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Die
Erfindung geht aus von einem Tagfahrscheinwerfer bzw. einem 3D-Kamerasystem
nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Aus
der
DE 10 2006
025 020 A1 ist bereits ein Abstandsmesssystem bekannt,
dass als Beleuchtung für eine Time-off-flight Entfernungsmessung
einen LED-Scheinwerfer eines Fahrzeugs verwendet. Als TOF-Detektoren
sind so genannte Photomischdetektoren (PMD) vorgesehen, wie sie
beispielsweise in den Anmeldungen
DE
196 35 932 und auch
DE
197 04 496 beschrieben werden. Der TOF-Detektor verwendet
als Nutzsignal einen festgelegten. Wellenlängenbereich
im sichtbaren Spektrum der emittierten Strahlung des LED-Scheinwerfers.
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Aus
der
DE 10 2006
003 469 A1 ist ferner eine Schaltungsanordnung zum Schalten
von einem Tagfahrlicht bekannt, die eine Einstellung der Helligkeit
des Tagfahrlichts erlaubt. Die Schaltung ermöglicht es
beispielsweise das Tagfahrlicht in eine Positionslicht- oder Standlichteinstellung
zu wechseln.
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Aus
der
DE 103 28 214
A1 ist ferner eine Beleuchtungseinrichtung für
ein Fahrzeug bekannt, bei der die Ansteuereinrichtung und der Tagfahrscheinwerfer
derart ausgebildet sind, dass bei eingeschaltetem Abblend- und/oder
Fernlicht das Beleuchtungsniveau des Tagfahrscheinwerfers derart
reduziert ist, dass dieser als Positionsleuchte nutzbar ist. Durch
dieses Vorgehen wird in vorteilhafter Weise eine vom Gesetzgeber
vorgeschriebene Positionsleuchte eingespart. Die für ein
Positionslicht als auch für das Tagfahrlicht gesetzlichen
Anforderungen sind sehr ähnlich, so dass das Tagfahrlicht
durch Verringern seines Beleuchtungsniveaus bzw. seiner Lichtstärke
auch als Positionslicht genutzt werden kann. Der Reflektor ist vorzugsweise
so ausgelegt, dass er beide Lichtfunktionen erfüllt. Beim
Einschalten des Abblend- und/oder Fernlichts wird das Beleuchtungsniveau
des Tagfahrscheinwerfers automatisch abgesenkt und beim Abschalten
das Abblend- und/oder Fernlichts automatisch angehoben. So wird
ein Tagfahr- und Nachtfahrbetrieb ermöglicht.
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Bei
der Benutzung eines solchen Tagfahrlichts für die Beleuchtung
einer 3D-Kamera hat die Umschaltung in den Nachtfahrbetrieb den
Nachteil, dass neben der Lichtstärke auch das Nutzsignal
für die 3D-Kamerabeleuchtung reduziert wird, und somit die
Funktionsfähigkeit der 3D-Kamera beeinträchtigt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bei Verwendung eines Tagfahrscheinwerfers
als 3D-Kamera-Beleuchtung auch bei Reduzierung der Lichtstärke
eine ausreichende Funktionsfähigkeit der 3D-Kamera sicherzustellen.
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Die
Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäßen
Vorrichtungen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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1 zeigt
schematisch eine Frontpartie eines Fahrzeugs 200 mit einer
Frontscheibe 120 und einem Scheinwerfer 210 mit
Abblend- und Fernlicht. Unterhalb des Scheinwerfers 210 ist
ein erfindungsgemäßer Tagfahrscheinwerfers 105 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, ein Teil des
Lichtspektrums des Tagfahrscheinwerfers 105 als Nutzsignal
für eine 3D-Kamera 100 zu verwenden. Im dargestellten
Beispiel ist die 3D-Kamera 100 hinter der Frontscheibe 120 im
Fahrgastraum angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die 3D-Kamera 100 als PMD-Kamera, wie sie aus den eingangs
genannten Druckschriften bekannt ist, ausgeführt. Mit der
Bezeichnung PMD-Kamera sollen insbesondere auch alle 3D-Kameras
mit umfasst sein, die eine Laufzeitinformation aus der Phasenverschiebung
einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen.
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Als
Leuchtmittel für den Tagfahrscheinwerfer sind bevorzugt
Leuchtdioden (LED) vorgesehen, die zum einen eine geringen Energieverbrauch
und zum anderen eine hohe Lebensdauer aufweisen.
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Der
Tagfahrscheinwerfer muss aufgrund gesetzlicher Vorgaben sowohl im
Tagbetrieb als auch im Nachtbetrieb ein Weißlicht zur Verfügung
stellen. 2 zeigt exemplarisch in einem CIE-Diagramm einen
tolerierten Weißlichtbereich um den Weißlichtpunkt
WP.
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Typischerweise
emittieren Leuchtdioden ein im Wesentlichen monochromes Licht, so
dass zur Erzeugung eines Weißlichts beispielsweise drei Leuchtdioden
in den Farben Rot, Grün und Blau zu einer Lichtquelle gebündelt
werden und in Summe ein Weißlicht erscheinen lassen.
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Eine
andere Möglichkeit besteht darin Lumineszenzfarbstoffe über
eine energiereiche Lichtstrahlung zum Leuchten anzuregen. Vorzugsweise werden
hier blau oder auch UV emittierende LEDs eingesetzt. Das kurzwellige
Licht dieser LEDs regt den im Beleuchtungskörper befindlichen
Farbstoff an, der daraufhin ein energieärmeres, langwelligeres,
gelbes Licht aussendet.
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3 zeigt
eine typische Spektralkurve eines solchen Weißlicht-LED.
Nur ein Teil der kurzwelligen anregenden blauen Strahlung wird vom
Farbstoff in langwelligeres Licht umgewandelt. So ist im vorliegenden
Beispiel ein Intensitätsmaximum der anregenden Strahlung
bei ca. 460 nm zu erkennen. Das Nebenmaximum der langwelligeren
Lumineszenzstrahlung liegt bei ca. 570 nm. Der Weißlichteindruck
entsteht durch die additive Mischung der emittierten Farben.
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In 2 ist
beispielhaft der blaue und gelbe Farbanteil B, G eines Weißlicht-LED
im CIE-Diagramm eingezeichnet. Die anregende Strahlung und der Farbstoff
sind vorzugsweise so ausgewählt, dass die Farben komplementär
zueinander sind, so dass sich bei additiver Mischung ein Weißlicht
innerhalb des tolerierten Weißlichtbereichs einstellt.
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Selbstverständlich
ist die Erzeugung eines Weißlichts nicht auf die Mischung
von Blau und Gelb beschränkt. Auch ist es denkbar eine
grün Gr emittierende Leuchtdiode zu verwenden mit einem
rot R lumineszierenden Farbstoff. Auch hier sind, wie in 2 gezeigt,
die Farben komplementär auszuführen, so dass sie
sich additiv zu Weiß mischen.
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Ein
weiterer zu berücksichtigender Aspekt des Tagfahr- und
Positionslicht ist die gesetzlich vorgeschriebene Mindest- und Höchsthelligkeit.
Die Helligkeit eines Tagfahrlichts darf typischerweise eine Lichtstärke
im zentralen Bereich von 400 cd nicht unterschreiten und in keiner
Richtung mehr als 800 cd abstrahlen. Das bei Nacht betriebene Positionslicht darf
hingegen eine Lichtstärke von 100 cd nicht überschreiten.
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Die
Lichtstärke leitet sich aus dem Lichtstrom ab, der sich
wiederum aus einer mit der Hellempfindlichkeit des Auges gewichteten
Strahlungsleistung der Lichtquelle in bekannter Weise ableitet.
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3 zeigt
mit gestrichelter Line qualitativ eine solche Hellempfindlichkeitskurve
(Vλ). Bevorzugt tragen die Strahlungen im Bereich zwischen
500 und 630 nm zum Helligkeitsempfinden des Auges bei. Im dargestellten
Fall beeinflusst im Wesentlichen der langwellige Anteil des angeregten
Lumineszenzfarbstoffes die Helligkeit der Lichtquelle. Der kurzwellige
Anteil fällt nur gering ins Gewicht.
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Erfindungsgemäß ist
es nun vorgesehen, bei einer Reduzierung der Lichtstärke
des Taglichtscheinwerfers, die Gewichtung bzw. die Verhältnisse der
anregenden und lumineszierenden Strahlung so zu verändern,
dass das Nutzsignal die 3D-Kamera noch funktionssicher beleuchtet
und die Helligkeit und das Weißlicht innerhalb der tolerierten
Grenzen bleibt.
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Bei
einer Reduzierung der Lichtstärke von beispielsweise 800
cd auf 100 cd nimmt im Wesentlichen auch die Strahlungsleistung
der genutzten anregenden Strahlung um ein Achtel ab.
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Erfindungsgemäß ist
es nun vorgesehen, bei einer Reduzierung der Lichtstärke,
das Nutzsignal, das typischerweise der anregenden Strahlung entspricht,
nicht im gleichen Maße absinken zu lassen.
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Vorzugsweise
weist der Tagfahrscheinwerfer zusätzlich zu den Leuchtdioden
T-LED, die das Tagfahrlicht bereitstellen, mindestens eine Nutzsignaldiode
N-LED auf. Während eines Tagfahrbetriebes reicht die Strahlungsintensität
der anregenden Strahlung in der Regel als Nutzsignal aus. Bei einem
Umschalten des Tagfahrscheinwerfers auf eine zweite Helligkeitsstufe
mit reduzierter Lichtstärke wird das gleichermaßen
reduzierte Nutzsignal durch Hinzuschalten der Nutzsignaldiode auf
eine betriebsichere Strahlungsleistung erhöht.
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Beim
diskutierten Beispiel mit einer Anregungswellenlänge im
blauen Spektralbereich erfolgt sodann jedoch eine Verschiebung des
Weißlichts in Richtung Blau. Die Intensität der
Zusatzdiode ist daher so abzustimmen, dass auch nach einer Umschaltung
auf die zweite Helligkeitsstufe das Weißlicht innerhalb
eines tolerierten Bereichs bleibt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Leuchtdioden für den Tagfahrtbetrieb
innerhalb der Toleranzgrenzen ein Weißlicht mit einem hohen Gelbanteil
aufweisen. Beim Hinzuschalten der blauen Leuchtdioden zu den in
der Lichtstärke reduzierten Tagfahrlichtleuchtdioden, kann
die Strahlungsintensität der blauen Leuchtdioden bis zum
Erreichen der Toleranzgrenzen im blauen Bereich erhöht
werden.
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Weiterhin
ist es denkbar, zur farblichen Kompensation zusätzlich
eine gelbe Diode zu schalten und/oder die Nutzsignaldiode mit einem
gelben Lumineszenzfarbstoff auszugestalten. Hierbei ist das Spektrum
der gelben Diode bzw. des Lumineszenzfarbstoff vorzugsweise so zu
wählen, dass sich zwar die Lichtemission zu einem Weißlicht
ausgleicht der Beitrag des gelben Kompensationslichts zur Lichtstärke
jedoch gering ist.
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4 zeigt
mögliche Spektralmischungen des erfindungsgemäßen
Vorgehens. Das reduzierte Signal der Tagfahrlicht-LEDs T-LED wird
mit dem Signal einer zusätzlichen Nutzsignal-LED N-LED überlagert.
Zur Kompensation des Blauanteils kann ggf. ein Gelbanteil G-LED
mittels zusätzlicher Diode oder entsprechender Farbstoffe
hinzugemischt werden. Der Gelbanteil G-LED ist vorzugsweise so gelegt, dass
er nur ein geringes Gewicht entsprechend der Helligkeitskurve V(λ)
erhält.
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Die
Festlegung des Nutzsignals hängt insbesondere auch von
der Beschaffenheit der Fahrzeugscheibe ab. In 5 ist
ein qualitativer Spektralverlauf einer im Automobilbereich häufig
verwendeten so genannten Grünglasscheibe dargestellt. Dem Spektrum
ist zu entnehmen, dass die Grünglasscheibe vornehmlich
in sichtbaren Bereich eine hohe Transparenz aufweist, während
die Durchlässigkeit im UV und im Infraroten stark abnimmt.
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Da
die Glasscheibe ein Teil der Signalkette des 3D-Kamerasystems ist,
ist auch dieses spektrale Verhalten zu berücksichtigen.
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Für
das bereits diskutierte Nutzsignal im blauen Farbspektrum weist
die Glasscheibe bereits eine hohe Transparenz auf. Das Maximum der
Transparenz liegt jedoch im grünen Bereich bei ca. 550 nm.
Insofern ist es auch denkbar, dass Nutzsignal für 550 nm
festzulegen, um die maximale Transparenz der Glasscheibe für
das Gesamtsystem auszunutzen. Wie bereits eingangs erwähnt
wäre der Grünanteil dann mit einem Rotanteil zu
einem Weißlicht zu kompensieren.
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Ferner
weist auch die 3D-Kamera selbst bzw. der PMD-Detektor eine spektrale
Empfindlichkeit auf, die in der Gesamtoptimierung bzw. Festlegung
der Wellenlänge des Nutzsignals Berücksichtigung
finden kann. Insbesondere ist es jedoch auch denkbar, die spektrale
Empfindlichkeit des Detektors entsprechend des verwendeten Nutzsignals
anzupassen.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, das
Nutzsignal im Wellenbereich zwischen 400 und 450 nm zu legen. Dies
hat den Vorteil, dass das Nutzsignal nur im geringen Maße
zur Lichtstärke beiträgt, und somit in der Strahlungsleistung deutlich
gegenüber einer herkömmlichen Weißlichtdiode
angehoben werden kann, sodass bei einer Reduzierung der Lichtstärke
das verminderte Nutzsignal immer noch eine ausreichende Strahlungsleistung
für einen funktionssicheren Betrieb der 3D-Kamera bereitstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006025020
A1 [0002]
- - DE 19635932 [0002]
- - DE 19704496 [0002]
- - DE 102006003469 A1 [0003]
- - DE 10328214 A1 [0004]