多透镜阵列、发光源和车辆
本发明涉及一种用于车辆的发光源的多透镜阵列，该多透镜阵列包括至少一个光源和多个透镜布置，每个透镜布置至少包括聚光器透镜和投影透镜作为光学元件，其中使得至少一个光源能够用光使多个透镜布置中的每一个曝光，并且该光的多个透镜布置的投影干涉以形成单个的所投影的图像。另外，本发明涉及一种用于车辆的发光源，该发光源包括多透镜阵列。此外，本发明涉及一种包括发光源的车辆(特别是汽车)。
多透镜阵列的原理在现有技术中是已知的，并且因此多透镜阵列在现代技术中是常用的。即使使用点状光源，多透镜阵列的使用也尤其允许均匀的光分布。进一步，这种多透镜阵列在发射的光的方向中具有尤其小的尺寸。因此，特别是在安装空间有限的应用中，可以使用多透镜阵列。
另外，已知的是使用这种多透镜阵列来提供图像的投影。例如，可以通过使用遮罩(mask)使所投影的光成形来实现单色图像。相应的遮罩被用于遮蔽光的不同部分，并且因此可以实现单色的所投影的图像，该单色的所投影的图像还可以包括强度和/或亮度上的空间差异。使用多于一个多透镜阵列(尤其是具有三种不同颜色(优选地为红色、绿色和蓝色)的光源的至少三个多透镜阵列)，用于不同多透镜阵列的适当成形的遮罩允许将有色的(coloured)图像投影为相应多透镜阵列的不同光的叠加。必须使用具有三个不同的有色的光源的至少三个多透镜阵列实现具有所有可能颜色的图像使得这种解决方案复杂、奢侈并且除此之外需要大的建筑体积。投影有色的图像的另一种可能性是使用缩微胶片(microfilm)，在缩微胶片上，对于多透镜阵列的透镜通道中的每一个描绘所要投影的图像。这个解决方案的缺点主要是由缩微胶片的使用造成的，因为缩微胶片的材料不能承受高温和/或光照。因此使得尤其在车辆中的应用是不可能的。
本发明的目的是至少部分地克服上述问题。具体而言，本发明的目的是提供简化的和/或更可靠的和/或更耐用的多透镜阵列、发光源和/或车辆，其中尤其是有色的图像可以以容易且节省成本的方式投影。
上述目的是通过根据独立权利要求1的多透镜阵列、通过根据权利要求14的发光源以及通过根据权利要求15的车辆来实现的。本发明的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。关于发明性多透镜阵列详细讨论的特征也与发明性发光源和发明性车辆相关，并且在每种情况下反之亦然。
根据本发明的第一方面，通过一种用于车辆的发光源的多透镜阵列来实现目的，该多透镜阵列包括至少一个光源和多个透镜布置，每个透镜布置至少包括作为光学元件的聚光透镜和投影透镜，其中，使得至少一个光源能够用光使多个透镜布置中的每一个曝光，并且该光的多个透镜布置的投影干涉以形成单个的所投影的图像。根据本发明的多透镜阵列的特征在于，透镜布置中的至少一个透镜布置包括至少部分透明的有色的图片元件，以在该至少一个透镜布置的投影中形成有色的图像，并且其中，图片元件包括布置在该至少一个透镜布置的光学元件中和/或该至少一个透镜布置的光学元件上的颜料元件。
本发明性多透镜阵列尤其被设计为用在车辆的发光源中。该发光源可以是例如头灯、尾灯、车辆的内部灯或车辆的外部灯。至少一个光源被用于产生光，并且多个透镜布置被进一步用于收集该光并将该光投影到表面上。多个透镜布置中的每一个至少包括作为光学元件的聚光透镜和投影透镜，其中，聚光透镜面向光源并且由光源的光曝光，并且其中，投影透镜面向图像应该被投影到其上的表面，并且光学耦合到聚光透镜。在根据本发明的透镜布置中，也可以使用分别包括聚光透镜部分和投影透镜部分的单个透镜。换句话说，光由至少一个光源发射并在多个透镜布置的聚光透镜上曝光，进一步，光被透射到多个透镜布置中的每一个中的聚光透镜，并且然后被聚光透镜投影到表面上，从而在该表面上，多个透镜布置的投影干涉以形成单个的所投影的图像。
根据本发明，透镜布置中的至少一个包括至少部分透明的有色的图片元件。该有色的图片元件包含与要在投影中形成的有色的图像相关的、在多透镜阵列的所投影的图像中可见的信息。为了实现这一点，图片元件(并且特别是还有图片元件的颜料元件)是有色的并且至少部分透明。因此，通过具有图片元件的透镜布置传送的光也透过具有颜料元件的图片元件，改变其颜色并且因此进一步传递信息，以形成作为多透镜阵列的所投影的图像的一部分的有色的图像。根据本发明，实质上将具有颜料元件的该特殊的图片元件用作透镜布置本身的光学元件的固有部分。因为图片元件(并且特别是其颜料元件)至少部分透明，所以作为对所投影的光的修改，可以改变所投影的光的颜色以传递所要投影的有色的图像的信息。这允许使用单个的单色光源。进一步，尤其是颜料元件可以根据多透镜阵列的要求(尤其是关于温度和照度耐久性要求)来选择。具体而言，因此可以提供发明性多透镜阵列在车辆中的使用。
另外，根据本发明的多透镜阵列可以特征在于，颜料元件包括具有高于80℃(优选地高于120℃)的温度耐久性和/或高于500klx(优选地高于1Mlx)的照明耐久性的颜料材料。在车辆的发光源中，常常达到高于80℃的温度和高于500klx的照度。通过使用包括高于80℃的温度耐久性和/或高于500klx的照度耐久性的颜料元件，可以容易地提供在车辆的发光源中的多透镜阵列的使用。优选地，颜料元件包括具有高于80℃的温度耐久性和高于500klx的照度耐久性的颜料材料。尤其优选的是具有高于120℃的温度耐久性和高于1Mlx的照度耐久性的颜料材料。因此，可以避免颜料材料的退化以及因此被避免所投影的图像的信息的损失。
此外，发明性多透镜阵列可以特征在于图片元件(特别是元件的至少颜料元件)被布置在至少一个透镜布置的聚光透镜上和/或至少一个透镜布置的聚光透镜中。在发明性多透镜阵列的该第一可能实施例中，聚光透镜被用作光学元件以包括图片元件。这允许将图片元件在光源的光的方向中或多或少地放置在所讨论的透镜布置的开始处。
另外，发明性多透镜阵列可以特征在于图片元件(特别是图片元件的至少颜料元件)被布置在至少一个透镜布置的投影透镜上/至少一个透镜布置的投影透镜中。在发明性多透镜阵列的该附加的和/或替换的第二可能实施例中，投影透镜被用作承载图片元件的光学元件。在该实施例中，图片元件在光源的光的方向中或多或少地放置在透镜布置的端部处。
在发明性多透镜阵列的附加的和/或替代的第三实施例中，有可能的是至少一个透镜布置包括图片框架作为光学元件，其中图片元件(特别是图片元件的至少颜料元件)被布置在至少一个透镜布置的图片框架上和/或至少一个透镜布置的图片框架中。在发明性多透镜阵列的该第三可能实施例中，在承载图片元件的透镜布置中存在附加的光学元件。该附加的光学元件是图片框架，图片元件被放置在该图片框架上和/或该图片框架中。优选地，除了分别地图片元件和其颜料元件之外，图片框架是透明的或至少大部分透明的，并且不阻挡至少一个光源的光。该图片框架可以在所讨论的至少一个透镜布置中相对于光的方向被放置在若干位置处。例如，图片框架可以被放置在聚光透镜之前、聚光透镜和投影透镜之间或投影透镜之后。另外，这种图片框架可以提供被更换的能力，例如，以改变所投影的图像。而且，尤其是如果透镜布置的组承载相同的图片元件，可能的是对于透镜布置的整个组使用具有这些若干图片元件的共同的图片框架。可以更容易地提供发明性多透镜阵列的整体构建。
另外，可以增强发明性多透镜阵列，因为至少一个透镜布置的图片框架在至少一个光源的光的方向中被布置在投影透镜之后。在发明性多透镜阵列的该尤其优选的实施例中，图片框架或多或少地被放置为至少一个透镜布置的最后一个光学元件。因此，可以提供图片框架的尤其高的可及性(accessibility)，例如以改变图片框架。
而且，根据本发明的多透镜阵列可以特征在于若干透镜布置(优选地全部透镜布置)包括有色的图片元件，优选地是相同的有色的图片元件。具有图片元件的透镜布置的数量越多，可以提供具有越高的强度和亮度的所投影的图像。通过在若干透镜布置(优选地全部透镜布置)上提供有色的图片元件，可以尤其容易地提供具有高强度和高亮度的所投影的有色的图像。另外，可能的是透镜布置中的一些仅包括有色的图片元件的一部分，例如以补偿非正交表面上的投影，以确保所投影的图像的均匀的强度和亮度。
而且，根据本发明的发明性多透镜阵列可以特征在于颜料元件和该颜料元件被布置在其上和/或其中的光学元件在夹心模制工艺中被整体构建。因此，可以在夹心模制工艺期间将颜料元件直接插入光学元件中和/或光学元件上。这是提供承载图片元件的颜料元件的光学元件的简单、快速且价格低廉的方式。
在发明性多透镜阵列的替代实施例中，颜料元件和该颜料元件被布置在在其上和/或其中的光学元件在添加组装工艺中被整体构建。而且，在这个实施例中，在添加组装工艺期间将颜料元件直接插入光学元件中和/或光学元件上。在发明性多透镜阵列的该特定实施例中，尤其是用于复杂的所投影的图像的复杂的图片元件可以容易地分别提供。作为添加组装工艺，有若干可能的技术，诸如例如选择性激光烧结(SLS)、立体光刻(SLA)、熔融沉积成型(FDM)及其它。这种添加组装工艺也可以被称为快速的原型制作(prototyping)。
在另一个替代实施例中，发明性多透镜阵列可以特征在于颜料元件作为印刷层被形成到光学元件的表面上，在该表面上布置颜料元件。将颜料元件印刷到光学元件的表面上是提供发明性多透镜阵列的图片元件的尤其容易、快速且价格低廉的方式，由此在大多数情况下印刷甚至比夹心模制更具成本效益。但是，由于颜料元件被布置在光学元件的表面上，因此在使用发明性多透镜阵列期间材料损失的风险小。为了将颜料元件布置在光学元件的表面上，有若干印刷技术可用，例如喷墨印刷、丝网印刷、胶版印刷、移印及其它。
另外，发明性多透镜阵列可以特征在于至少一个透镜布置(尤其是若干透镜布置，优选地所有透镜布置)包括用以改变透镜布置的焦点的致动器元件。改变根据本发明的透镜布置的焦点可以是所讨论的透镜布置的焦点在所有三个空间方向中的位移。优选地，以使得透镜布置的不同投影仍然干涉以形成(尤其是示出有色的图像的)单个的所投影的图像的方式执行改变焦点(并且尤其是焦点的相应位移)。因此，可以提供发明性多透镜阵列在不同投影表面上的适配。优选地，发明性多透镜阵列可以是包括发明性多透镜阵列、相机和评估单元的系统的一部分，其中，相机监视所投影的图像，并且评估单元评估相机的信息，以通过经由控制透镜布置的致动器元件改变所讨论的透镜布置的焦点来控制所投影的图像。因此，即使在变化的投影表面上，也可以提供完美的清晰的所投影的图像。
而且，根据本发明的多透镜阵列可以特征在于若干透镜布置被分组在透镜布置的至少两个组中，另外，多透镜阵列包括至少两个光源，其中，至少两个光源中的每一个可以被单独控制，并指派给透镜布置的至少两个组中的一组。换句话说，至少两个光源可以是相同或不同的类型的光源，并且可以独立地接通和关断。因为不同组中的透镜布置可以干涉以形成单个的所投影的图像，所以通过选择接通的光源的数量，可以容易地提供对所投影的图像的强度和亮度的控制。
在发明性多透镜阵列的先进实施例中，透镜布置的至少两个组中的透镜布置的图片元件适于在透镜布置的投影中形成不同的有色的图像。因此，透镜布置的每个组包括不同的有色的图片元件，并且因此适于在发明性多透镜阵列的所投影的图像中形成不同的有色的图像。因此，通过选择指派给透镜布置的相应组的相应光源，可以容易地提供所投影的有色的图像的改变。
根据本发明的第二方面，通过一种包括多透镜阵列的用于车辆的发光源来实现目的。发明性发光源的特征在于根据本发明的第一方面设计多透镜阵列。因此，根据本发明第二方面的发光源可以提供与以上关于根据本发明第一方面的多透镜阵列描述的相同的优点。
在本发明的第三方面，通过一种包括发光源的车辆(特别是汽车)来实现目的。发明性车辆的特征在于根据本发明的第二方面设计发光源。根据本发明的第二方面的发光源包括根据本发明的第一方面的多透镜阵列。因此，根据本发明的第三方面的车辆可以提供以上关于根据本发明的第二方面的发光源和根据本发明的第一方面的多透镜阵列描述的所有优点。
在下文中，基于支持性附图描述本发明的优选实施例。因此，权利要求书和说明书中描述的特征可以各自单个或以每种组合对于本发明必要。承载相同功能和动作模式的元件被指派有相同的附图标记。示意性示出为：
图1是发明性多透镜阵列的第一实施例，
图2是发明性多透镜阵列的第二实施例，
图3是发明性多透镜阵列的第三实施例，
图4是发明性多透镜阵列的第四实施例，以及
图5是具有发明性发光源的发明性车辆。
图1至图3示出了作为发明性发光源2的一部分的发明性多透镜阵列10的不同实施例。关于图片元件30在多透镜阵列10的光学元件20之一中的放置，不同实施例是不同的。在下文中，一起描述图1至图3，其中分别解决了不同的发明性多透镜阵列10的差异。
发明性多透镜阵列10用在发明性光源2中，以在投影表面3上提供所投影的图像43。因此，多透镜阵列10包括在光方向41中发射光40的光源11。光源11用光40使若干透镜布置12曝光。分组在透镜布置的一个或若干个组13中的透镜布置12至少包括聚光透镜21和投影透镜22。光源11的光40由聚光透镜21会聚，透射到投影透镜22，并且然后作为投影42被发送到投影表面3上。多透镜阵列10的透镜布置12的若干投影透镜22的投影42干涉以形成单个的所投影的图像43。发明性多透镜阵列10的所示实施例还包括致动器元件14，例如位于投影透镜22中(参见图1)或聚光透镜21中(参见图2和图3)。这些致动器元件14允许改变若干透镜布置12的投影42的焦点，并且因此允许在不同投影表面3上的适配。
为了形成作为所投影的图像43的一部分的有色的图像44，对于发明性多透镜阵列10必要的是透镜布置12中的至少一个的光学元件20中的至少一个包括图片元件30。这些图片元件30分别包括包含颜料材料32的颜料元件31。可以选择颜料材料32，使得其包括高于80℃的温度耐久性和/或高于500klx的照度耐久性。因此，可以容易地提供发明性多透镜阵列10和发明性发光源2分别在车辆1(未示出)中的使用。
在图1中，聚光透镜21被用作光学元件20，以承载图片元件30的颜料元件31。如所示的，颜料元件31可以例如以夹心模制工艺或添加组装工艺被插入到作为光学元件20的聚光透镜21中。
图2示出了发明性多透镜阵列10的另一个可能实施例，其中，投影透镜22被用作光学元件20以布置图片元件30的颜料元件31。如上所述，颜料元件31可以例如通过使用夹层模制工艺或添加组装工艺在投影透镜22的组装中已被插入到投影透镜22中。
图3示出了发明性多透镜阵列10的另一个可能的实施例。在这个实施例中，图片框架23作为附加的光学元件20被插入多透镜阵列10的透镜布置12中。在这个特殊实施例中，图片框架23在光40的方向41中被放置在投影透镜22之后，其中，在其它实施例中，图片框架23在相应的透镜布置12中的不同位置是可能的。如所示出的，可以为若干透镜布置12提供共同的图片框架23。在这个实施例中，颜料元件31被放置在作为光学元件20的图片框架23的表面上。这样的放置例如可以通过印刷工艺来提供。
发明性多透镜阵列10的前述可能实施例是替代方案，其中，可以更换不同的特征。例如，还是在图1或图2中，印刷方法可以被用于将作为图片元件30的一部分的颜料元件31分别印刷到聚光透镜21或投影透镜22的表面上。而且，在将颜料元件31插入到图片框架23中的情况下以夹心模制工艺或添加组装工艺构建图片框架23是可能的。
在图4中，示出了发明性发光源2的发明性多透镜阵列10的另一个可能的实施方式。在这个实施例中，多透镜阵列10包括透镜布置的两个不同的组13，其中，对于透镜布置的每个组13指派单独的光源11。关于透镜布置的这两个组13的所有其它特征与图3中所示的实施例相似，由此将该特征与图1和图2中所示的相应特征更换也是可能的。图4的焦点尤其在于提供发明性多透镜阵列10的进一步控制选项的可能性。通过选择所使用的光源11的数量，可以容易地调整所投影的图像44的亮度和/或强度。另一方面，如果透镜布置的两个不同的组13的图片元件30不同，那么通过选择相应的光源11，可以容易地提供所投影的图像43的改变，尤其是有色的图像44的改变。
图5示出了发明性车辆1，在其上使用包括发明性多透镜阵列10的发明性发光源2。示出了到表面3上的投影42，以形成包括有色的图像44的所投影的图像43。在这个实施例中，发光源2被形成为车辆1的前灯。在其它实施例中，发光源2也可以被用作尾灯、内部灯、外部灯或类似物。
附图标记列表
1 车辆
2 发光源
3 投影表面
10多透镜阵列
11光源
12透镜布置
13透镜布置的组
14致动器元件
20光学元件
21聚光透镜
22投影透镜
23图片框架
30图片元件
31颜料元件
32颜料材料
40光
41方向
42投影
43所投影的图像
44有色的图像
