumindest einem ersten optischen Element (18, 40, 52) dessen Lichteinfallfläche (14) als die abgerasterte Gesamtfläche (14) mittels des von dem Mikrospiegel (10) darauf abgelenkten Lichts abrasterbar (16, 50) ist,
wobei das Optiksystem (18, 20, 40, 42, 52, 54) für eine Lichtstrahlenprojektion ausgelegt ist, bei welcher das auf die Lichteinfallfläche (14) auftreffende Licht (16, 50) so auf eine Gesamtprojektionsfläche (22) aus Lichtauftreffpunkten (Pj(φ), Pj(φ, ϑ)) projiziert wird, dass um den maximalen Rotationswinkel (φmax) und den minimalen Rotationswinkel (φmin) auf die Lichteinfallfläche (14) abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts (16, 50) mittig auf die Gesamtprojektionsfläche (22) projizierbar sind.

2. Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei das Optiksystem (18, 20, 40, 42, 52, 54) für eine Lichtstrahlenprojektion ausgelegt ist, bei welcher das auf die Lichteinfallfläche (14) auftreffende Licht (16, 50) so auf die Gesamtprojektionsfläche (22) projiziert wird, dass die um den maximalen Rotationswinkel (φmax) und den minimalen Rotationswinkel (φmin) auf die Lichteinfallfläche (14) abgelenkten Teilstrahlen mittig auf die Gesamtprojektionsfläche (22) projizierbar sind und um einen mittleren Rotationswinkel (φ0) aus dem Rotationswinkelbereich auf die Lichteinfallfläche (14) abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts (16, 50) auf zwei gegenüber liegende Ränder der Gesamtprojektionsfläche (22) projizierbar sind.

3. Projektionssystem nach Anspruch l oder 2, wobei das erste optische Element (18, 40, 52) des Optiksystems (18, 20, 40, 42, 52, 54) für eine Parallelisierung des auf seine Lichteinfallfläche (14) auftreffenden Lichts (16, 50) ausgelegt ist.

4. Projektionssystem nach Anspruch 3, wobei das erste optische Element (18, 40, 52) des Optiksystems (18, 20, 40, 42, 52, 54) ein Kollimator (18), eine Sammellinse, eine telezentrische F-Theta-Linse (40, 52) oder ein Freiformreflektor ist.

5. Projektionssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Optiksystem (18, 20, 40, 42, 52, 54) ein zweites optisches Element (20, 42, 54) umfasst, auf welches ein mittels des ersten optischen Elements (18, 40, 52) parallelisiertes Licht (28, 56) trifft und welches für eine Lichtbrechung ausgelegt ist, bei welcher mit einen großen Abstand zu seiner optischen Achse oder optischen Ebene auf das zweite optische Element (20, 42, 54) auftreffende parallelisierte Lichtstrahlen (28, 56) zu der optischen Achse oder optischen Ebene des zweiten optischen Elements (20, 42, 54) gebrochen werden, während nahe an seiner optischen Achse oder optischen Ebene auf das zweite optische Element (20, 42, 54) auftreffende parallelisierte Lichtstrahlen (28, 56) von der optischen Achse oder optischen Ebene des zweiten optischen Elements (20, 42, 54) weg gestreut werden.

6. Projektionssystem nach Anspruch 5, wobei das zweite optische Element (20, 42, 54) ein Axicon (20), ein Würfel, ein Parallelepiped (42) oder mindestens ein Prisma (54) ist.

7. Projektionssystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei das zweite optische Element (20, 54) für eine Rechts-Links-Strahlenverschiebung des darauf auftreffenden parallelisierten Lichts (28, 56) ausgelegt ist.

8. Projektor mit einem Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

9. Fahrzeuglicht mit einem Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

10. Herstellungsverfahren für ein Projektionssystem für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht mit dem Schritt:
Ausbilden einer Aktoreinrichtung für zumindest einen Mikrospiegel (10) des Projektionssystems derart, dass bei einem späteren Betrieb des Projektionssystems der Mikrospiegel (10) mittels der Aktoreinrichtung in eine harmonische Schwingung um eine Rotationsachse verstellt wird, während welcher der Mikrospiegel (10) in Bezug zu seiner Ruhestellung Rotationswinkel (φ) annimmt, welche in einem Rotationswinkelbereich von einem minimalen Rotationswinkel (φmin) bis zu einem maximalen Rotationswinkel (φmax) liegen, so dass in dem Projektionssystem erzeugtes oder in das Projektionssystem einfallendes Licht (12) mittels des Mikrospiegels (10) auf eine Gesamtflache (14) abgelenkt wird, welche mittels des abgelenkten Lichts (16, 50) abgerastert wird (S1);
gekennzeichnet durch den Schritt:
Ausbilden eines Optiksystems (18, 20, 40, 42, 52, 54) mit zumindest einem ersten optischen Element (18, 40, 52), dessen Lichteinfallfläche (14) bei dem späteren Betrieb des Projektionssystems als die abgerasterte Gesamtfläche (14) mittels des von dem Mikrospiegel (10) darauf abgelenkten Lichts (16, 50) abgerastert wird, für eine Lichtstrahlenprojektion, bei welcher das auf der Lichteinfallfläche (14) auftreffende Licht (16, 50) so auf eine Gesamtprojektionsfläche (22) aus Lichtauftreffpunkten (Pj(φ), Pj(φ, ϑ)) projiziert wird, dass um den maximalen Rotationswinkel (φmax) und den minimalen Rotationswinkel (φmin) auf die Lichteinfallfläche (14) abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts (16, 50) mittig auf die Gesamtprojektionsfläche (22) projiziert werden (S2).

Description:

Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht. Ebenso betrifft die Erfindung einen Projektor und ein Fahrzeuglicht. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein Projektionssystem für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht.

Stand der Technik

In der DE 10 2013 226 622 A1 ist eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einem beweglichen Umlenkspiegel zum scannenden Umlenken von Lichtstrahlen beschrieben. Wird ein derartiger Umlenkspiegel zum (eindimensionalem) Abscannen einer Gesamtfläche als harmonischer Oszillator in eine Verstellbewegung um eine vorgegebene Rotationsachse versetzt, so ist dessen Winkelgeschwindigkeit an den Umkehrpunkten, an welchen ein Wechsel von einer ersten Drehrichtung des Umlenkspiegels in eine entgegen gerichtete zweite Drehrichtung des Umlenkspiegels auftritt, minimal.

1 zeigt ein Koordinatensystem zum Erläutern einer mittels eines herkömmlichen Umlenkspiegels, wie beispielsweise mittels des Umlenkspiegels der DE 10 2013 226 622 A1, auf einer (eindimensional) abgescannten Gesamtfläche auftretenden Intensitätsverteilung. In dem Koordinatensystem der 1 sind mittels einer Abszisse die Rotationswinkel φ des als harmonischer Oszillator betriebenen Umlenkspiegels angezeigt, während mittels einer Ordinate eine Lichtintensität I auf einer bei einem bestimmten Rotationswinkel φ beleuchteten Teilfläche wiedergegeben ist.

Da die Winkelgeschwindigkeit des herkömmlichen Umkehrspiegels an den Umkehrpunkten, d.h. bei einem minimalen Rotationswinkel φmin und einem maximalen Rotationswinkel φmax, minimal ist, hat die Intensitätsverteilung bei den Rotationswinkeln φmin und φmax ihre Maxima. Außerdem hat die Intensitätsverteilung bei einem mittleren Rotationswinkel φ0 ihr Minimum. Das Betreiben des herkömmlichen Umlenkspiegels als harmonischer Oszillator zum Erzeugen eines eindimensionalen Bildstreifens auf der (eindimensional) abgescannten Gesamtfläche ergibt somit zwei Helligkeitsmaxima an den Streifenrändern und ein Helligkeitsminimum in einer Streifenmitte.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Projektionssystem für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht mit den Merkmalen des Anspruchs l, einen Projektor mit den Merkmalen des Anspruchs 8, ein Fahrzeuglicht mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Herstellungsverfahren für ein Projektionssystem für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht mit den Merkmalen des Anspruchs 10.

Vorteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Projektionssystem zum eindimensionalen oder zweidimensionalen Abscannen einer Projektionsfläche (Gesamtprojektionsfläche), wie beispielsweise einer Leinwand, einer Streuscheibe oder einer Oberfläche eines Konverterelements, mit einer Intensitätsverteilung mit einem Maximum in einer Mitte der Projektionsfläche (Gesamtprojektionsfläche). Die Intensitätsverteilung, welche mittels des erfindungsgemäß Projektionssystems bewirkbar ist, ist für einen Betrachter oder Nutzer attraktiver/vorteilhafter als herkömmliche Intensitätsverteilungen auf abgerasterten Flächen mit Intensitätsmaxima an den Randbereichen und einem Intensitätsminimum in der Mitte. Insbesondere eignet sich eine Intensitätsverteilung, wie sie mittels des erfindungsgemäßen Projektionssystems erzeugbar ist, besser für einen Projektor oder ein Fahrzeuglicht. Die vorliegende Erfindung eignet sich deshalb vorteilhaft zur Verbesserung von Projektoren oder Fahrzeuglichtern gegenüber dem Stand der Technik.

Vorzugsweise ist das Optiksystem für eine Lichtstrahlenprojektion ausgelegt, bei welcher das auf die Lichteinfallfläche auftreffende Licht so auf die Gesamtprojektionsfläche projiziert wird, dass die um den maximalen Rotationswinkel und den minimalen Rotationswinkel auf die Lichteinfallfläche abgelenkten Teilstrahlen mittig auf die Gesamtprojektionsfläche projizierbar sind und um einen mittleren Rotationswinkel aus dem Rotationswinkelbereich auf die Lichteinfallfläche abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts auf zwei gegenüber liegende Ränder der Gesamtprojektionsfläche projizierbar sind. Das Projektionssystem mit diesem Optiksystem schafft eine Intensitätsverteilung auf einer eindimensional oder zweidimensional abgescannten Projektionsfläche (Gesamtprojektionsfläche) mit einem Maximum in einer Mitte der Projektionsfläche (Gesamtprojektionsfläche) und mit Intensitätsminima in an gegenüberliegenden Randbereichen der Projektionsfläche (Gesamtprojektionsfläche).

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Projektionssystems ist das erste optische Element des Optiksystems für eine Parallelisierung des auf seine Lichteinfallfläche auftreffenden Lichts ausgelegt. Beispielsweise ist das erste optische Element des Optiksystems ein Kollimator, eine Sammellinse, eine telezentrische F-Theta-Linse oder ein Freiformreflektor. Somit sind kostengünstige und wenig Bauraum erfordernde optische Komponenten als das erste optische Element einsetzbar.

Vorzugsweise umfasst das Optiksystem ein zweites optisches Element, auf welches ein mittels des ersten optischen Elements parallelisiertes Licht trifft und welches für eine Lichtbrechung ausgelegt ist, bei welcher mit einem großen Abstand zu seiner optischen Achse oder optischen Ebene auf das zweite optische Element auftretende parallelisierte Lichtstrahlen zu der optischen Achse oder optischen Ebene des zweiten optischen Elements gebrochen werden, während nahe an seiner optischen Achse oder optischen Ebene auf das zweite optische Element auftreffende parallelisierte Lichtstrahlen von der optischen Achse oder optischen Ebene des zweiten optischen Elements weg gestreut werden. Insbesondere kann das zweite optische Element für eine Rechts-Links-Strahlverschiebung des darauf auftreffenden parallelisierten Lichts ausgelegt sein. Das zweite optische Element kann beispielsweise ein Axicon, ein Würfel, ein Parallelepiped oder mindestens ein Prisma sein. Auch das Axicon, der Würfel, das Parallelepiped oder das mindestens eine Prisma ist kostengünstig herstellbar und erfordert wenig Bauraum.

Die vorausgehend beschriebenen Vorteile erfüllt auch ein Projektor mit einem derartigen Projektionssystem.

Außerdem sind die Vorteile auch bei einem Fahrzeuglicht mit einem derartigen Projektionssystem sichergestellt. Das Fahrzeuglicht kann als Scheinwerfer, insbesondere als adaptiver Scheinwerfer, an einem damit ausgestatteten Fahrzeug/Kraftfahrzeug eingesetzt sein. Da ein mit dem erfindungsgemäßen Projektionssystem ausgestatteter Scheinwerfer Licht ausstrahlt mit einer Intensitätsverteilung, deren Intensitätsmaximum in einer Bildmitte/Mitte eines damit ausgeleuchteten Umgebungsbereichs liegt, eignet er sich insbesondere gut als Fernlicht. Zusätzlich oder alternativ zu einer Fernlichtfunktion kann das mit dem erfindungsgemäßen Projektionssystem ausgestattete Fahrzeuglicht jedoch auch zur Erfüllung anderer Funktionen vorteilhaft an Fahrzeugen/Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Des Weiteren werden die oben beschriebenen Vorteile auch durch Ausfuhren eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens geschaffen, wobei das Herstellungsverfahren gemäß den beschriebenen Ausführungsformen des Projektionssystems weiterbildbar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 ein Koordinatensystem zum Erläutern einer mittels eines herkömmlichen Umlenkspiegels auf einer (eindimensional) abgescannten Gesamtfläche auftretenden Intensitätsverteilung;

2a und 2b eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Projektionssystems und ein Koordinatensystem zum Erläutern von dessen Funktionsweise;

3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Projektionssystems;

4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Projektionssystems; und

5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung

2a und 2b zeigen eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Projektionssystems und ein Koordinatensystem zum Erläutern von dessen Funktionsweise.

Das in 2a schematisch wiedergegebene Projektionssystem weist einen Mikrospiegel 10 auf, mittels welchem in dem Projektionssystem erzeugtes oder in das Projektionssystem einfallendes Licht 12 ablenkbar ist. Das auf dem Mikrospiegel 10 auftreffende Licht 12 kann beispielsweise Licht 12 mindestens eines Lasers sein. Anstelle des mindestens einen Lasers kann das Projektionssystem jedoch auch mit einer anderen Lichtquelle ausgestattet sein. Als Alternative zu einer Ausstattung des Projektionssystems mit einer eigenen Lichtquelle (z.B. dem mindestens einen Laser) kann auch ein extern erzeugtes und in das Projektionssystem einfallendes Licht 12 auf dem Mikrospiegel 10 auftreffen. Mittels einer (nicht dargestellten) Aktoreinrichtung des Projektionssystems ist der Mikrospiegel 10 in eine harmonische Schwingung um eine Rotationsachse versetzbar. Die Aktoreinrichtung kann beispielsweise eine elektrostatische, magnetische oder piezoelektrische Aktoreinrichtung sein.

Während seiner harmonischen Schwingung schwingt der Mikrospiegel 10 periodisch, wobei der Mikrospiegel 10 in Bezug zu seiner Ruhestellung Rotationswinkel φ einnimmt, welche in einem Rotationswinkelbereich von einem minimalen Rotationswinkel φmin bis zu einem maximalen Rotationswinkel φmax liegen. Mittels des periodischen Verstellens des Mikrospiegels 10 um seine Rotationsachse ist eine Gesamtfläche 14 mittels eines von dem Mikrospiegel 10 darauf abgelenkten Lichts 16 eindimensional abrasterbar. Jedem Lichtauftreffpunkt Pi(φ) der eindimensional abgerasterten Gesamtfläche 14, auf welchem das abgelenkte Licht 16 (kurzzeitig) auftrifft, kann ein Rotationswinkel φ zugeordnet werden. (Die eindimensional abgerasterte Gesamtfläche 14 ergibt sich als Gesamtmenge der Lichtauftreffpunkte Pi(φ).)

An dem maximalen Rotationswinkel φmax liegt ein erster Umkehrpunkt der harmonischen Schwingung des Mikrospiegels 10, bei welchem ein Wechsel von einer ersten Drehrichtung des Mikrospiegels 10 in eine entgegen gerichtete zweite Drehrichtung des Umlenkspiegels des Mikrospiegels 10 auftritt. Entsprechend liegt an dem minimalen Rotationswinkel φmin ein zweiter Umkehrpunkt mit einem Wechsel von der zweiten Drehrichtung des Mikrospiegels 10 in die entgegen gerichtete erste Drehrichtung des Mikrospiegels 10. Eine Winkelgeschwindigkeit des harmonisch schwingenden Mikrospiegels 10 ist deshalb an dem maximalen Rotationswinkel φmax und an dem minimalen Rotationswinkel φmin minimal. Außerdem ist die Winkelgeschwindigkeit des harmonisch schwingenden Mikrospiegels 10 bei einem mittleren Rotationswinkel φ0 maximal. Damit ist auch eine Verweildauer des Mikrospiegels 10 an dem maximalen Rotationswinkel φmax und an dem minimalen Rotationswinkel φmin maximal und an dem mittleren Rotationswinkel φ0 minimal. Deshalb weist eine auf der abgerasterten Gesamtfläche 14 mittels des harmonisch um die Rotationsachse schwingenden Mikrospiegels 10 bewirkte Intensitätsverteilung Intensitätsmaxima für den maximalen Rotationswinkel φmax und den minimalen Rotationswinkel φmin und ein Intensitätsminimum für den mittleren Rotationswinkel φ0 auf. (Die auf der eindimensional abgerasterten Gesamtfläche 14 erzeugte Intensitätsverteilung kann somit der in 1 dargestellten entsprechen.)

Das Projektionssystem der 2a umfasst auch ein Optiksystem aus einem ersten optischen Element 18 und einem zweiten optischen Element 20. Das erste optische Element 18 weist als Lichteinfallfläche 14 die abgerasterte Gesamtfläche 14 auf, welche mittels des von dem Mikrospiegel 10 darauf abgelenkten Lichts 16 eindimensional abrasterbar ist/abgerastert wird. Außerdem ist das Optiksystem für eine Lichtstrahlenprojektion ausgelegt, bei welcher das auf der Lichteinfallfläche 14 auftreffende Licht 16 so auf eine Gesamtprojektionsfläche 22 aus Lichtauftreffpunkten Pj(φ) projiziert wird, dass um den maximalen Rotationswinkel φmax und den minimalen Rotationswinkel φmin auf die Lichteinfallfläche 14 abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts 16 mittig auf die Gesamtprojektionsfläche 22 projizierbar sind. Zusätzlich sind um (nahezu) den mittleren Rotationswinkel φ0 auf die Lichteinfallfläche 14 abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts 16 auf zwei gegenüber liegende Ränder der Gesamtprojektionsfläche 22 projizierbar. (Die Gesamtprojektionsfläche 22 ergibt sich als Gesamtmenge von Lichtauftreffpunkten Pj(φ) eines mittels des Optiksystems gebrochenen Lichts 24.)

Deshalb ergibt sich auf der Gesamtprojektionsfläche 22 die in 2b dargestellte Intensitätsverteilung, wobei mittels einer ersten Abszisse ein Abstand x eines Lichtauftreffpunkts Pj(φ) von einem Mittelpunkt Pm der Gesamtprojektionsfläche 22, mittels einer zweiten Abszisse die Rotationswinkel φ des Mikrospiegels 10 und mittels einer Ordinate eine Lichtintensität I wiedergegeben sind. Erkennbar ist, dass die auf der Gesamtprojektionsfläche 22 erzeugte Intensitätsverteilung ein Intensitätsmaximum am Mittelpunkt Pm (mit dem maximalen Rotationswinkel φmax und dem minimalen Rotationswinkel φmin) und Intensitätsminima an den zwei gegenüber liegende Rändern der Gesamtproduktionsfläche 22 (mit den maximalen Abständen xmax 1 und xmax 2 und dem mittleren Rotationswinkel φ0) hat.

Die Ausstattung des Projektionssystems der 2a mit dem Optiksystem bietet somit eine Möglichkeit zum „Umkehren" der mittels des harmonisch schwingenden Mikrospiegels 10 bewirkten Intensitätsverteilung (mit Intensitätsmaxima für den maximalen Rotationswinkel φmax und den minimalen Rotationswinkel φmin und einem Intensitätsminimum für den mittleren Rotationswinkel φ0) in die in 2b dargestellte Intensitätsverteilung (mit einem Intensitätsmaximum am Mittelpunkt Pm der Gesamtprojektionsfläche 22 und Intensitätsminima mit den maximalen Abständen xmax1 und xmax 2 zum Mittelpunkt Pm). Damit kann ohne einen Eingriff in das harmonische Schwingverhalten des Mikrospiegels 10 eine gegenüber dem Stand der Technik zum Ausführen einer Vielzahl von Funktionen vorteilhaftere Intensitätsverteilung erreicht werden. Gleichzeitig können die Vorteile eines Betriebs des Mikrospiegels 10 als harmonische Schwinger, wie z.B. größere Auslenkungsamplituden und/oder kürzere Schwingungsamplituden, weiterhin genutzt werden.

Sofern mittels des Mikrospiegels 10 und des Optiksystems ein Bild (aus Lichtpunkten) auf die Gesamtprojektionsfläche 22, z.B. eine Leinwand 26, projiziert wird, wirkt dieses Bild aufgrund seiner in 2b dargestellten Intensitätsverteilung für einen Betrachter attraktiver als vergleichsbare Bilder herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtungen (mit der in 1 dargestellten Intensitätsverteilung). Das Projektionssystem eignet sich deshalb gut für einen Projektor.

Entsprechend kann auch mittels des Projektionssystems ein mittiger Bereich eines Konverterelements mit einer höheren Intensität angeregt werden. Bei einer Nutzung des Projektionssystems in einer mit einem Konverterelement ausgestatteten Lichterzeugungseinheit ergeben sich somit ebenfalls Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Bei einer Anwendung des Projektionssystems in einer Lichterzeugungseinheit (wie z.B. einem adaptiven Fernlicht) kann ein Laser der Lichterzeugungseinheit an blendungsgefährdeten Stellen ausgeschaltet werden. Eine Ein- und Ausschaltgeschwindigkeit des Lasers ist durch einen Lasertreiber limitiert. Durch die geringere Winkelgeschwindigkeit des mittels des Projektionssystems ausgesendeten Lichts in einer Mitte seines Scanbereichs kann, bei gleicher Ein- und Ausschaltgeschwindigkeit des Lasertreibers, die einzuschaltende und auszuschaltende Position genauer angefahren werden als in den Bereichen mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit. Durch die Verwendung des Projektionssystems kann somit ein Scanteilbereich mit höherer Auflösung in die Mitte des Scanbereich gelegt werden.

Ebenso kann die mittels des Mikrospiegels 10 und des Optiksystems bewirkte Intensitätsverteilung für ein Abrastern eines Bereichs mit Licht zum Ausführen einer optischen Sensorfunktion vorteilhaft genutzt werden. Beim Ausführen einer optischen Sensorfunktion ist in der Regel eine maximale Lichtintensität in einem mittig gelegeneren Teilbereich des untersuchten Bereichs wünschenswert. Aus diesem Grand schafft die in 2b dargestellten Intensitätsverteilung eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen optischen Sensorvorrichtungen.

Ein weiterer Vorteil des Projektionssystems bei scannenden Sensoranwendungen ist, dass die Winkelgeschwindigkeit im Zentrum des Scan-Bereichs, in dem das meiste Licht gewünscht wird, am geringsten ist. Wird ein mittels des Projektionssystems realisierter Sensor mit einer festen Abtastfrequenz ausgelesen, so ist eine Auflösung des Sensors in diesem Bereich am größten.

In der Ausführungsform der 2a ist das erste optische Element 18 des Optiksystems für eine Parallelisierung des auf seine Lichteinfallfläche 14 abgelenkten Lichts 16 ausgelegt. Beispielhaft ist das erste optische Element 18 des Optiksystems ein Kollimator 18. (In einer Weiterbildung können Mikrooptiken auf dem Kollimator 18 aufgebracht sein, welche eine Fokussierung übernehmen.) Anstelle des Kollimators 18 kann jedoch auch eine Sammellinse, eine telezentrische F-Theta-Linse oder ein Freiformreflektor als das erste optische Element 18 verwendet werden. Somit sind kostengünstige optische Komponenten als das erste optische Element 18 einsetzbar.

Das zweite optische Element 20 des Optiksystems ist zu dem ersten optischen Element 18 so angeordnet, dass ein mittels des ersten optischen Elements l8 parallelisiertes Licht 28 auf das zweite optische Element 20 trifft. Das zweite optische Element 20 ist für eine Lichtbrechung ausgelegt, bei welcher mit einem großen Abstand zu seiner (nicht-skizzierten) optischen Achse auf das zweite optische Element 20 auftreffende parallelisierte Lichtstrahlen 28 zu der optischen Achse des zweiten optischen Elements 20 gebrochen werden, während nahe an seiner optischen Achse auf das zweite optische Element 20 auftreffende parallelisierte Lichtstrahlen 28 von der optischen Achse des zweiten optischen Elements 20 weg gestreut werden. Man kann dies auch damit umschreiben, dass das zweite optische Element 20 für eine Rechts-Links-Strahlenverschiebung des darauf auftreffenden parallelisierten Lichts 28 ausgelegt ist. Beispielhaft ist das zweite optische Element 20 in der Ausführungsform der 2a und 2b ein Axicon 20.

In dem Beispiel der 2a sind die beiden optischen Elemente 18 und 20 so zueinander angeordnet, dass ihre optischen Achsen auf einer gemeinsamen optischen Achse 30 des Optiksystems liegen.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Projektionssystems.

Das in 3 schematisch dargestellte Projektionssystem unterscheiden sich von der zuvorigen Ausführungsform durch die Nutzung einer telezentrischen F-Theta-Linse 40 als dem ersten optischen Element 40 und eines Würfels oder Parallelepipeds 42 als dem zweiten optischen Element 42. Als Alternative zu dem Würfel oder Parallelepiped 42 können auch zwei an ihren Grundflächen zusammengefügte Prismen als das zweite optische Element 42 eingesetzt werden.

Das Projektionssystem der 3 realisiert alle Vorteile der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Insbesondere ist das auf die Lichteinfallfläche 14 der telezentrischen F-Theta-Linse 40 auftreffende Licht 16 so auf die Gesamtprojektionsfläche 22 aus Lichtauftreffpunkten Pj(φ) projizierbar, dass um den maximalen Rotationswinkel φmax und den minimalen Rotationswinkel φmin auf die Lichteinfallfläche 14 abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts 16 mittig auf die Gesamtprojektionsfläche 22 und um (nahezu) den mittleren Rotationswinkel φ0 auf die Lichteinfallfläche 14 abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts 16 auf zwei gegenüber liegende Ränder der Gesamtprojektionsfläche 22 projiziert werden. Zusätzlich trifft das mittels des Optiksystems gebrochenen Lichts 24 orthogonal/senkrecht auf der Gesamtprojektionsfläche 22 aus Lichtauftreffpunkten Pj(φ) auf. Das Projektionssystem der 3 eignet sich deshalb besonders gut zur Verwendung in einem transmittiven System, wie z.B. einer Streuscheibe, oder zum Verwenden eines Leuchtstoffs.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Projektionssystems.

Das in 4 schematisch dargestellte Projektionssystem ist im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Aufführungsform zum zweidimensionalen Abrastern einer Gesamtprojektionsfläche 22 (aus Lichtauftreffpunkten Pj((φ, ϑ)) ausgelegt. Auch das Projektionssystem der 4 hat dazu mindestens einen (nicht skizzierten) Mikrospiegel, welcher mittels der Aktoreinrichtung des Projektionssystems in eine harmonische Schwingung um eine erste Rotationsachse versetzbar ist. Ergänzend ist entweder der (einzige) Mikrospiegel noch um eine geneigt zu der ersten Rotationsachse ausgerichtete zweite Rotationsachse statisch verstellbar, oder das Projektionssystem umfasst noch einen (mittels der Aktoreinrichtung) um die geneigt zu der ersten Rotationsachse ausgerichtete zweite Rotationsachse statisch verstellbaren weiteren Mikrospiegel. Die erste Rotationsachse und die zweite Rotationsachse sind vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichtet. Unabhängig von der Anzahl der in dem Projektionssystem eingesetzten Mikrospiegel kann dessen Aktoreinrichtung z.B. eine elektrostatische, magnetische und/oder piezoelektrische Aktoreinrichtung sein. Somit kann das Projektionssystem mit einer Vielzahl von vorteilhaften Aktoreinrichtungen ausgestattet sein.

Ein Lichtauftreffpunkt Pi(φ, ϑ) eines von dem mindestens einen Mikrospiegel darauf abgelenkten Lichts 50 auf der zweidimensional abgerasterten Gesamtfläche 14 hängt damit von dem harmonisch/resonant bewirkten Rotationswinkel φ und von dem statisch/quasi statisch bewirkten Rotationswinkel ϑ ab. Während das statisch/quasi statisch Einstellen des Rotationswinkels ϑ (um die zweite Rotationsachse) eine (nahezu) konstante Winkelgeschwindigkeit zum Ändern des Rotationswinkels ϑ, und damit eine von dem Rotationswinkels ϑ (im Wesentlichen) unabhängige Intensitätsverteilung auf der zweidimensional abgerasterten Gesamtfläche 14 zulässt, ist die Intensitätsverteilung des auf die Gesamtfläche 14 abgelenkten Lichts 50 abhängig von dem Rotationswinkel φ.

Auch das in 4 wiedergegebene Optiksystem umfasst ein erstes optisches Element 52 und ein zweites optisches Element 54. Das erste optische Element 52 mit der darauf liegenden zweidimensional abgerasterten Gesamtfläche 14 (als Lichteinfallfläche 14) ist eine telezentrische F-Theta-Linse 52, mittels welcher das auf dem ersten optischen Element 52 auftreffende Licht 50 parallelisierbar ist. Als zweites optisches Element 54 hat das Projektionssystem der 4 ein Prisma 54. Mittels des Prismas 54 kann eine Lichtbrechung eines mittels des ersten optischen Elements 52 parallelisierten Lichts 56 ausgeführt werden, bei welcher die mit einem großen Abstand zu seiner (nicht-skizzierten) optischen Ebene auf das Prisma 54 auftreffenden parallelisierten Lichtstrahlen 56 zu der optischen Ebene des Prismas 54 gebrochen werden, während die nahe an seiner optischen Ebene auf das Prisma 54 auftreffenden parallelisierten Lichtstrahlen 56 von der optischen Ebene des Prismas 54 weg gestreut werden. Dabei ist das zweite optische Element 54 so angeordnet, dass ein Abstand einer Auftreffposition des parallelisierten Lichts 56 zu der optischen Ebene des Prismas 54 unabhängig von dem statisch/quasi statisch bewirkten Rotationswinkel ϑ, aber abhängig von dem harmonisch/resonant bewirkten Rotationswinkel φ ist. Vorzugsweise treffen die mit dem maximalen Rotationswinkel φmax und dem minimalen Rotationswinkel φmin abgelenkten und parallelisierten Lichtstrahlen 56 mit dem größten Abstand zur optischen Ebene des Prismas 54 darauf auf, während die mit dem mittleren Rotationswinkel φ0 abgelenkten und parallelisierten Lichtstrahlen 56 (nahe) an seiner optischen Ebene auf das Prisma 54 auftreffen.

Auch das Projektionssystem der 4 ermöglicht damit eine „Umkehrung der Intensitätsverteilung" (um eine resonant betriebene Mikrospiegelachse ohne eine Beeinträchtigung der statisch betriebenen Mikrospiegelachse) bei einer zweidimensionalen Anwendung.

In einer Weiterbildung kann die telezentrische F-Theta-Linse 52 zusätzlich eine Fokussierung des Lichts auf der Leinwand 26 übernehmen.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die jeweiligen Projektionssysteme in einem Projektor (Laserprojektor) eingesetzt. Alle oben beschriebenen Projektionssysteme können jedoch auch in einem Fahrzeuglicht eingesetzt werden. In diesem Fall kann das mittels des Optiksystems projizierte Licht auf ein Konverterelement (anstelle der Leinwand 24) projiziert werden, mittels welchem eine Konversion und eine räumliche Lichtstreuung möglich ist.

Beispielsweise kann Licht in einem blauen Spektralbereich mittels mindestens eines Leuchtstoffs des Konverterelements in Licht in einem gelben Spektralbereich umgewandelt werden, so dass eine Überlagerung des blauen Spektralbereichs und des gelben Spektralbereichs ein für einen Betrachter angenehmes weißes Licht erzeugt. Das mit dem Konverterelement ausgestattete Fahrzeuglicht ist insbesondere als Fahrzeugscheinwerfer (Laserscheinwerfer) vorteilhaft verwendbar. Vor allem in einem aktiven Scheinwerfer (Laserscheinwerfer) für ein Fahrzeug/Kraftfahrzeug können die oben beschriebenen Projektionssysteme gut zum Einsatz kommen.

5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.

In einem Verfahrensschritt S1 wird eine Aktoreinrichtung für zumindest einen Mikrospiegel des Projektionssystems derart ausgebildet, dass bei einem späteren Betrieb des Projektionssystems der Mikrospiegel mittels der Aktoreinrichtung in eine harmonische Schwingung um eine (erste) Rotationsachse verstellt wird, während welcher der Mikrospiegel in Bezug zu seiner Ruhestellung Rotationswinkel einnimmt, welche in einem Rotationswinkelbereich von einem minimalen Rotationswinkel bis zu einem maximalen Rotationswinkel liegen. Sofern gewünscht, kann die Aktoreinrichtung insbesondere auch dazu ausgebildet werden, den (einzigen) Mikrospiegel noch um eine geneigt zu der ersten Rotationsachse ausgerichtete zweite Rotationsachse statisch zu verstellen oder einen weiteren Mikrospiegel um die geneigt zu der ersten Rotationsachse ausgerichtete zweite Rotationsachse statisch zu verstellen. In allen Fällen wird sichergestellt, dass ein in dem Projektionssystem erzeugtes oder in das Projektionssystem einfallendes Licht mittels des Mikrospiegels/der Mikrospiegel auf eine Gesamtfläche abgelenkt wird, welche mittels des abgelenkten Lichts (eindimensional oder zweidimensional) abgerastert wird.

Außerdem umfasst das Herstellungsverfahren noch einen Verfahrensschritt S2, welcher vor, gleichzeitig mit oder nach dem Verfahrensschritt S1 ausgeführt wird. In dem Verfahrensschritt S2 erfolgt ein Ausbilden eines Optiksystems mit zumindest einem ersten optischen Element, dessen Lichteinfallfläche bei dem späteren Betrieb des Projektionssystems als die abgerasterte Gesamtfläche mittels des von dem Mikrospiegel darauf abgelenkten Lichts abgerastert wird. Das Optiksystem wird für eine Lichtstrahlenprojektion ausgebildet, bei welcher das auf der Lichteinfallfläche auftreffende Licht so auf eine Gesamtprojektionsfläche aus Lichtauftreffpunkten projiziert wird, dass um den maximalen Rotationswinkel und den minimalen Rotationswinkel auf die Lichteinfallfläche abgelenkte Teilstrahlen des auftreffenden Lichts mittig auf die Gesamtprojektionsfläche projiziert werden.

Das hier beschriebene Herstellungsverfahren eignet sich auch zur Herstellung von Scheinwerfern/Laserscheinwerfern oder Projektoren/Laserprojektoren. Insbesondere aktive Scheinwerfer/Laserscheinwerfern zum Einsatz an einem Fahrzeug/Kraftfahrzeug sind mittels des Herstellungsverfahrens kostengünstig herstellbar.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102013226622 A1 [0002, 0003]