DE102009008418A1

DE102009008418A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit einer IR-LED-Lichtquelle

Info

Publication number: DE102009008418A1
Application number: DE102009008418A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. rer. nat. Moisel; Werner Dr. Rer. Nat. Ritter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer IR-LED-Lichtquelle (14) zur infraroten Ausleuchtung des Verkehrsraumes vor einem Kraftfahrzeug. Erfindungsgemäß umfasst diese eine zweite Lichtquelle (12) sichtbaren Lichts sowie einen dichroitischen Filter (16), der im Strahlengang beider Lichtquellen (12, 14) angeordnet ist und für die Strahlung der einen Lichtquelle (12, 14) transparent sowie für die Strahlung der anderen Lichtquelle (14, 12) reflektierend ist, wobei ein von der zweiten Lichtquelle (12) ausgehender Lichtstrahl ausrichtbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer infraroten LED-Lichtquelle zur infraroten Ausleuchtung des Verkehrsraumes vor einem Kraftfahrzeug.
Seit einigen Jahren sind Nachtsichtsysteme für Automobile verfügbar, die dem Fahrer zusätzliche Informationen über den Verkehrsraum vor dem Fahrzeug liefern. Dazu sind bildgebende Infrarotsysteme vorgesehen, die mit LED-Lichtquellen – meist im Nah-Infrarotbereich (NIR) – ausgestattet sind und mit daran angepassten IR-Kameras zusammenwirken, um den ausgeleuchteten Bereich für den Fahrer auf einem Display darstellen. Da die IR-LED-Lichtquelle den Verkehrsraum ohne Blendungsgefahr für Gegenverkehr oder Fußgänger weit ausleuchten kann, lassen sich Gefahrenobjekte erkennen, die von den Fahrzeugscheinwerfern im Abblendlichtbetrieb noch nicht sichtbar sind. Dadurch lässt sich die Verkehrsicherheit bei Nachtfahrten signifikant erhöhen.
Darüber hinaus ist aus der EP 1 506 893 A2 eine Vorrichtung zur Verkehrsraumerfassung vor einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der ein erfasstes Objekt (z. B. ein Fußgänger) individuell beleuchtbar ist (ein sog. ”Gefahrenlicht”). Damit wird das Objekt frühzeitiger für den Fahrer erkennbar, was ebenfalls die Verkehrssicherheit erhöht. Dabei kann ein LED-Array Verwendung finden, bei dem die LEDs einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind, so dass durch die gezielte Beschaltung der LEDs der resultierende Lichtstrahl auf das Objekt ausgerichtet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte und baulich einfache Beleuchtungsvorrichtung mit einer infraroten LED-Lichtquelle bereitzustellen, welche gleichzeitig die gezielte Ausleuchtung von Objekten ermöglicht, also das o. g. ”Gefahrenlicht” bereitstellt.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Diese erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer Lichtquelle sichtbaren Lichts zusammen mit einem dichroitischen Filter, der für das Licht der einen Lichtquelle transparent und für das Licht der anderen Lichtquelle reflektierend ist, ermöglicht eine sehr kompakte Anordnung, bei der für die Strahlengänge beider Lichtquellen nur eine Strahldurchtrittsöffnung im Fahrzeugchassis erforderlich ist. Damit können also die optischen Strahlen, die in verschiedenen Lichtquellen erzeugt werden, zu einem im wesentlichen gemeinsamen Strahlengang vereinigt werden, der vorzugsweise oberhalb oder an der Hell-Dunkel-Grenze der konventionellen Abblendscheinwerfer liegt. Ferner kann die IR-Lichtquelle eine großflächige Verkehrsraumausleuchtung mit IR-Licht bewirken, die mit einer IR-Kamera erfasst und hinsichtlich des Vorhandenseins von Gefahrenobjekten ausgewertet wird, wobei das durch die Lichtquelle sichtbaren Lichts erzeugte Gefahrenlicht relativ gezielt und gebündelt auf ein erfasstes potentielles Gefahrenobjekt ausgerichtet wird, dieses beleuchtet und damit für den Fahrer vor allem im Bereich oberhalb des Abblendlichtkegels sichtbar macht. Dazu ist die Lichtquelle sichtbaren Lichts nicht notwendigerweise immer angeschaltet sondern kann nur dann gezielt auf das potentielle Gefahrenobjekt ausgerichtet zugeschaltet werden, wenn ein solches festgestellt wurde.
Da ein Nachtsichtsystem mit Objekterfassung notwendige Voraussetzung für ein Gefahrenlicht ist, kann die Beleuchtungsvorrichtung mit der IR-Kamera und der IR-Bildauswertungseinrichtung vorteilhafterweise als Einheit ausgebildet werden, denn die Bildauswertungseinrichtung steuert das durch die Lichtquelle sichtbaren Lichts bereitgestellte Gefahrenlicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der dichroitische Filter für IR-Strahlung transparent und für sichtbares Licht reflektierend ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der gebündelte Lichtstrahl sichtbaren Lichts für das Gefahrenlicht nicht den dichroitischen Filter passieren muss und damit Lichtbrechungseffekte vermieden werden, welche die Strahlbündelung beeinträchtigen. Demgegenüber spielen solche Brechungseffekte beim Passieren des dichroitischen Filters für den wenig fokussierten IR-Lichtstrahl keine so große Rolle.
Eine alternative vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der dichroitische Filter für IR-Strahlung reflektierend und für sichtbares Licht transparent ist. Diese Anordnung kann von Vorteil sein, wenn aufgrund der geometrischen oder thermischen Verhältnisse eine entsprechende Anordnung der Lichtquellen sinnvoll ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass eine Linse vorgesehen, die im Strahlengang beider Lichtquellen hinter dem Filter angeordnet ist. Dies ermöglicht eine baulich sehr einfache und kompakte Anordnung, da nur eine Linse zur Strahlformung beider Lichtquellen verwendet wird.
Eine alternative vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass beide Lichtquellen jeweils separate Linsen- bzw. Reflektoranordnungen vor dem dichroitischen Filter aufweisen. Diese aufwändigere Ausführung ermöglicht eine präzisere Strahlformung für beide Lichtquellen und damit eine genauere IR-Ausleuchtung des Verkehrsraumes bzw. Beleuchtung der erkannten potentiellen Gefahrenobjekte.
Vorteilhafterweise ist dabei derjenigen Lichtquelle, deren Strahlung den dichroitischen Filter passiert, ein Reflektor zugeordnet. Ein solcher Freiformreflektor ist baulich einfach herzustellen und insbesondere dann sinnvoll, wenn dieser zur Bündelung des IR-Lichtstrahles dient, weil die scharfe Strahlbündelung insbesondere in den Randbereichen schwierig ist und für den IR-Lichtstrahl die Anforderungen an die Lichtbündelung geringer sind als beim Gefahrenlichtstrahl.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der dichroitische Filter ein Interferenzfilter mit einer Kantenlänge von ca. 750 nm ist. Dadurch ist dieser für Wellenlängen kleiner als 750 nm durchlässig und für Wellenlängen größer als 750 nm reflektierend. Somit kann das sichtbare Licht der Gefahrenlichtquelle hindurchtreten, während die IR-Strahlung reflektiert wird. Vorzugsweise haben die Lichtquellen spektral schmalbandige Emissionsspektren, die sich nicht überlappen. Insbesondere wird IR-Strahlung im Bereich von 800 nm bis 950 nm (NIR) verwendet, sowie sichtbares Licht, welches von LEDs erzeugt wird. Weiß erscheinendes Licht kann aus der Mischung von Licht zweier dominanter Wellenlängen, z. B. von 450 nm und von 550 nm, erzeugt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Lichtquelle sichtbaren Lichts ein LED-Array, insbesondere eine LED-Zeile mit vorzugsweise 20 bis 30 LEDs ist. Damit lässt sich baulich kompakt und ansteuerungsmäßig einfach eine gezielte Strahlausrichtung erreichen. Dazu ist es nur erforderlich, einzelne LEDs oder LED- Bereiche gezielt anzusteuern, wodurch der Lichtstrahl entsprechend gerichtet wird. Wenn in einer solchen LED-Zeile eine Anzahl der exzentrisch angeordneten LEDs (z. B. bei einer Zeile mit 24 LEDs die linken LEDs) angeschaltet werden, erzeugt dies wegen der nachgeordneten Projektionslinse einen nach rechts gerichteten Lichtstrahl, der also den rechten Fahrbahnrand beleuchtet. Durch die gezielte Beschaltung der LEDs einer LED-Zeile lässt sich also eine seitliche Strahlauslenkung erreichen. Sofern ein LED-Array mit mehreren LED-Reihen übereinander verwendet wird, lässt sich auch eine Strahlauslenkung in Vertikalrichtung erreichen. Es ist auch zweckmäßig, die IR-Lichtquelle als LED-Array oder LED-Zeile auszubilden.
Eine bevorzugte Weiterbildung davon sieht vor, dass im Strahlengang zwischen den Lichtquellen und dem dichroitischen Filter ein Optikfeld mit einem Array mehrerer Zeilen von Abbildungselementen angeordnet ist, wobei die optischen Abbildungselemente im Wesentlichen einen viereckigen Querschnitt aufweisen und vertikale Seitenwände von optischen Abbildungselementen mindestens einer der Zeilen geneigt ist. Diese in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung derselben Anmelderin mit dem Aktenzeichen DE 10 2008 044 967 näher beschriebene Anordnung ermöglicht eine verbesserte Ausleuchtung, Lichtverteilung und hohe Lichteffizienz der Vorausumgebung der Beleuchtungsvorrichtung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
1 zeigt schematisch eine erste Beleuchtungsvorrichtung 10a, die ein erstes LED-Array 12 für sichtbares Licht umfasst sowie ein zweites LED-Array 14 für IR-Licht. Darüber hinaus ist ein dichroitisches Filter 16 sowie eine Projektionslinse 18 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist das dichroitische Filter 16 transparent für sichtbares Licht und reflektierend für IR-Licht.
Das im ersten LED-Array 12 erzeugte – mittels durchgehender Linien angedeutete – sichtbare Licht durchdringt im divergenten Strahlengang das dichroitische Filter 16 und trifft anschließend auf die Projektionslinse 18, wo der Lichtstrahl in ein Lichtbündel gewünschter Charakteristik umgewandelt wird. Dabei lassen sich die LEDs einzeln oder in Gruppen anschalten um eine Ausrichtung des Lichtstrahles zu ermöglichen.
Das im LED-Array 14 erzeugte – mittels gestrichelter Linien angedeutete – IR-Licht trifft im divergierenden Strahlengang auf die für IR-Licht undurchlässige Fläche des dichroitischen Filters 16 und wird von dieser abgelenkt und trifft ebenfalls auf die gemeinsame Projektionslinse 18. Hinter der Projektionslinse 18 laufen die beiden Strahlengänge im wesentlichen vereint aber nicht parallel. Die Strahlen passieren jedenfalls die gleiche Strahlaustrittsöffnung.
Bei der Ausführung gemäß 2 bezeichnen gleiche Nummern gleiche Bauteile wie in 1. Bei dieser Ausführung ist der dichroitische Filter 16 jedoch im Gegensatz zur Ausführung gemäß 1 für sichtbares Licht reflektierend und für IR-Licht transparent. Dem gemäß liegt das LED-Array 12 für sichtbares Licht vor dem dichroitischen Filter 16. Dem LED-Array 12 ist eine eigene Projektionslinse 20 zugeordnet, die eine Strahlformung nur des sichtbaren Lichts bewirkt. Hinter der Projektionslinse 20 wird der Lichtstrahl dann an der für sichtbares Licht reflektierenden Fläche des dichroitischen Filters 16 abgelenkt in die gewünschte Austrittsrichtung. Das hinter dem dichroitischen Filter 16 angeordnete IR-LED-Array 14 bestrahlt einen Freiformreflektor 22, der in ähnlicher Weise wie die Projektionslinse 20 eine Strahlformung des IR-Strahles bewirkt, der dann den für IR-Strahlung durchlässigen dichroitischen Filter 16 passiert und sich mit dem sichtbaren Strahl vereinigt.
Anstelle die LED 12 mit der Linse 20 abzubilden ist es möglich einen entsprechend wirkenden Reflektor einzusetzen.
Es ist auch möglich, bei den beiden vorher beschriebenen Ausführungsformen die Position des LED-Arrays 12 für sichtbares Licht und des IR-LED-Arrays 14 jeweils zu vertauschen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

10a, b: Beleuchtungsvorrichtungen
12: LED-Array für sichtbares Licht
14: LED-Array für IR-Licht
16: dichroitisches Filter
18: Projektionslinse
20: Projektionslinse
22: Freiformreflektor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1506893 A2 [0003]
- DE 102008044967 [0015]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit einer infraroten LED-Lichtquelle (14) zur infraroten Ausleuchtung des Verkehrsraumes vor einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine zweite Lichtquelle (12) sichtbaren Lichts sowie einen dichroitischen Filter (16) umfasst, der im Strahlengang beider Lichtquellen (12, 14) angeordnet ist und für die Strahlung der einen Lichtquelle (12, 14) transparent sowie für die Strahlung der anderen Lichtquelle (14, 12) reflektierend ist, wobei ein von der zweiten Lichtquelle (12) ausgehender Lichtstrahl ausrichtbar ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dichroitische Filter (16) für IR-Strahlung transparent und für sichtbares Licht reflektierend ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dichroitische Filter (16) für IR-Strahlung reflektierend und für sichtbares Licht transparent ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Linse (18) umfasst, die im Strahlengang beider Lichtquellen (12, 14) hinter dem dichroitischen Filter (16) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lichtquellen (12, 14) jeweils separate Linsen- bzw. Reflektoranordnungen (20, 22) im Strahlengang vor dem dichroitischen Filter (16) aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (14), deren Strahlung den dichroitischen Filter (16) passiert, ein Reflektor (22) zugeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dichroitische Filter (16) ein Interferenzfilter mit einer Kantenlänge von ca. 750 nm ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) sichtbaren Lichts als LED-Array, insbesondere als LED-Zeile ausgebildet ist, bei der einzelne LEDs zur Ausrichtung gezielt einschaltbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen den Lichtquellen (12, 14) und dem dichroitischen Filter (16) ein Optikfeld mit einem Array aus mehreren Zeilen von Abbildungselementen angeordnet ist, wobei die optischen Abbildungselemente im Wesentlichen einen viereckigen Querschnitt aufweisen und vertikale Seitenwände von optischen Abbildungselementen mindestens einer der Zeilen geneigt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlengänge beider Lichtquellen (12, 14) hinter dem dichroitischen Filter (16) im wesentlichen vereinigt sind.