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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Scheinwerfersystem für
ein Fahrzeug mit zumindest einer Lichtquelle, einem Bildgeber, der
in Richtung der Lichtemission der Lichtquelle angeordnet ist, einer Umfelderfassungsvorrichtung
zum Detektieren von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs und einer Steuervorrichtung,
die mit der Umfelderfassungsvorrichtung und dem Bildgeber gekoppelt
ist und mittels welcher der Bildgeber so steuerbar ist, dass eine
veränderbare Lichtemission des Scheinwerfersystems erzeugbar
ist.
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Das
Scheinwerfersystem eines Fahrzeugs hat die Aufgabe, bei Dunkelheit
den Verkehrsbereich vor dem Fahrzeug so gut wie möglich
auszuleuchten. Hierfür steht üblicherweise eine
Fernlichtfunktion zur Verfügung, die eine Lichtverteilung
mit sehr großer Reichweite bereitstellt. Bei der Fernlichtfunktion
ergibt sich jedoch das Problem, dass andere Verkehrsteilnehmer,
insbesondere die Fahrer entgegenkommender oder vorausfahrender Fahrzeuge,
von der Lichtemission des Fernlichts geblendet werden. Aus diesem
Grund wird von der Scheinwerferanordnung üblicherweise
ferner eine Abblendlichtfunktion bereitgestellt, deren Lichtverteilung
zwar weiterhin eine möglichst umfassende Ausleuchtung des
Verkehrsbereichs vor dem Fahrzeug bereitstellt, die jedoch gleichzeitig
nicht zu einer Blendung anderer Verkehrsteilnehmer führt.
Die Ausleuchtung des Fahrzeugumfeldes durch ein Abblendlicht ist
jedoch sehr statisch. Sie lässt sich nicht an verschiedene
Situationen im Umfeld des Fahrzeugs oder an verschiedene Fahrsituationen
anpassen.
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Aus
der
DE 100 09 782
A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge
bekannt, bei der mittels unterschiedlich gruppierten und separat
ansteuerbaren Feldern mit Halbleiterlichtquellen, in deren Strahlengang
eine Blende und eine Linse angeordnet sind, unterschiedliche Bereiche
der Fahrbahn ausgeleuchtet werden können.
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Die
DE 102 45 296 B3 beschreibt
eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug und
deren Einsatz als Frontscheinwerfer des Kraftfahrzeugs, bei der
eine variable, zonenweise Ausleuchtung und eine variable Aufweichung
der Hell-Dunkel-Grenze möglich ist.
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Die
US 2004 0114379 A1 beschreibt
ein adaptives Frontlichtsystem für ein Fahrzeug, bei dem das
von einer Lichtquelle emittierte Licht durch ein Spiegelsystem vollständig
bzw. teilweise auf die Fahrbahn reflektiert wird. Das Spiegelsystem
umfasst einen mikromechanischen Baustein, ein sogenanntes „Digital
Micromirror Device” (DMD), der mit Hilfe von matrixförmig
angeordneten, einzelnen beweglichen Spiegeln einen Bildpunkt auf
die Fahrbahn oder einen Absorber reflektiert. Die Selektion, welcher
Bildpunkt auf den Absorber und welcher auf die Fahrbahn reflektiert
wird, erhält der mikromechanische Baustein über
einen Kontroller von einem Bitmap-Muster-Speicher. In dem Kontroller
werden Daten aus einer Umfelderfassungsvorrichtung und einem Navigationssystem
zur Steuerung des mikromechanischen Bausteins verarbeitet. Dadurch
können die Fahrbahnen situationsgerecht ausgeleuchtet werden.
So kann z. B., wenn kein Gegenverkehr vorhanden ist, das Fernlicht
weiter nach vorn und auch breiter ausgebildet werden. Bei Annäherung
an einer Kreuzung kann das Licht weniger weit, aber dafür breiter
ausgeformt werden. In Kurvenfahrten kann das Licht in die Kurve
mitschwenken oder beim Setzen eines Blinkers ebenso die Blinkerseite
stärker ausleuchten, wobei stets über die Umfelderfassungsvorrichtung
sichergestellt wird, dass kein anderen Verkehrsteilnehmer geblendet
wird.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Scheinwerfersystem
für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei dem die Abstrahlcharakteristik
flexibel an das Umfeld des Fahrzeugs angepasst werden kann und das
wenig störanfällig auch bei widrigen Umgebungsbedingungen
ist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch ein Scheinwerfersystem mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Scheinwerfersystem ist dadurch
gekennzeichnet, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht den
Bildgeber durchstrahlt und dass mittels der Steuervorrichtung in
Abhängigkeit von dem von der Umfelderfassungsvorrichtung
im Umfeld des Fahrzeugs detektierten Objekten die Transmissionsgrade
des Bildgebers bereichsabhängig veränderbar sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfersystem kann
die Abstrahlcharakteristik des Scheinwerfersystems sehr flexibel
an das Umfeld des Fahrzeugs angepasst werden. Im Vergleich zu Scheinwerfersystemen,
bei denen ein mikromechanischer Baustein, wie das eingangs genannte „Digital
Micromirror Device” (DMD), verwendet wird, ist die erfindungsgemäße
Lösung robuster und weniger störanfällig,
insbesondere bei widrigen Witterungsbedingungen und dauerhaften
Erschütterungen.
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Durch
die bereichsabhängige Veränderung der Transmissionsgrade
des Bildgebers kann bei dem Bildgeber wie bei einem Dia oder einem
Beamer ein Motiv oder eine beliebige graphische Darstellung erzeugt
werden, das bzw. die beim Durchtritt des Lichts in das Umfeld des
Fahrzeugs projiziert wird. Vorzugsweise umfasst der Bildgeber in
einem Raster angeordnete Bildpunkte, deren Transmissionsgrad jeweils
separat eingestellt werden kann. Dabei generiert die Steuervorrichtung
signaltechnisch auf Basis der Informationen der Umfelderfassungsvorrichtung für
den Bildgeber das zu durchleuchtende Motiv bzw. die graphische Darstellung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems
sind mehrere Lichtquellen vorgesehen, die verschiedenfarbiges Licht
emittieren und deren Lichtemission so steuerbar ist, dass das von
den Lichtquellen emittierte Licht sequentiell auf den Bildgeber
trifft. Mittels der Steuervorrichtung sind in diesem Fall in Abhängigkeit von
der Farbe des auf den Bildgeber auftreffenden Lichts die Transmissionsgrade
des Bildgebers bereichsabhängig veränderbar. Es
werden somit zeitlich hintereinander jeweils einfarbige Bilder verschiedener
Farbe erzeugt, die vom Betrachter zu einem farbigen Bild zusammengesetzt
werden. Um für den Betrachter alle Farben erzeugen zu können,
sind beispielsweise drei Lichtquellen vorgesehen, die Licht der
Farben rot, grün und blau emittieren. Um mehrfarbige Lichtfunktionen
auf diese Weise zu realisieren, ist die Steuervorrichtung so mit
der Lichtemission der Lichtquellen synchronisiert, dass beim Bildgeber
bereichsabhängig der Transmissionsgrad für die jeweils
auftreffende Lichtwellenlänge eingestellt wird.
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Um
das Licht der verschiedenen Lichtquellen aus der gleichen Richtung
auf den Bildgeber zu lenken, kann das von den Lichtquellen emittierte
Licht beispielsweise über ein Prisma oder einen dichroithischen
Spiegel zu dem Bildgeber gelangen. Insbesondere wenn örtlich
getrennte Lichtquellen für die verschiedenen Farben verwendet
werden, kann das von diesen Lichtquellen emittierte Licht auf diese Weise
in einen einzigen Strahlengang gebracht werden, welcher auf den
Bildgeber trifft, wobei in dem Strahlengang die einzelnen Farben
nacheinander auf den Bildgeber auftreffen.
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Die
Lichtquellen können insbesondere lichtemittierende Dioden
(LEDs), bevorzugt so genannte Mehrfarben-LEDs umfassen, da Letztere über
kurze Schaltzeiten verfügen. Um höhere Leuchtdichten
zu erzeugen, können auch so genannte farbige High-Brightness-LEDs
verwendet werden. Vorteilhafterweise wird bei der Verwendung von
lichtemittierenden Dioden im Vergleich zu herkömmlichen
Lichtquellen, wie Glühlampen, Halogenlampen oder Gasentladungslampen,
weniger Energie verbraucht. Außerdem benötigen
lichtemittierende Dioden weniger Bauraum.
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Des
Weiteren können die Lichtquellen mehrere Laser umfassen,
die verschiedenfarbiges Licht emittieren. Vorteilhafterweise hat
das von dem Laser emittierte Licht eine hohe Energiedichte und eine sehr
parallele Lichtabstrahlcharakteristik.
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Bei
der Verwendung von mehreren Lichtquellen, die verschiedenfarbiges
Licht emittieren, wird die farbige Projektion dadurch erzeugt, dass
der Bildgeber bereichsabhängig, d. h. beispielsweise pixelweise,
den Transmissionsgrad in Abhängigkeit von der Wellenlänge
des auftreffenden Lichts verändert. Gemäß einer
anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems
ist der Bildgeber von der Steuervorrichtung so steuerbar, dass verschiedene
Bereiche des Bildgebers Licht unterschiedlicher Wellenlänge
durchlassen. Von dem Bildgeber kann beispielsweise ein Farbbild
erzeugt werden. Wenn die Lichtquelle weißes Licht emittiert,
wird beim Durchtritt des Lichts dieses so gefiltert, dass eine farbige
Lichtprojektion erzeugt wird. Der Bildgeber kann beispielsweise
ein Flüssigkristalldisplay umfassen. Solch ein Flüssigkristalldisplay
ermöglicht durch eine elektrische oder optische Ansteuerung
die Veränderung des zu durchleuchtenden Motivs. Die Steuervorrichtung
als auch der Bildgeber sind imstande ein Motiv in sehr kurzer Zeit
darzustellen. Vorteilhaft an der Verwendung eines Flüssigkristalldisplays
ist, dass es sehr zuverlässig ist und einen sehr schnellen
Bildaufbau bereitstellt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung des Scheinwerfersystems ist der Bildgeber
in verschiedene Bereiche für eine unterschiedliche Ausleuchtung des
Umfelds des Fahrzeugs aufgeteilt, wobei die Bereiche zumindest einem
Mittel- und einem Seitenbereich zugeordnet sind. Des Weiteren können
Bereiche in dem Bildgeber gebildet sein, die einem Nah- und Fernbereich
zugeordnet sind. Die Anordnung der Übergänge zwischen
den verschiedenen Bereichen kann fixiert sein. Es ist jedoch auch
möglich, dass der Bildgeber von der Steuervorrichtung so
ansteuerbar ist, dass die Übergänge zwischen den
Bereichen veränderbar sind. Außerdem kann der
Bildgeber von der Steuervorrichtung so steuerbar sein, dass sich
die verschiedenen Bereiche des Bildgebers jeweils hinsichtlich der
Auflösung der mittels des Bildgebers erzeugten Projektion
und/oder der Beleuchtungsstärke der dem Bereich zugeordneten
Lichtemission des Scheinwerfersystems unterscheiden. Bei dieser
Ausführung ist es vorteilhafterweise möglich,
die Lichtemission des Scheinwerfersystems sehr flexibel an das von
der Umfelderfassungsvorrichtung detektierte Umfeld des Fahrzeugs
anzupassen. Der Bildgeber kann von der Steuervorrichtung insbesondere
so angesteuert werden, dass sich im Fernbereich eine hohe Beleuch tungsstärke
ergibt. Im Nah-, Mittel- und Seitenbereich kann insbesondere die
Farbe der Lichtemission und die Auflösung eines projizierten
Bildes in Abhängigkeit vom Umfeld des Fahrzeugs verändert
werden. Die unterschiedlichen Bereiche des Bildgebers könnten
außerdem durch eigene Prozessoren der Steuervorrichtung
angesteuert werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems
umfasst dieses in Lichtemissionsrichtung ein Objekt mit variabler
Brennweite. Auf diese Weise kann eine von dem Scheinwerfersystem
bereitgestellte Lichtprojektion flexibel an verschiedene Entfernungen
angepasst werden und die Projektion entsprechend fokussiert werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems
trifft das durch den Bildgeber durchtretende Licht auf ein optisches
Element, welches den Strahlengang so verändert, dass ein
Teil des Lichts ein Fernlicht bildet und ein anderer Teil des Lichts
ein Bodenlicht bildet. Das optische Element kann für das
Bodenlicht insbesondere von dem Bildgeber erzeugte Motive oder grafische
Darstellungen auf die Fahrbahn projizieren. Gleichzeitig stellt
das optische Element für den Teil des Lichts, welcher das
Fernlicht bildet, eine optimale Ausleuchtung in der Ferne bereit.
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Gemäß einer
weiteren Ausbildung des Scheinwerfersystems kann der Bildgeber von
der Steuervorrichtung so angesteuert werden, dass einer Lichtfunktion
zum Ausleuchten des Umfelds des Fahrzeugs, insbesondere einem Abblendlicht und/oder
Fernlicht, zumindest ein zusätzliches, auf eine Fläche
projiziertes Lichtzeichen überlagerbar ist. Die Lichtzeichen
können insbesondere auf die Fahrbahn vor dem Fahrzeug projiziert
werden. Sie können hier den Fahrer des Fahrzeugs oder andere Verkehrsteilnehmer
unterstützen.
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Gemäß einer
weiteren Ausbildung des Scheinwerfersystems umfasst dieses eine
Analysevorrichtung, mittels welcher bestimmbar ist, ob ein von der
Umfelderfassungsvorrichtung detektierter Verkehrsteilnehmer eine
Kollisionsgefahr für das Fahrzeug darstellt. Wenn dies
der Fall ist, ist der Bildgeber von der Steuervorrichtung so steuerbar,
dass die Lichtemission des Scheinwerfersystems den anderen Verkehrsteilnehmer
auf die Kollisionsgefahr aufmerksam macht. Dies kann insbesondere
durch ein projiziertes Lichtzeichen geschehen, welches von einer
anderen Lichtfunktion, wie z. B. dem Abblendlicht, überlagert
ist.
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Üblicherweise
werden andere Verkehrsteilnehmer bei einer Kollisionsgefahr gewarnt,
indem ein akustisches Signal, z. B. von einer Hupe, abgegeben wird.
Ferner kann die sogenannte Lichthupe betätigt werden, bei
welcher der andere Verkehrsteilnehmer durch das kurzzeitig hell
aufleuchtende Fernlicht auf das eigene Fahrzeug aufmerksam gemacht
wird. Durch die Verwendung von Lichtzeichen wird der andere Verkehrsteilnehmer
auch optisch auf das eigene Fahrzeug aufmerksam gemacht. Jedoch
muss der andere Verkehrsteilnehmer nicht wie bei der Lichthupe die
Lichtemission des eigenen Fahrzeugs wahrnehmen, sondern er muss
vielmehr nur das auf die Fahrbahn projizierte Lichtzeichen wahrnehmen.
Der andere Verkehrsteilnehmer muss daher nicht seinen Blick von
der Fahrbahn zu dem Fahrzeug abwenden, welches das Licht emittiert.
Außerdem kann mit dem Lichtzeichen eine Information an
den anderen Verkehrsteilnehmer übertragen werden. Der andere
Verkehrsteilnehmer muss daher nicht zunächst die Verkehrssituation
selbst analysieren, um dann geeignet zu reagieren. Durch das Lichtzeichen
kann dem anderen Verkehrsteilnehmer bereits die Information für eine
geeignete Reaktion vermittelt werden. Der Vorteil in der Projektion
von Lichtzeichen liegt außerdem darin, dass sie sehr schnell
dargestellt werden können, so dass der andere Verkehrsteilnehmer
situationsgerecht und schnell Unterstützung bekommt. Die Situationsbeurteilung
wird dabei von dem erfindungsgemäßen Scheinwerfersystem
durchgeführt, so dass nicht nur der Fahrer des Fahrzeugs
unterstützt wird, in dem das Scheinwerfersystem implementiert
ist, sondern auch ein anderer Verkehrsteilnehmer.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems
umfasst dieses eine Analysevorrichtung, mittels welcher bestimmbar
ist, ob ein von der Umfelderfassungsvorrichtung detektiertes Objekt
eine Kollisionsgefahr für das Fahrzeug darstellt. Wenn
dies der Fall ist, ist der Bildgeber von der Steuervorrichtung so
steuerbar, dass die Lichtemission des Scheinwerfersystems dem Fahrer
eine Fahrtrichtung zur Verringerung der Kollisionsgefahr weist.
Ob ein Objekt zu einer Kollisionsgefahr für das Fahrzeug
führt, wird dabei in Abhängigkeit von der Situation
bewertet, in der sich das Fahrzeug befindet. Dabei wird insbesondere
die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie die
Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des detektierten Objekts
berücksichtigt. Mittels der Steuervorrichtung wird die
Lichtemission des Scheinwerfersystems insbesondere so verändert, dass
sie in einem Bereich einer Fahrtrichtung erhöht wird, die
zu einer Verringerung der Kollisionsgefahr führt. Falls
beispielsweise vor der Detektion der Kollisionsgefahr Licht für
ein herkömmliches Abblendlicht von dem Scheinwerfersystem
emittiert wird, wird eine mittels des Bildgebers erzeugte zusätzliche Lichtemission
dem Abblendlicht überlagert und die Lichtemission in einer
Richtung erhöht, in welche der Fahrer das Fahrzeug lenken
soll, um die Kollisionsgefahr zu verringern. Falls vor der Detektion
der Kollisionsgefahr kein Licht vom Scheinwerfersystem emittiert
wurde, kann nach der Detektion der Kollisionsgefahr von dem Bildgeber ein
sehr schmaler Lichtkegel auf die Fahrbahn projiziert werden, und zwar
in eine Richtung, die einen Fahrweg weist, welcher die mögliche
Kollision vermeidet. Von dem erfindungsgemäßen
Scheinwerfersystem kann somit ein so genanntes Fluchtlicht bereitgestellt
werden.
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Schließlich
kann der Bildgeber von der Steuervorrichtung auch so angesteuert
werden, dass die Gefahrenstelle ausgeleuchtet wird, so dass sie
vom Fahrer leicht wahrgenommen werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung des Scheinwerfersystems kann die Umfelderfassungsvorrichtung
einen Radarsensor, einen optischen Sensor, eine Kamera und/oder
einen Ultraschallsensor umfassen. Bei dem optischen Sensor kann
es sich insbesondere um einen optischen Abstandsmesser handeln,
der unter der Bezeichnung Light Detection and Ranging Sensor, kurz
LIDAR-Sensor, bekannt ist. Vorteilhaft dabei ist, dass solche Sensoren
auch bei Dunkelheit eingesetzt werden können.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung des Scheinwerfersystems umfasst das
Scheinwerfersystem in Emissionsrichtung vor oder nach dem Bildgeber
zumindest ein optisches Element, wie z. B. eine Linse zur gezielten
Formung des Strahlengangs oder einen Filter zur Korrektur von Farbfehlern
des Scheinwerfersystems. Mehrere Linsen und Spiegel können
dabei zu einem Objektiv zusammengefasst werden. Zusätzlich
ist eine lichtundurchlässige bewegliche Blende integrierbar.
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Gemäß einer
weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems
umfasst dieses eine Analysevorrichtung, mittels welcher die Geometrie
der Flächen der von der Umfelderfassungsvorrichtung erfassten
Objekte, auf welche die Lichtemission des Scheinwerfersystems auftritt
bestimmbar ist. Der Bildgeber ist in diesem Fall von der Steuervorrichtung
in Abhängigkeit von der Geometrie der Flächen
eines erfassten Objekts so steuerbar, dass eine unverzerrte Bildprojektion
auf den Objektflächen erzeugbar ist. Die Analysevorrichtung
kann hierfür eine Entzerrungseinrichtung aufweisen, welche
das projizierende Bild für die Ansteuerung des Bildgebers so
umrechnet, dass die Projektion auf die beispielsweise gekrümmte
Fläche verzerrungsfrei erfolgen kann. Dies ist insbesondere
vorteilhaft, wenn als Lichtzeichen bestimmte Motive oder Grafiken
auf gekrümmte Flächen projiziert werden sollen.
Mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfersystem ist
es möglich, für den Fahrer ein unverzerrtes Bild
auf solche Flächen zu projizieren. Außerdem kann
auch bei ebenen Flächen berücksichtigt werden,
unter welchem Winkel die Lichtemission des Scheinwerfers auf die
Flächen trifft.
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Gemäß einer
weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems
umfasst dieses eine Analysevorrichtung, mittels welcher die Reflektivität
der Flächen der von der Umfelderfassungsvorrichtung erfassten
Objekte, auf welche die Lichtemission des Scheinwerfersystems auftritt,
bestimmbar ist. In diesem Fall ist der Bildgeber von der Steuervorrichtung
in Abhängigkeit von der Reflektivität der Flächen
steuerbar. Bei Flächen mit einem sehr hohen Reflexionskoeffizienten
reicht es beispielsweise aus, diese mit einer geringeren Lichtintensität
anzustrahlen. Bei dunklen Flächen mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten
kann eine höhere Lichtintensität gewählt
werden, um diese Flächen zu bestrahlen.
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Des
Weiteren ist es möglich, dass mit der Umfelderfassungsvorrichtung
die Intensität und ggf. die Wellenlänge des Umgebungslichts
erfasst wird. In diesem Fall kann der Bildgeber von der Steuervorrichtung
auch in Abhängigkeit von dem Umgebungslicht steuerbar sein.
Insbesondere kann die von dem Scheinwerfersystem emittierte Lichtintensität
an das Umgebungslicht angepasst werden, wobei bei einer hellen Umgebung
eine hohe Lichtintensität gewählt wird und bei
einer dunklen Umgebung ggf. eine geringere Lichtintensität
ausreicht.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit
Bezug zu den Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Scheinwerfersystems,
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2 zeigt
die Emission einer zeitlich sequentieller Lichtquelle mit Farbgebung,
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3 zeigt
eine Ausbildung einer Lichtquelle aus drei getrennten High Brightness
Farb-LEDs und einen Prismenwürfel,
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4 zeigt
eine Ausbildung einer Lichtquelle aus drei getrennten High Brightness
Farb-LEDs mit einer Anordnung von dichroitischen Spiegeln,
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5 zeigt ein Beispiel für die
unterschiedlich aufgeteilten Bereiche eines Bildgebers,
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Scheinwerfersystems mit einer Lichtquelle und einer geteilter Optik
für ein Fern- und Bodenlicht und
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Scheinwerfersystems mit zwei Lichtquellen und einer geteilter Optik
für das Fern- und Bodenlicht.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel eines Scheinwerfersystems mit einem
transparenten Bildgeber 2 und einer Lichtquelle 1,
die einen Lichtstrahl 3 in Richtung des Bildgebers 2 emittiert.
Das durch den Bildgeber 2 durchgetretene Licht tritt in
Richtung des Pfeils 4 entweder direkt aus dem Scheinwerfersystem
heraus oder es durchläuft zusätzliche optische
Elemente 10, bevor es in Richtung des Pfeils 5 aus
dem Scheinwerfersystem austritt.
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Der
Bildgeber 2 ist so ausgebildet, dass die Transmissionsgrade
bereichsabhängig veränderbar sind. Bei dem Bildgeber 2 kann
es sich beispielsweise um ein Flüssigkristalldisplay handeln,
welches in einem Raster angeordnete Bildpunkte (Pixel) umfasst,
deren Transmissionsgrad jeweils separat und zeitlich veränderbar
eingestellt werden kann. Durch die bereichsabhängige Veränderung
der Transmissionsgrade des Bildgebers 2 kann wie bei einem
Dia oder einem Beamer ein Motiv oder eine beliebige sich gegebenenfalls
zeitlich verändernde graphische Darstellung erzeugt werden,
das bzw. die beim Durchtritt des Lichts in das Umfeld des Fahrzeugs projiziert
wird.
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Das
Scheinwerfersystem umfasst des Weiteren eine Umfelderfassungsvorrichtung 7,
die Objekte 6 im Umfeld des Fahrzeugs erfasst. Die Umfelderfassungsvorrichtung 7 kann
insbesondere Umfeldsensoren, wie z. B. Radarsensoren, Ultraschallsensoren, LIDAR-Sensoren,
Laserscannern, einer Mono- oder Stereokamera, und/oder 2D oder 3D
Photomischdetektoren, kurz PMD-Sensoren, umfassen. Die Umfelderfassungsvorrichtung 7 überträgt
die erfassten Informationen über die Objekte 6 im
Umfeld des Fahrzeugs an eine Analysevorrichtung 8, die
diese Informationen – wie es später im Detail
erläutert wird – auswertet. Anschließend
werde die ausgewerteten Informationen an eine Steuervorrichtung 9 übertragen.
Die Steuervorrichtung 9 ist mit dem Bildgeber 2 verbunden.
Sie steuert die einzelnen Bildpunkte des Bildgebers 2 so
an, dass deren Transmissionsgrade so eingestellt werden, dass ein
bestimmtes Motiv bzw. eine bestimmte graphische Darstellung ggf. zeitlich
veränderlich erzeugt wird. Des Weiteren steuert die Steuervorrichtung 9 die
Lichtquelle 1 und gegebenenfalls die zusätzlichen
optischen Elemente 10, wie es später erläutert
wird.
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Im
Folgenden werden verschiedene Möglichkeiten beschrieben,
wie der Lichtstrahl 3 erzeugt werden kann:
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2 zeigt
schematisch die Emission einer Lichtquelle 1 mit zeitlich
sequentieller Farbgebung. Dies bedeutet, dass die Lichtquelle zeitlich
aufeinander folgende Lichtimpulse verschiedener Farben, z. B. in
blau, grün und rot, emittiert. Solch ein Lichtstrahl 3 kann
z. B. durch Mehrfarben-LEDs oder mehrere farbige Laser erzielt werden.
Je nachdem welche Farbe sich im Auge des Betrachters als wahrgenommene
Farbe ergeben soll, sind die Zeitintervalle der einzelnen Farbpakete 12, 13 und 14 unterschiedlich lang
wählbar, oder aber die einzelnen Farben mit gleichen Zeitintervallen
durch die Darstellungshäufigkeit der einzelnen Farben erzeugbar.
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Die
Steuervorrichtung 9 steuert die Emission der Farbpakete 12, 13 und 14 der
Lichtquelle 1. Gleichzeitig steuert die Steuervorrichtung 9 den
Bildgeber 2 in Abhängigkeit von der Lichtemission
der Lichtquelle 1. Die Steuervorrichtung 9 synchronisiert dabei
die Lichtemission der Lichtquelle 1 mit den Transmissionsgraden
der einzelnen Bildpunkte des Bildgebers 2. Für
den Durchtritt eines Farbpakets 12, 13, 14 einer
bestimmten Farbe wird eine spezielle Darstellung für diese
Farbe erzeugt. Für den Durchtritt eines Lichtpakets 12, 13, 14 einer
anderen Farbe wird gegebenenfalls eine andere graphische Darstellung
von dem Bildgeber 2 erzeugt. Es können auf diese
Weise mit einem Bildgeber 2, welcher an sich keine farbigen
Bildpunkte erzeugen kann, farbige Projektionen erzeugt werden, die
sich aus der Überlagerung der Projektionen für
die einzelnen Farbpakete 12, 13, 14 ergeben.
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3 zeigt
ein Beispiel, wie der Lichtstrahl 3 aus drei getrennten
High-Brightness Farb-LEDs 15, 16 und 17 erzeugt
werden kann, die aus unterschiedlichen um 90° versetzten
Richtungen auf einen Prismenwürfel 18 strahlen.
Aus dem Prismenwürfel 18 tritt der Lichtstrahl 3 aus.
Durch die zeitlich sequentielle Ansteuerung der Farb-LEDs 15, 16 und 17 ergeben
sich zeitlich sequentiell die Farben 12, 13 und 14, die
vom synchronisiert angesteuerten Bildgeber entsprechend in der Abstrahlcharakteristik
verändert werden.
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4 zeigt
ein weiteres Beispiel, bei dem der Lichtstrahl 3 aus drei
getrennten High-Brightness Farb-LEDs 15, 16 und 17 mit
einer Anordnung von dichroitischen Spiegeln 19 erzeugt
werden kann. Aus dem hinteren dichroitischen Spiegel 19 tritt
der Lichtstrahl 3 aus. Wie bei dem mit Bezug zu 3 beschriebenen
Beispiel steuert die Steuervorrichtung 9 die High-Brightness
Farb-LEDs 15, 16 und 17 einerseits und
den Bildgeber 2 andererseits synchronisiert an, um eine
farbige Projektion zu erzeugen.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel emittiert die Lichtquelle 1 weißes
Licht. Falls auch in diesem Fall eine farbige Projektion erzeugt
werden soll, ist der Bildgeber 2 ein Farbdisplay wie beispielsweise
ein TFT(thin film transitor)-Display. In diesem Fall wird das weiße
Licht beim Durchtritt durch den Bildgeber 2 nicht nur hinsichtlich
der Lichtintensität sondern auch hinsichtlich der Wellenlänge
gefiltert, so dass eine farbige Projektion erzeugt werden kann.
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Der
Bildgeber 2 kann in verschiedene Bereiche für
eine unterschiedliche Ausleuchtung des Umfelds des Fahrzeugs aufgeteilt
werden.
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5 zeigt ein Beispiel für eine
Aufteilung des Bildgebers 2 in die Bereiche 20 bis 24, 5b zeigt
die entsprechenden Bereiche 20 bis 24 in der Umgebung
des Fahrzeugs, die von diesen Bereichen 20 bis 24 des
Bildgebers 2 ausgeleuchtet werden. Die Übergänge
zwischen den Bereichen 20 bis 24 sind dynamisch
oder fixiert angelegt. Außerdem können die Bereiche
des Bildgebers 2 sich in ihrer Auflösung, Beleuchtungsstärke
und/oder Wellenlänge unterscheiden.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Scheinwerfersystems
mit einer einzigen Lichtquelle 1, einen transparenten,
geteilt ausgebildeten Bildgeber 2 und einer ersten Optik 10-1 und
einer weiten Optik 10-2 für ein Fern- 25 und
ein Bodenlicht 26. Die Lichtquelle 1 emittiert
das Licht durch die erste Optik 10-1, den geteilten transparenten
Bildgeber 2 und die weitere Optik 10-2 aus dem
Scheinwerfersystem nach draußen in die Ferne 25 oder
auf den Boden 26.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem statt der einen
Lichtquelle 1 des in 6 gezeigten
Ausführungsbeispiels zwei Lichtquellen 1-1 und 1-2 verwendet
werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Lichtquelle 1-1 für die
Lichtemission des Fernlichts 25 zuständig und
die zweite Lichtquelle 1-2 für die Lichtemission
des Bodenlichts 26. Bei diesem Ausführungsbeispiel
können die Lichtquellen 1-1 und 1-2 speziell
an die Erfordernisse für das Fernlicht 25 bzw.
das Bodenlicht 26 angepasst werden. Die erste Lichtquelle 1-1 kann insbesondere
für eine höhere Lichtintensität ausgebildet
sein als die zweite Lichtquelle 1-2.
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Für
die gezielte Ausleuchtung im variablen Fernbereich und ggf. auch
im variablen Nahbereich können sich weitere Optiken 10 mit
variabler Brennweite als sinnvoll erweisen. Solch eine variable Brennweite
kann z. B. durch eine Abstandsveränderung zwischen Linsen
durch entsprechende Relativbewegung zueinander erzielt werden.
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Im
Folgenden wird beschrieben, wie das vorstehend beschriebene Scheinwerfersystem
weitergebildet werden kann, um ein Fahrerassistenzsystem bereitzustellen,
oder wie dieses Scheinwerfersystem in ein Fahrerassistenzsystem
integriert werden kann:
Damit das Scheinwerfersystem zu einem
Fahrerassistenzsystem ausgebaut werden kann, erfasst die Umfelderfassungsvorrichtung 7 Objekte
im Umfeld des Fahrzeugs so genau, dass es möglich ist,
eine Analyse der Verkehrssituation durchzuführen. Um eine
möglichst genaue Detektion und Klassifikation der Objekte
der Umgebung des Fahrzeugs zu erreichen, können auch mehrere
der vorstehend genannten Sensoren der Umfelderfassungsvorrichtung 7 in Kombination
eingesetzt werden.
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Die
von der Umfelderfassungsvorrichtung 7 erfassten Daten werden
in der Analysevorrichtung 8 ausgewertet. Bei der in der
Analysevorrichtung 8 durchgeführten Analyse wird
bestimmt, ob eine Gefahrensituation für das eigene Fahrzeug
oder einen anderen Verkehrsteilnehmer besteht. Zur Beurteilung der
Gefahrensituation wird zunächst eine Objekterkennung durchgeführt.
Dabei wird bestimmt, welche Objekte sich in Fahrtrichtung des Fahrzeugs
bzw. in unmittelbarer Nähe der Fahrtrichtung des Fahrzeugs befinden.
Des Weiteren kann über die zeitliche Veränderung
der Position eines Objekts die Bewegung des Objekts bestimmt werden.
Aus der Form des Objekts oder anderen von der Umfelderfassungsvorrichtung 7 gewonnenen
Daten kann außerdem bestimmt werden, um was für
ein Objekt es sich handelt. Beispielsweise kann bestimmt werden,
ob es sich um einen anderen Verkehrsteilnehmer, beispielsweise ein Kraftfahrzeug,
ein Motorrad oder ein Fahrrad, oder um einen Fußgängern
handelt. Ferner können diverse statische Objekte erkannt
werden, wie z. B. Bäume und andere Objekte am Fahrbahnrand,
sowie besonders gefährliche Fahrbahnverläufe wie
Kurven mit starker Krümmung.
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Des
Weiteren kann die Situation dahingehend analysiert werden, ob die
Gefahrensituation ein Fahrmanöver des eigenen Fahrzeugs
erforderlich macht, oder ein Fahrmanöver oder eine Handlung des
Verkehrsteilnehmers des detektierten Objekts erforderlich macht.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei
dem ein anderer Verkehrteilnehmer auf die Gefahr einer Kollision
mit dem eigenen Fahrzeug durch die Lichtemission des erfindungsgemäßen
Scheinwerfersystems aufmerksam gemacht werden soll:
Von der
Analysevorrichtung 8 ist ermittelt worden, dass die Gefahr
einer Kollision mit einem Verkehrsteilnehmer vorliegt. Ein entsprechendes
Signal wird von der Analysevorrichtung 8 an die Steuervorrichtung 9 übertragen.
Des Weiteren können Daten an die Steuervorrichtung 9 übertragen
werden, welche die Art der Kollisionsgefahr charakterisieren. Es
kann insbesondere die Trajektorie des detektierten Verkehrsteilnehmers
erfasst werden. Die Steuervorrichtung 9 steuert daraufhin
den Bildgeber 2 so an, dass ein Lichtzeichen auf die Fahrbahn
vor den betroffenen anderen Verkehrsteilnehmer zur Verringerung der
Kollisionsgefahr projiziert wird. Hierdurch wird der andere Verkehrsteilnehmer
auf die Kollisionsgefahr aufmerksam gemacht.
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Das
projizierte Lichtzeichen kann eine relativ schmale gerade Linie
oder eine andere geometrische Form sein, welche dem anderen Verkehrsteilnehmer eine
Warnung gibt, oder anzeigt, dass das Lichtzeichen nicht überfahren
werden soll. Wird beispielsweise ein anderes Fahrzeug bei einer
Einbiegung auf eine Vorfahrtsstraße detektiert und ergibt
sich aus der Geschwindigkeit dieses anderen Fahrzeugs, dass zu befürchten
ist, dass dieses Fahrzeug bei einem Abbiegevorgang mit dem eigenen
Fahrzeug kollidieren könnte, kann eine Stoplinie als Lichtzeichen vor
das andere Fahrzeug projiziert werden. Dieses Lichtzeichen kann
durch eine entsprechende Ansteuerung des Bildgebers 2 von
der Steuervorrichtung 9 erzeugt werden. Des Weiteren kann
beispielsweise ein rotes Ausrufezeichen auf die Fahrbahn vor das andere
Fahrzeug projiziert werden.
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Ein
anderes Beispiel betrifft die Verkehrssituation, bei der zwei Fahrzeuge
aufeinander zu fahren, wobei zwischen den Fahrbahnen der beiden
Fahrzeuge kein Mittelstreifen erkennbar ist. In diesem Fall prüft
die Analysevorrichtung 8 dynamisch, ob die Gefahr einer
Kollision mit dem entgegenkommenden Fahrzeug besteht. Hierzu wertet
die Analysevorrichtung 9 die aktuellen Fahrzeugpositionen,
die Fahrtrichtungen und die Geschwindigkeiten aus. Besteht die Gefahr
einer Kollision zwischen den beiden Fahrzeugen, kann die Steuervorrichtung 9 den
Bildgeber 2 so ansteuern, dass ein Lichtzeichen in Form
von zwei breiten Linien vor das entgegenkommende Fahrzeug projiziert
wird. Dabei fluchtet die eine Linie mit der linken Seite des eigenen
Fahrzeugs und die andere Linie mit der linken Seite des entgegenkommenden
Fahrzeugs im Fall von Rechtsverkehr. Anhand der Abstände
zwischen den projizierten Linien kann der Fahrer des entgegenkommenden
Fahrzeugs die Gefahr einer Kollision besser einschätzen, wodurch
die Kollisionsgefahr verringert wird.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel wird von der Analysevorrichtung 8 bestimmt,
dass der Fahrer des eigenen Fahrzeugs auf eine Kollisionsgefahr
aufmerksam gemacht werden soll. In diesem Fall steuert die Steuervorrichtung 9 den
Bildgeber 2 so an, dass dem Fahrer des eigenen Fahrzeugs eine
Fahrtrichtung zur Verringerung der Kollisionsgefahr gewiesen wird.
Dabei wird insbesondere ein Lichtbündel mit einem sehr
schmalen Öffnungswinkel erzeugt, das eine hohe Lichtintensität
aufweist. Folgt der Fahrer diesem Lichtbündel, kann er
die Kollisionsgefahr verringern. Das Lichtbündel stellt
in diesem Sinne ein sogenanntes Fluchtlicht dar.
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Biegt
beispielsweise ein anderes Fahrzeug so auf eine Vorfahrtsstraße
ein, die von dem eigenen Fahrzeug befahren wird, dass eine Kollision
zwischen den beiden Fahrzeugen droht, besteht die Gefahr, das der
Fahrer des eigenen Fahrzeug dieses instinktiv in die Richtung lenkt,
in welche das einbiegende andere Fahrzeug fährt. Eine Kollision
kann in diesem Fall vermieden werden, wenn das Fahrzeug auf seiner
Fahrspur bleibt oder zumindest bei Rechtsverkehr der Fahrer das
eigene Fahrzeug an den rechten Rand seiner Fahrspur lenkt. Von der Steuervorrichtung 9 wird
in diesem Fall mittels des Bildgebers 2 ein Lichtstrahl
hoher Lichtintensität erzeugt, der auf den rechten Rand
der eigenen Fahrbahn gerichtet ist. Folgt der Fahrer dieser Fahrtrichtung,
kann in diesem Fall eine Kollision vermieden werden.
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Bei
einem anderen Beispiel befindet sich ein stehendes Fahrzeug vor
dem eigenen Fahrzeug. Aufgrund der von der Umfelderfassungsvorrichtung 7 erfassten
Daten wird von der Analysevorrichtung 8 bestimmt, dass
selbst bei einem starken Bremsvorgang das eigene Fahrzeug nicht
vor dem stehenden Fahrzeug zum Stehen gebracht werden kann, so dass
eine Kollision mit dem stehenden Fahrzeug zu befürchten
ist. In dieser Situation wird von der Steuervorrichtung 9 mittelst
des Bildgebers 2 eine Lichtprojektion auf die Fahrbahn
vor dem eigenen Fahrzeug erzeugt, welcher das eigene Fahrzeug folgen soll,
um auch bei einem starken Bremsvorgang an dem stehenden Fahrzeug
vorbei zu lenken. Es wird insbesondere durch die Projektion der
Ort visualisiert, bei dem der Fahrer an dem stehenden Fahrzeug vorbei
lenken soll.
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Gemäß einem
weiteren Beispiel wird keine Lichtprojektion erzeugt, die ein Fluchtlicht
weist, sondern es wird das Objekt, von dem die Kollisionsgefahr
ausgeht, mit hoher Lichtintensität angestrahlt, damit der
Fahrer auf dieses Objekt aufmerksam wird.
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Falls
Lichtzeichen nicht auf eine ebene Fahrbahn projiziert werden sollen,
sondern auf Objekte, die sich beispielsweise am Fahrbahnrand befinden, ergibt
sich das Problem, dass das Lichtzeichen verzerrt dargestellt wird,
wenn die Projektionsfläche gekrümmt ist. Aus diesem
Grund kann bevorzugt von der Umfelderfassungsvorrichtung 8 und
der Ana lysevorrichtung 8 die Geometrie einer Fläche
erfasst werden, auf welche ein Lichtzeichen projiziert werden soll.
Die Analysevorrichtung umfasst in diesem Fall eine Entzerrungseinrichtung,
welcher Daten für eine unverzerrte Projektion auf die erfasste
Oberfläche erzeugt. Diese Daten werden an die Steuervorrichtung 9 übertragen,
welche den Bildgeber 2 entsprechend ansteuert. Auf diese
Weise kann eine unverzerrtes Lichtzeichen für den Fahrer
des eigenen Fahrzeugs oder einen anderen Verkehrsteilnehmer auf
eine gekrümmte Fläche projiziert werden.
-
Des
Weiteren kann mittels der Umfelderfassungsvorrichtung 7 und
der Analysevorrichtung 8 die Reflektivität einer
Fläche erfasst werden, auf welche eine Lichtemission des
Scheinwerfersystems auftreffen soll. Von der Analysevorrichtung 8 werden
in diesem Fall Daten erzeugt, durch welche die Steuervorrichtung 9 den
Bildgeber 2 so ansteuern kann, dass eine höhere
Lichtintensität auch dunklere Flächen mit einem
niedrigeren Reflektionskoeffizienten trifft als auf Flächen
mit einem hohen Reflektionskoeffizienten. Hierdurch kann insbesondere
eine Blendung des Fahrers des eigenen Fahrzeugs durch die eigene Lichtemission
vermieden werden.
-
- 1
- Lichtquelle
- 2
- transparenter
Bildgeber
- 3
- Lichtstrahl
- 4
- emittiertes
Licht der Lichtquelle nach verlassen des Bildgebers
- 5
- emittiertes
Licht der Lichtquelle nach verlassen des Bildgebers und einer evtl.
vorhanden weiteren Optik
- 6
- Objekte
im Umfeld des Fahrzeugs
- 7
- Umfelderfassungsvorrichtung
- 8
- Analysevorrichtung
- 9
- Steuervorrichtung
- 10
- evtl.
weitere optische Elemente
- 11
- Zeitstrahl
- 12
- Farbe
blau
- 13
- Farbe
grün
- 14
- Farbe
rot
- 15
- Rot-LED
- 16
- Grün-LED
- 17
- Blau-LED
- 18
- Prismenwürfel
- 19
- Dichroitischer
Spiegel
- 20
- linker
Bereich
- 21
- Fernbereich
- 22
- Mittelbereich
- 23
- Nahbereich
- 24
- rechter
Bereich
- 25
- Fernlicht
- 26
- Bodenlicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10009782
A1 [0003]
- - DE 10245296 B3 [0004]
- - US 20040114379 A1 [0005]