(19)
(11)EP 3 502 554 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
26.06.2019  Patentblatt  2019/26

(21)Anmeldenummer: 17208913.8

(22)Anmeldetag:  20.12.2017
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F21S 41/275(2018.01)
F21S 41/143(2018.01)
F21S 41/265(2018.01)
F21S 41/40(2018.01)
F21S 41/20(2018.01)
F21S 41/43(2018.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME
Benannte Validierungsstaaten:
MA MD TN

(71)Anmelder: ZKW Group GmbH
3250 Wieselburg (AT)

(72)Erfinder:
  • Schadenhofer, Peter
    3382 Roggendorf (AT)
  • Hacker, Alexander
    3150 Wilhelmsburg (AT)
  • Gürtl, Josef
    3233 Kilb (AT)

(74)Vertreter: Patentanwaltskanzlei Matschnig & Forsthuber OG 
Biberstraße 22 Postfach 36
1010 Wien
1010 Wien (AT)

  


(54)PROJEKTIONSEINRICHTUNG FÜR EINEN KRAFTFAHRZEUGSCHEINWERFER UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER PROJEKTIONSEINRICHTUNG


(57) Die Erfindung betrifft eine Projektionseinrichtung (1) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die Projektionseinrichtung (1) zur Abbildung von Licht zumindest einer der Projektionseinrichtung (1) zugeordneten Lichtquelle (2) in einem Bereich vor einem Kraftfahrzeug in Form zumindest einer Lichtverteilung eingerichtet ist, wobei eine lichtundurchlässige Beschichtung aus zumindest flächig übereinander angeordneten Teilschichten besteht, nämlich einer reflektierenden metallischen ersten Teilschicht (6') und einer im Wesentlichen aus schwarzem lichtabsorbierendem Lack bestehenden zweiten Teilschicht (6"), wobei die erste Teilschicht (6') zwischen der Eintrittsoptik (3) und der zweiten Teilschicht (6") angeordnet ist.




Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft eine Projektionseinrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die Projektionseinrichtung zur Abbildung von Licht zumindest einer der Projektionseinrichtung zugeordneten Lichtquelle in einem Bereich vor einem Kraftfahrzeug in Form zumindest einer Lichtverteilung eingerichtet ist, wobei die Projektionseinrichtung eine Eintrittsoptik aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind, eine Austrittsoptik aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind, wobei jeder Mikro-Eintrittsoptik genau eine Mikro-Austrittsoptik zugeordnet ist, wobei die Mikro-Eintrittsoptiken derart ausgebildet und/oder die Mikro-Eintrittsoptiken und die Mikro-Austrittsoptiken derart zueinander angeordnet sind, dass im Wesentlichen das gesamte aus einer Mikro-Eintrittsoptik austretende Licht nur in die zugeordnete Mikro-Austrittsoptik eintritt, und wobei das von den Mikro-Eintrittsoptiken vorgeformte Licht von den Mikro-Austrittsoptiken in einen Bereich vor dem Kraftfahrzeug als zumindest eine Lichtverteilung abgebildet wird, wobei zwischen der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik zumindest ein lichtdurchlässiger Träger angeordnet ist, wobei der zumindest eine Träger zumindest eine erste Blendenvorrichtung aufweist, wobei die erste Blendenvorrichtung dergestalt angeordnet ist, dass im Wesentlichen das gesamte in die Eintrittsoptik eintretende Licht auf die erste Blendenvorrichtung gelenkt ist, wobei die erste Blendenvorrichtung eine optisch wirksame Fläche aufweist, wobei in der optisch wirksamen Fläche zur Formung einer vorgebbaren Lichtverteilung lichtdurchlässige Fenster ausgebildet sind, die durch eine im Wesentlichen lichtundurchlässige Beschichtung begrenzt sind.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Mikroprojektions-Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Projektionseinrichtung, einen Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest ein erfindungsgemäßes Mikroprojektions-Lichtmodul sowie ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit zumindest einem erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer.

[0003] Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.

[0004] Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.

[0005] Aus dem Stand der Technik ist z.B. das Dokument AT 514967 B1 bekannt geworden, das eine Projektionseinrichtung zeigt. Durch die zunehmende Miniaturisierung der Eintritts- und Austrittsoptiken werden die Optiken immer toleranzempfindlicher. Bisher wurde versucht, Maßungenauigkeiten mit Hilfe verbesserter Fertigungsmethoden zu reduzieren.

[0006] Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass nunmehr der Wärmeeintrag in die Projektionseinrichtung einen wesentlichen Einfluss auf deren optisches Verhalten hat. Durch Wärmeeintrag einer Lichtquelle sowie durch Lichtabsorption innerhalb der jeweiligen Optik oder Blendenvorrichtung können diese soweit erwärmt werden, dass die Projektionseinrichtung Abbildungsfehler verursacht. Dabei können Optiken und gegebenenfalls vorgesehene Blendenvorrichtungen aufgrund von Materialunterschieden unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen und sich unterschiedlich ausdehnen. Dieses Problem verstärkt sich umso mehr, wenn transparente Elemente wie die Eintrittsoptik und die Austrittsoptik sowie absorbierende Elemente wie gegebenenfalls vorgesehene Blendenvorrichtungen unter Wärmeeintrag voneinander abweichende Temperaturniveaus erreichen.

[0007] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Projektionseinrichtung zu schaffen, bei der Abbildungsfehler trotz zunehmender Miniaturisierung weitgehend vermieden werden können. Diese Aufgabe wird mit einer Projektionseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß die lichtundurchlässige Beschichtung aus zumindest flächig übereinander angeordneten Teilschichten besteht, nämlich einer reflektierenden metallischen ersten Teilschicht und einer im Wesentlichen aus schwarzem lichtabsorbierendem Lack bestehenden zweiten Teilschicht, wobei die erste Teilschicht zwischen der Eintrittsoptik und der zweiten Teilschicht angeordnet ist.

[0008] Durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer lichtundurchlässigen Beschichtung, die eine erste metallische Teilschicht aufweist und von einer zweiten schwarzen lichtabsorbierenden Teilschicht überdeckt ist, wird ermöglicht, dass der Wärmeeintrag in die Blendenvorrichtung stark reduziert wird, indem über die Eintrittsoptik auf die Blendenvorrichtung gelenktes Licht nicht wie bisher üblich zu großen Anteilen in der Blendenvorrichtung absorbiert wird, sondern durch die metallische erste Teilschicht wieder zurückreflektiert wird. Da die erste Teilschicht jene erste Schicht ist, die dem vollen Lichtstrom, der durch die Eintrittsoptik eingekoppelt wird, ausgesetzt ist, sind die reflektierenden Eigenschaften der ersten Teilschicht von besonderem Vorteil und reduzieren damit den Wärmeeintrag in den zumindest einen Träger sowie etwaig daran angebrachte Optiken (z.B. die Eintritts- und/oder Austrittsoptik), wodurch aufgrund Wärmedehnung bewirkten Abbildungsfehlern entgegen gewirkt wird.

[0009] Der tatsächliche Wärmeeintrag in die Blendenvorrichtung hängt in der Praxis von dem Lichtstrom als auch der auszubildenden Lichtverteilung ab. Beispielsweise werden bei einer Abblendlichtverteilung in etwa 40% des durch die Eintrittsoptik eingestrahlten Lichts mittels der Blendenvorrichtung abgeschattet. Durch Reflexion an der ersten Teilschicht wird damit der Wärmeeintrag in die Blendenvorrichtung signifikant reduziert. Dieses rückreflektierte Licht verursacht zudem kein störendes Streulicht.

[0010] Zusätzlich wird durch das Vorsehen einer nachgeordneten schwarzen zweiten Teilschicht ein weiterer Effekt erzielt, der zur Reduktion von Abbildungsfehlern führt. Das Vorsehen einer metallischen ersten Teilschicht ohne einer Nachfolgeschicht hätte zur Folge, dass in die Blendenvorrichtung rückgekoppeltes Streulicht über die reflektierende Schicht wiederum nach vorne reflektiert wird. Dies hätte unerwünschtes Übersprechen in einer nachgeordneten Optik zur Folge. Mittels der lichtabsorbierenden zweiten Teilschicht kann dieses rückgekoppelte Streulicht absorbiert und damit ein Übersprechen vermieden werden. Da das Streulicht nur einen geringen Anteil des gesamten Lichtstroms darstellt, ist der dadurch in die Blendenvorrichtung eingebrachte Wärmeeintrag vernachlässigbar. Durch die metallisierte Schicht wird zudem die Opazität der Blendenvorrichtung erhöht.

[0011] An dieser Stelle sei erwähnt, dass durchaus weitere Blendenvorrichtungen vorgesehen sein können, die der genannten zumindest einen Blendenvorrichtung nachgelagert sein können. Beispielsweise kann eine zweite Strahlenblende vorgesehen sein, die zur Behebung optischer Fehler vorgesehen sein kann. Unter dem Ausdruck "dass im Wesentlichen das gesamte in die Eintrittsoptik eintretende Licht auf die erste Blendenvorrichtung gelenkt ist" wird eine Anordnung verstanden, bei der danach getrachtet wird, Streulicht zu vermeiden und nach Möglichkeit den gesamten in die Eintrittsoptik eingekoppelten Lichtstrom auf die erste Blendenvorrichtung zu lenken. Unter dem Ausdruck "eine im Wesentlichen lichtundurchlässige Beschichtung" wird eine Beschichtung verstanden, die auf diese Beschichtung auftreffendes Licht zumindest in einem Ausmaß reduziert, sodass für das menschliche Auge kein Durchtritt von Licht erkennbar ist.

[0012] Die Formulierung "im Wesentlichen das gesamte .... austretende Licht" bedeutet dabei, dass danach getrachtet wird, tatsächlich den gesamten Lichtstrom, der aus einer Mikro-EintrittsOptik austritt, einzig in die zugeordnete Mikro-Austritts-Optik einzustrahlen. Falls dies auf Grund der Gegebenheiten nicht möglich sein sollte, so ist danach zu trachten, zumindest so wenig Lichtstrom in die benachbarten Mikro-Austritts-Optiken einzustrahlen, dass sich dadurch keine nachteiligen optischen Effekte, wie Streulicht, das zu Blendung führen kann etc., ergeben.

[0013] Außerdem ist unter Formulierung "wobei die Mikro-Eintrittsoptiken derart ausgebildet und/oder die Mikro-Eintrittsoptiken und die Mikro-Austrittsoptiken derart zueinander angeordnet sind" auch zu verstehen, dass zusätzliche Maßnahmen, wie etwa Blenden (siehe weiter unten) vorgesehen sein können, die entweder ausschließlich oder vorzugsweise zusätzlich zu ihrer eigentlichen Funktion noch die Funktion haben, dass der gesamte Lichtstrom genau auf die zugeordnete Mikro-Austritts-Optik gerichtet ist.

[0014] Durch die Verwendung einer Anzahl bzw. Vielzahl von einer zugeordneten Mikro-Optiken anstelle einer einzigen Optik wie in herkömmlichen Projektionssystemen sind sowohl die Brennweiten als auch die Abmessungen der Mikro-Optiken an sich deutlich geringer als bei einer "herkömmlichen" Optik. Ebenso kann die Mittendicke gegenüber einer herkömmlichen Optik reduziert werden. Dadurch kann die Bautiefe der Projektionseinrichtung gegenüber einer herkömmlichen Optik deutlich verringert werden.

[0015] Durch Erhöhung der Anzahl an Mikro-Optik-Systemen lässt sich einerseits der Lichtstrom erhöhen oder skalieren, wobei eine Grenze nach oben hinsichtlich der Anzahl der Mikro-Optik-Systeme in erster Linie durch die jeweils verfügbaren Herstellungsverfahren begrenzt ist. Für die Erzeugung einer Abblendlichtfunktion können z.B. 200 bis 400 Mikro-Optik-Systeme ausreichen bzw. günstig sein, wobei dies weder einen einschränkenden Wert nach oben oder unten sondern lediglich eine beispielhafte Anzahl beschreiben soll. Zur Erhöhung des Lichtstroms ist es günstig, die Anzahl gleichartiger Mikro-Optiken zu erhöhen. Umgekehrt kann man die Vielzahl an Mikro-Optiken dazu benutzen, um Mikro-Optiken unterschiedlichen optischen Verhaltens in ein Projektionssystem einzubringen, um unterschiedliche Lichtverteilungen zu erzeugen oder zu überlagern. Die Vielzahl von Mikro-Optiken erlaubt somit auch Gestaltungsmöglichkeiten, die bei einer herkömmlichen Optik nicht vorhanden sind. Einzelne Mikro-Optiken können unterschiedliche Brennweiten aufweisen, wodurch zusätzliche Freiheitsgrade bei der Ausgestaltung der Lichtverteilung gewonnen werden. Manche Mikro-Optiken können als astigmatische Linsen ausgeführt sein, sodass der einfallende Lichtstrom beispielsweise in horizontaler und vertikaler Richtung unterschiedlich beeinflusst wird. Somit können einzelne Mikro-Optiken z.B. zur Änderung des Maximalwerts der Bestrahlungsstärke in einer Lichtverteilung beitragen, andere Mikro-Optiken können wiederum genutzt werden, um die horizontale Ausdehnung der Lichtverteilung zu steuern.

[0016] Eine solche Projektionseinrichtung bzw. Lichtmodul ist außerdem skalierbar, d.h., es können mehrere baugleiche oder ähnlich aufgebaute Lichtmodule zu einem größeren Gesamtsystem, z.B. zu einem Fahrzeugscheinwerfer zusammengesetzt werden.

[0017] Bei einem herkömmlichen Projektionssystem mit einer Projektionslinse weist die Linse typische Durchmesser zwischen 60 mm und 90 mm auf. Bei einem erfindungsgemäßen Modul weisen die einzelnen Mikro-Optik-Systeme typische Abmessungen von ca. 2 mm x 2 mm (in V und H) und eine Tiefe (in Z, siehe z.B. Figur 1) von ca. 6mm - 10 mm auf, sodass sich eine deutlich geringere Tiefe eines erfindungsgemäßen Moduls im Vergleich zu herkömmlichen Modulen ergibt.

[0018] Die erfindungsgemäße Projektionseinrichtung weist eine geringe Bautiefe auf und sind grundsätzlich frei formbar, d.h. es ist z.B. möglich ein erstes Lichtmodul zur Erzeugung einer ersten Teillichtverteilung getrennt von einer zweiten Lichtmodul für eine zweite Teillichtverteilung auszugestalten und diese relativ frei, d.h. vertikal und/oder horizontal und/oder in der Tiefe zueinander versetzt anzuordnen, sodass sich auch Designvorgaben einfacher realisieren lassen.

[0019] Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Projektionsmoduls ist jener, dass das exakte Positionieren der Lichtquelle(n) in Bezug auf die Projektionseinrichtung entfällt. Eine exakte Positionierung ist insofern nur noch von untergeordneter Bedeutung, als die zumindest eine Lichtquelle unter Umständen einen ganzen Array von Mikro-Eintritts-Optiken beleuchten kann, die alle im Wesentlichen dasselbe Lichtbild erzeugen. Anders formuliert bedeutet dies nichts anderes, als dass die "eigentliche" Lichtquelle von der oder den realen Lichtquelle(n) und dem Array der Mikro-Eintritts-Optiken gebildet ist. Diese "eigentliche" Lichtquelle beleuchtet dann die Mikro-Austritts-Optiken und gegebenenfalls die zugeordneten Blenden. Nachdem nun aber die Mikro- Eintritts- und Mikro-Austritts-Optiken bereits optimal aufeinander abgestimmt sind, da diese quasi ein System bilden, fällt eine nicht exakte Positionierung der realen Lichtquelle(n) weniger ins Gewicht. Die realen Lichtquellen sind beispielsweise annähernd punktförmige Lichtquellen wie z.B. Leuchtdioden, deren Licht von Kollimatoren wie Compound Parabolic Concentrators (CPC) oder TIR-Linsen (Total Internal Reflection) parallel gerichtet wird. Durch das Parallelrichten des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes kann die Relativposition zwischen Lichtquelle und Projektionseinrichtung frei gewählt werden.

[0020] Die erfindungsgemäße Projektionseinrichtung kann zur Erzeugung unterschiedlichster Lichtverteilungen eingerichtet sein. Beispielhaft seien an dieser Stelle folgende Lichtverteilungen erwähnt:

*) Abbiegelicht-Lichtverteilung;

*) Stadtlicht-Lichtverteilung;

*) Landstraßenlicht-Lichtverteilung;

*) Autobahnlicht-Lichtverteilung;

*) Lichtverteilung für Zusatzlicht für Autobahnlicht;

*) Kurvenlicht-Lichtverteilung;

*) Abblendlicht-Vorfeld-Lichtverteilung;

*) Lichtverteilung für asymmetrisches Abblendlicht im Fernfeld;

*) Lichtverteilung für asymmetrisches Abblendlicht im Fernfeld im Kurvenlichtmodus;

*) Fernlicht-Lichtverteilung;

*) Blendfreies Fernlicht-Lichtverteilung.



[0021] Beispiele bezüglich des Erscheinungsbilds solcher Lichtverteilungen sind unter anderem dem Dokument AT 514967 B1 entnehmbar.

[0022] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zweite Teilschicht aus schwarzem Fotolack besteht. Dadurch kann die Freistellung der lichtdurchlässigen Bereiche maßgenau und effizient erstellt werden. Unter Fotolack wird ein Lack zur fotolithografischen Strukturierung verstanden, d.h. beim Belichten wird die Löslichkeit der Fotoschicht z.B. durch Ultraviolettbeleuchtung unter einer Belichtungsmaske oder Fotoschablone lokal verändert. Ein solcher Lack kann auch als Fotoresistlack bezeichnet werden und ist z.B. in Form des Produkts "Daxin ABK408X" im Handel erhältlich.

[0023] Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die metallische Schicht aus Aluminium, Chrom, und/der Schwarzchrom alternativ auch aus Magnesium, Titan, Tantal, Molybdän, Eisen, Kupfer, Nickel, Palladium, Silber, Zink, Antimon, Zinn, Arsen oder Wismut besteht. Auch könnte die metallische Schicht durch Halbmetalle/Halbleiter wie beispeilsweise Silizium, Gallium oder Indium ausgebildet werden.

[0024] Um den Einfluss der Wärmedehnung auf den Träger zu reduzieren, kann vorgesehen sein, ein Material mit möglichst geringem Wärmedehnungskoeffizienten vorzusehen. Hierfür kann der der zumindest eine Träger zumindest teilweise oder auch vollständig aus Glas besteht.

[0025] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass auf den Glasgrenzschichten klassische Antireflexionsbeschichtungen (AR-Coatings) aufgebracht sind, die sich positiv auf das Reflexionsverhalten des Schichtaufbaus auswirken. Speziell durch eine Brechungsindexanpassung zwischen dem Glasträger und der metallischen Teilschicht kann der Wärmeeintrag weiter verringert werden, indem das Reflexionsvermögen gesteigert wird.

[0026] Auch kann vorgesehen sein, dass die Eintritts- und Austrittsoptik mit dem zumindest einem Träger fest verbunden sind. Damit können Positionsfehler der Eintritts- und Austrittsoptik zueinander vermieden werden.

[0027] Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Träger zwischen der Eintritts- und der Austrittsoptik angeordnet sind, wobei die Eintrittsoptik und die Austrittsoptik jeweils mit einem Träger fest verbunden sind. Auch können die Träger untereinander fest verbunden sein.

[0028] Weiters kann vorgesehen sein, dass die lichtundurchlässige Beschichtung einen Transmissionsgrad T kleiner 0,001, bevorzugtes T kleiner 0,0002, aufweist.

[0029] Zudem kann vorgesehen sein, dass die reflektierende metallische erste Teilschicht für Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 700 nm (also sichtbares Licht) einen Reflexionskoeffizient von zumindest 0,55, bevorzugt >0,85, aufweist.

[0030] Weiters betrifft die Erfindung ein Mikroprojektions-Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Projektionseinrichtung sowie zumindest eine Lichtquelle zur Einspeisung von Licht in die Projektionseinrichtung.

[0031] Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle zumindest eine LED, vorzugsweise eine Anzahl an LEDs umfasst, wobei jede Lichtquelle eine das Licht kollimierende parallel ausrichtende Optik aufweist, die zur parallel gerichteten Einstrahlung in die Eintrittsoptik ausgebildet und angeordnet ist.

[0032] Weiters betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest ein Mikroprojektions-Lichtmodul.

[0033] Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung, umfassend die folgenden Schritte:
  1. I) Heranziehen und Bearbeiten eines lichtdurchlässigen Trägers zur Ausbildung zumindest einer ersten Blendenvorrichtung mit einer optisch wirksamen Fläche, gemäß den folgenden Teilschritten
    1. a) Beschichten einer Seite des lichtdurchlässigen Trägers mit einer reflektierenden metallischen ersten Teilschicht,
    2. b) vollflächiges Bedecken der ersten Teilschicht mit einer aus schwarzem lichtabsorbierendem Fotolack bestehenden zweiten Teilschicht,
    3. c) Belichten und Entwickeln der zweiten Teilschicht zur Ausbildung von lichtdurchlässigen Fenstern innerhalb der zweiten Teilschicht, durch die korrespondierende Bereiche der ersten Teilschicht freigelegt werden,
    4. d) Ausbildung von zu Schritt c) korrespondierenden deckungsgleichen lichtdurchlässigen Fenstern in der ersten Teilschicht durch Entfernen der entsprechenden Bereiche der reflektierenden metallischen ersten Teilschicht mittels eines Ätz- oder Löseverfahrens,
  2. II) Positionieren des gemäß Schritt I) erhaltenen Trägers zwischen einer Eintrittsoptik und einer Austrittsoptik, wobei die Eintrittsoptik eine Anzahl von Mikro-Eintrittsoptiken aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind, und wobei die Austrittsoptik eine Anzahl von Mikro-Austrittsoptiken aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind, wobei die erste Blendenvorrichtung dergestalt angeordnet ist, dass im Wesentlichen das gesamte in die Eintrittsoptik eintretende Licht auf die Blendenvorrichtung gelenkt ist, wobei in der optisch wirksamen Fläche zur Formung einer vorgebbaren Lichtverteilung lichtdurchlässige Fenster gemäß Teilschritt I-d) ausgebildet sind, die durch eine durch Überlagerung der ersten und zweiten Teilschicht erhaltenen im Wesentlichen lichtundurchlässige Beschichtung begrenzt sind, wobei die erste Teilschicht zwischen der Eintrittsoptik und der zweiten Teilschicht angeordnet ist.


[0034] Zudem kann - wie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung erwähnt wurde - vorgesehen sein, dass wobei jeder Mikro-Eintrittsoptik genau eine Mikro-Austrittsoptik zugeordnet ist, wobei die Mikro-Eintrittsoptiken derart ausgebildet und/oder die Mikro-Eintrittsoptiken und die Mikro-Austrittsoptiken derart zueinander angeordnet sind, dass im Wesentlichen das gesamte aus einer Mikro-Eintrittsoptik austretende Licht nur in die zugeordnete Mikro-Austrittsoptik eintritt, und wobei das von den Mikro-Eintrittsoptiken vorgeformte Licht von den Mikro-Austrittsoptiken in einen Bereich vor dem Kraftfahrzeug als zumindest eine Lichtverteilung abgebildet wird.

[0035] Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das vollflächige Bedecken der ersten Teilschicht gemäß Schritt mit einer aus schwarzem lichtabsorbierendem Fotolack bestehenden zweiten Teilschicht gemäß Teilschritt I-b) mittels Spincoating oder Sprühbelackung aufgetragen wird.

[0036] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schichtdicke der zweiten Teilschicht zwischen 0,5 und 4 Mikrometer, bevorzugt 1,5 Mikrometer beträgt. Die Schichtdicke der ersten Teilschicht beträgt zwischen 100 und 400 Nanometer, bevorzugt 200 nm.

[0037] Anders ausgedrückt, können in der Erfindung als Lichtquelle LEDs eingesetzt werden, wobei mittels Kollimatoroptiken der abgestrahlte Lichtkegel der LED im Wesentlichen parallel gerichtet werden kann. Dieses parallele Licht kann als Beleuchtung für das Mikrolinsenarray eingesetzt werden. In einem Mikrolinsenstack kann zuerst mittels eines Primärlinsenarrays das parallele Licht jeweils auf eine Primärstrahlenblende (nämlich die erste Blendenvorrichtung) fokussiert werden, in dieser Blende wird das fokussierte Licht in die gewünschte Verteilung (z.B. Abblendlicht) beschnitten. Danach kann eine Sekundärstrahlenblende folgen, welches optische Fehler (unerwünschtes Übersprechen von Licht in anschließende Mikroprojektionssysteme) im System korrigieren kann. Am Ende befindet sich das Sekundärlinsenarray (die Austrittoptik) welches die gewünschte Lichtverteilung auf der Straße abbildet.

[0038] Folgende Anforderungen können durch die erste Blendenvorrichtung erfüllt werden:
  • Auflösungsgenauigkeit <4µm
  • Temperaturbeständigkeit -40°C bis 180°C über Fahrzeuglebensdauer
  • Transmissionsgrad bevorzugt kleiner 0,0002
  • Nach vorne (in Fahrtrichtung) möglichst lichtabsorbierend.


[0039] Eine solche Blendenvorrichtung kann durch folgende Schritte erhalten werden:

Schritt 1: Ein Glassubstrat wird einseitig komplett metallisiert. Beispielsweise kann Aluminium aufgesputtert (Schichtdicke im Bereich 200nm) werden. Alternativ dazu könnte ebenso beispielsweise Chrom, Schwarzchrom, etc. verwendet werden.

Schritt 2: Ein schwarzes Negativ-Fotoresist mittels Spincoating oder Sprühbelackung kann vollflächig über der metallisierten Schicht aufgetragen werden (Schichtdicke zwischen 1,5 und 2µm). Danach kann der Fotolack durch eine Maske belichtet werden. Mittels Entwicklerflüssigkeit kann die strukturierte Blendengeometrie in der gewünschten Auflösungsgenauigkeit (< 4µm) entwickelt werden. Es ist aber auch die Verwendung von Positiv-Fotoresist möglich.

Schritt 3: Die Metallisierung kann mittels eines nasschemischen Prozesses frei geätzt werden. Der strukturierte schwarze Fotolack dient in diesem Schritt als Ätzmaske. Das Ergebnis ist eine strukturierte Strahlenblende, welche eine reflektierende und eine schwarze Schicht auf einer Seite aufweist.



[0040] Die Erfindung ist im Folgenden anhand einer beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsform näher erläutert, die in den Figuren veranschaulicht ist. Darin zeigt

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Mikroprojektions-Lichtmoduls bzw. einer darin enthaltenen Projektionseinrichtung, die für den Einsatz der Erfindung vorbereitet ist,

Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung,

Figur 3 eine Detaildarstellung eines in Figur 2 dargestellten Trägers,

Figuren 4a bis 4m beispielhafte Schritte zur Fertigung einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung.



[0041] In den folgenden Figuren bezeichnen - sofern nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale.

[0042] Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Mikroprojektions-Lichtmoduls 10 bzw. einer darin enthaltenen Projektionseinrichtung, wie sie auch für die Erfindung eingesetzt werden kann, wobei das Lichtmodul 10 eine Lichtquelle 2, eine Licht kollimierende Optik 7, eine Eintrittsoptik 3, welche eine Anzahl von Mikro-Eintrittsoptiken 3a aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind, einen Träger 5 sowie eine Austrittsoptik 4 aufweist. Die Austrittsoptik 4 weist eine Anzahl von Mikro-Austrittsoptiken 4a aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind.

[0043] Die Projektionseinrichtung 1 ist für den Einbau in einen Kraftfahrzeugscheinwerfer geeignet, wobei im eingebauten Zustand die Achse x die Fahrzeuglängsachse bzw. die Fahrtrichtung bezeichnet, die Achse y normal zur Achse x orientierte horizontale Achse bezeichnet und die Achse z eine vertikale Achse bezeichnet, die normal zu der durch die Achsen x und y aufgespannten horizontalen Ebene orientiert ist.

[0044] Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung 1 bzw. eines Mikroprojektions-Lichtmodul 10 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest eine Projektionseinrichtung 1 sowie zumindest eine Lichtquelle 2 zur Einspeisung von Licht in die Projektionseinrichtung 1. Darin ist erkennbar, dass jeder Mikro-Eintrittsoptik 3a genau eine Mikro-Austrittsoptik 4a zugeordnet ist. Die Mikro-Eintrittsoptiken 3a sind derart ausgebildet und/oder die Mikro-Eintrittsoptiken 3a und die Mikro-Austrittsoptiken 4a sind derart zueinander angeordnet, dass im Wesentlichen das gesamte aus einer Mikro-Eintrittsoptik 3a austretende Licht nur in die zugeordnete Mikro-Austrittsoptik 4a eintritt. Das von den Mikro-Eintrittsoptiken 3a vorgeformte Licht wird von den Mikro-Austrittsoptiken 4a in einen Bereich vor dem Kraftfahrzeug als zumindest eine Lichtverteilung abgebildet.

[0045] Zwischen der Eintrittsoptik 3 und der Austrittsoptik 4 ist zumindest ein lichtdurchlässiger Träger 5 angeordnet, wobei der zumindest eine Träger 5 zumindest eine erste Blendenvorrichtung 6 aufweist, wobei die erste Blendenvorrichtung 6 dergestalt angeordnet ist, dass im Wesentlichen das gesamte in die Eintrittsoptik 3 eintretende Licht auf die Blendenvorrichtung 6 gelenkt ist, wobei die Blendenvorrichtung 6 eine optisch wirksame Fläche 6a aufweist, wobei in der optisch wirksamen Fläche 6a zur Formung einer vorgebbaren Lichtverteilung lichtdurchlässige Fenster 6b (siehe z.B. Figuren 3 sowie 4b und 4c) ausgebildet sind, die durch eine im Wesentlichen lichtundurchlässige Beschichtung begrenzt sind.

[0046] Anhand von Figuren 2 und 3 ist erkennbar, dass die lichtundurchlässige Beschichtung aus zumindest flächig übereinander angeordneten Teilschichten 6' und 6" besteht, nämlich einer reflektierenden metallischen ersten Teilschicht 6' und einer im Wesentlichen aus schwarzem lichtabsorbierendem Lack bestehenden zweiten Teilschicht 6", wobei die erste Teilschicht 6' zwischen der Eintrittsoptik 3 und der zweiten Teilschicht 6" angeordnet ist. Im vorliegenden Fall ist diese Anordnung hergestellt, indem beide Schichten auf der Lichtaustrittsseite des ersten Trägers 5 angeordnet sind und die erste Teilschicht 6' sowie nachfolgend die zweite Teilschicht 6" aufgetragen ist. Anhand beispielhafter Lichtstrahlen L1 ist erkennbar, dass Licht über die Eintrittsoptik 3 auf die optisch wirksame Fläche 6a gelenkt wird und durch die lichtdurchlässigen Fenster 6b hindurchtreten kann. Jene Lichtstrahlen L2, die Fenster 6b passieren, treffen auf korrespondierende Mikro-Austrittsoptiken 4a der Austrittsoptik 4, wobei diese Lichtstrahlen LV die Mikro-Austrittsoptiken 4a mehrheitlich nach außen verlassen. Ein geringer (unerwünschter) Anteil wird durch die Austrittsoptik 4 allerdings zurück in Richtung der zweiten Teilschicht 6" reflektiert, die dazu eingerichtet ist, diese Lichtstrahlen zu absorbieren und damit zu vermeiden, dass diese unkontrolliert in Richtung der Austrittsoptik 4 reflektiert werden. Einem durch Reflektion an der Austrittsoptik 4 verursachten Übersprechen von Lichtstrahlen LS kann damit effektiv entgegengewirkt werden.

[0047] Figuren 4a bis 4m zeigen beispielhafte Schritte zur Fertigung einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung 1. Figur 4a) zeigt einen lichtdurchlässigen Träger 5, der zur Ausbildung einer ersten Blendenvorrichtung 6 herangezogen und wie folgt bearbeitet wird: Gemäß Figur 4a wird eine Seite des Trägers 5 mit einer reflektierenden metallischen ersten Teilschicht 6' beschichtet. Anschließend erfolgt ein vollflächiges Bedecken der ersten Teilschicht 6' mit einer aus schwarzem lichtabsorbierendem Fotolack bestehenden zweiten Teilschicht 6" (Figur 4b). Als nächster Schritt folgt ein Belichten und Entwickeln der zweiten Teilschicht 6" zur Ausbildung von lichtdurchlässigen Fenstern innerhalb der zweiten Teilschicht (Figur 4c), durch die korrespondierende Bereiche der ersten Teilschicht 6" freigelegt werden. Danach werden lichtdurchlässige Fenster 6b in der ersten Teilschicht durch Entfernen der entsprechenden Bereiche der reflektierenden metallischen ersten Teilschicht 6' mittels eines Ätzverfahrens ausgebildet (siehe Figur 4d). Die Umrisskonturen der lichtdurchlässigen Fenster 6b können beliebig ausgestaltet sein; die beispielhaft gezeigte Ausführungsform entspricht einer Abblendlichtverteilung mit einem Asymmetrieanstieg. Im Anschluss kann die Eintrittsoptik 3 an dem Träger 5 angebracht werden (Figur 4e), wobei die erste Teilschicht 6' zwischen der Eintrittsoptik 3 und der zweiten Teilschicht 6" angeordnet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Träger 8 vorgesehen, an dem eine weitere Blende 9 zur Verringerung von optischen Abbildungsfehlern vorgesehen ist. Dieser Träger ist aus zwei Elementen aufgebaut, nämlich den Blendenträger 8 und einem Abdeckelement 8'. Auf dem Abdeckelement 8' kann die Austrittsoptik 4 angebracht werden (siehe Figuren 4f bis 4k). Zuletzt werden die Träger 5 und 8 miteinander verbunden, sodass Ein- und Austrittsoptik 3 und 4 einander gegenüber liegen und die Blenden 6 und 9 dazwischenliegend angeordnet sind.

[0048] In Anbetracht dieser Lehre ist der Fachmann in der Lage, ohne erfinderisches Zutun zu anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. Die Erfindung ist daher nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Auch können einzelne Aspekte der Erfindung bzw. der Ausführungsform aufgegriffen und miteinander kombiniert werden. Wesentlich sind die der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken, die durch einen Fachmann in Kenntnis dieser Beschreibung in mannigfaltiger Weise ausgeführt werden können und trotzdem als solche aufrechterhalten bleiben. Etwaige Bezugszeichen in den Ansprüchen sind beispielhaft und dienen nur der einfacheren Lesbarkeit der Ansprüche, ohne diese einzuschränken.


Ansprüche

1. Projektionseinrichtung (1) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die Projektionseinrichtung (1) zur Abbildung von Licht zumindest einer der Projektionseinrichtung (1) zugeordneten Lichtquelle (2) in einem Bereich vor einem Kraftfahrzeug in Form zumindest einer Lichtverteilung eingerichtet ist, wobei die Projektionseinrichtung (1)

- eine Eintrittsoptik (3) aufweist, welche eine Anzahl von Mikro-Eintrittsoptiken (3a) aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind,

- eine Austrittsoptik (4) aufweist, welche eine Anzahl von Mikro-Austrittsoptiken (4a) aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind, wobei

jeder Mikro-Eintrittsoptik (3a) genau eine Mikro-Austrittsoptik (4a) zugeordnet ist,
wobei die Mikro-Eintrittsoptiken (3a) derart ausgebildet und/ oder die Mikro-Eintrittsoptiken (3a) und die Mikro-Austrittsoptiken (4a) derart zueinander angeordnet sind, dass im Wesentlichen das gesamte aus einer Mikro-Eintrittsoptik (3a) austretende Licht nur in die zugeordnete Mikro-Austrittsoptik (4a) eintritt, und wobei
das von den Mikro-Eintrittsoptiken (3a) vorgeformte Licht von den Mikro-Austrittsoptiken (4a) in einen Bereich vor dem Kraftfahrzeug als zumindest eine Lichtverteilung abgebildet wird,
wobei zwischen der Eintrittsoptik (3) und der Austrittsoptik (4) zumindest ein lichtdurchlässiger Träger (5) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Träger (5) zumindest eine erste Blendenvorrichtung (6) aufweist, wobei die erste Blendenvorrichtung (6) dergestalt angeordnet ist, dass im Wesentlichen das gesamte in die Eintrittsoptik (3) eintretende Licht auf die erste Blendenvorrichtung (6) gelenkt ist, wobei die erste Blendenvorrichtung (6) eine optisch wirksame Fläche (6a) aufweist, wobei in der optisch wirksamen Fläche (6a) zur Formung einer vorgebbaren Lichtverteilung lichtdurchlässige Fenster (6b) ausgebildet sind, die durch eine im Wesentlichen lichtundurchlässige Beschichtung begrenzt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die lichtundurchlässige Beschichtung aus zumindest flächig übereinander angeordneten Teilschichten besteht, nämlich einer reflektierenden metallischen ersten Teilschicht (6') und einer im Wesentlichen aus schwarzem lichtabsorbierendem Lack bestehenden zweiten Teilschicht (6"), wobei die erste Teilschicht (6') zwischen der Eintrittsoptik (3) und der zweiten Teilschicht (6") angeordnet ist.
 
2. Projektionseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die zweite Teilschicht (6") aus schwarzem Fotolack besteht.
 
3. Projektionseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die reflektierende metallische erste Teilschicht aus Aluminium, Chrom, und/der Schwarzchrom, alternativ auch aus Magnesium, Titan, Tantal, Molybdän, Eisen, Kupfer, Nickel, Palladium, Silber, Zink, Antimon, Zinn, Arsen oder Wismut besteht.
 
4. Projektionseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Träger (5) zumindest teilweise aus Glas besteht.
 
5. Projektionseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eintritts- und Austrittsoptik (3,4) mit dem zumindest einem Träger (5) fest verbunden sind.
 
6. Projektionseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwei oder mehr Träger (5, 8, 8') zwischen der Eintritts- und der Austrittsoptik (4) angeordnet sind, wobei die Eintrittsoptik (3) und die Austrittsoptik (4) jeweils mit einem Träger (5, 8, 8') fest verbunden sind.
 
7. Projektionseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei lichtundurchlässige Beschichtung einen Transmissionsgrad T kleiner 0,001, bevorzugt kleiner 0,0002, aufweist..
 
8. Projektionseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die reflektierende metallische erste Teilschicht (6') für Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 700 nm einen Reflexionskoeffizient von zumindest 0,55, bevorzugt 0,85 aufweist.
 
9. Mikroprojektions-Lichtmodul (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest eine Projektionseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie zumindest eine Lichtquelle zur Einspeisung von Licht in die Projektionseinrichtung.
 
10. Mikroprojektions-Lichtmodul (10) nach Anspruch 9, wobei die Lichtquelle zumindest eine LED, vorzugsweise eine Anzahl an LEDs umfasst, wobei jeder Lichtquelle eine das Licht der LED kollimierende parallel ausrichtende Optik (7) aufweist, die zur parallel gerichteten Einstrahlung in die Eintrittsoptik (3) ausgebildet und angeordnet ist.
 
11. Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest ein Mikroprojektions-Lichtmodul (10) nach Anspruch 9 oder 10.
 
12. Verfahren zur Herstellung einer Projektionseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die folgenden Schritte:

I) Heranziehen und Bearbeiten eines lichtdurchlässigen Trägers zur Ausbildung zumindest einer ersten Blendenvorrichtung (6) mit einer optisch wirksamen Fläche, gemäß den folgenden Teilschritten

a) Beschichten einer Seite des lichtdurchlässigen Trägers mit einer reflektierenden metallischen ersten Teilschicht (6'),

b) vollflächiges Bedecken der ersten Teilschicht (6') mit einer aus schwarzem lichtabsorbierendem Fotolack bestehenden zweiten Teilschicht (6"),

c) Belichten und Entwickeln der zweiten Teilschicht (6") zur Ausbildung von lichtdurchlässigen Fenstern innerhalb der zweiten Teilschicht (6"), durch die korrespondierende Bereiche der ersten Teilschicht (6') freigelegt werden,

d) Ausbildung von zu Schritt c) korrespondierenden deckungsgleichen lichtdurchlässigen Fenstern (6b) in der ersten Teilschicht (6') durch Entfernen der entsprechenden Bereiche der reflektierenden metallischen ersten Teilschicht (6') mittels eines Ätz- oder Löseverfahrens,

II) Positionieren des gemäß Schritt I) erhaltenen Trägers (5) zwischen einer Eintrittsoptik (3) und einer Austrittsoptik (4), wobei die Eintrittsoptik (3) eine Anzahl von Mikro-Eintrittsoptiken (3a) aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind, und wobei die Austrittsoptik (4) eine Anzahl von Mikro-Austrittsoptiken (4a) aufweist, welche vorzugsweise in einem Array angeordnet sind, wobei die erste Blendenvorrichtung (6) dergestalt angeordnet ist, dass im Wesentlichen das gesamte in die Eintrittsoptik (3) eintretende Licht auf die Blendenvorrichtung (6) gelenkt ist, wobei in der optisch wirksamen Fläche (6a) zur Formung einer vorgebbaren Lichtverteilung lichtdurchlässige Fenster (6b) gemäß Teilschritt I-d) ausgebildet sind, die durch eine durch Überlagerung der ersten und zweiten Teilschicht (6', 6") erhaltenen im Wesentlichen lichtundurchlässige Beschichtung begrenzt sind, wobei die erste Teilschicht (6') zwischen der Eintrittsoptik (3) und der zweiten Teilschicht (6") angeordnet ist.


 
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das vollflächige Bedecken der ersten Teilschicht (6') gemäß Schritt mit einer aus schwarzem lichtabsorbierendem Fotolack bestehenden zweiten Teilschicht (6") gemäß Teilschritt I-b) mittels Spincoating oder Sprühbelackung aufgetragen wird.
 
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Schichtdicke der zweiten Teilschicht (6") zwischen 0,5 und 4 Mikrometer, bevorzugt 1,5 Mikrometer, beträgt.
 
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Schichtdicke der ersten Teilschicht (6') zwischen 100 und 400 Nanometer, bevorzugt 200 Nanometer, beträgt.
 




Zeichnung



















Recherchenbericht









Recherchenbericht




Angeführte Verweise

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente