DE102009053911A1

DE102009053911A1 - Leuchtvorrichtung zur Beleuchtung eines Fahrzeug-Innenraums

Info

Publication number: DE102009053911A1
Application number: DE102009053911A
Authority: DE
Inventors: Peter Brandt; Georg Bauer; Heiko Charle
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-05-26
Also published as: GB2475773A; GB2475773B; GB201019518D0

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Leuchtvorrichtung zur Beleuchtung eines Fahrzeug-Innenraums bereitgestellt. Diese Beleuchtungsvorrichtung weist eine erste Leuchtdiode (D1), eine zweite Leuchtdiode (D2) und eine dritte Leuchtdiode (D3) auf. Diese Leuchtdioden unterscheiden sich jeweils durch das Farbspektrum des emittierten Lichts.
Eine Ansteuereinheit (15, 16, 17) ist zum gleichzeitigen Ansteuern der drei Leuchtdioden, dass die drei Leuchtdioden in einem Normalmodus gleichzeitig jeweils Licht emittieren, vorgesehen.
Eine Überprüfungseinheit (S1, 22, 23, 21, 24) ist zum Betreiben der Leuchtdioden in einem Überprüfmodus vorgesehen. In diesem wird jeweils in eine der Leuchtdioden (D2) ein Strom derart eingeprägt, dass er diese Leuchtdiode zum Leuchten bringt. Die Überprüfungseinheit (S1, 22, 23, 21, 24) ist weiterhin so eingerichtet, dass währenddessen mindestens eine (D1) der anderen drei Leuchtdioden so beschaltet wird, dass die Spannung, die durch ein Beleuchten der mindestens einen der anderen Leuchtdioden erzeugt wird, gemessen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung zur Beleuchtung eines Fahrzeug-Innenraums. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dazu so genannte RGB-Leuchtdioden (Rot-Grün-Blau-Leuchtdioden) einzusetzen. Diese enthalten eine rote, eine grüne und eine blaue Leuchtdiode. Der Strom durch diese Leuchtdioden wird jeweils einzeln so angesteuert, so dass sich durch Überlagerung der jeweils ausgestrahlten Lichtspektren eine gewünschte Lichtfarbe ergibt.
In der US 7,507,943 B1 wird beschrieben, dass dazu die jeweils ausgesandten Leuchtstärken der roten, grünen und blauen Leuchtdioden einzeln gemessen werden. Die Druckschrift DE 2006 19 504 beschreibt, dass in einer Beleuchtungsvorrichtung zusätzlich zu den Leuchtdioden eine Photodiode zum Messen des von den Leuchtdioden ausgegebenen Lichts vorgesehen ist. Das Überprüfen der Leuchtstärke der Leuchtdioden ist notwendig, da die Leuchtstärke mit der Alterung der Leuchtdioden abnimmt. Je nach Typ der Leuchtdiode, d. h. je nach Farbe der Leuchtdiode ist die altersbedingte Abnahme der Leuchtstärke unterschiedlich ausgeprägt. Aus diesem Grund wird die Leuchtstärke der Leuchtdiode mit Hilfe beispielsweise der Photodiode überprüft, um gegebenenfalls den Strom durch die Leuchtdiode zu erhöhen, mit dem Ziel, dass die Beleuchtungsvorrichtung über die Lebensdauer hinweg jeweils das gleiche Licht emittiert.
Nachteilig bei dem in der DE 2006 19 504 gezeigten Konzept ist der zusätzliche Platzbedarf für die Photodiode sowie der Aufwand, die Messschaltung mit der Photodiode auf die Leuchtdioden einzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leuchtvorrichtung vorzusehen, wobei die genannten Nachteile vermieden werden sollen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Leuchtvorrichtung, die eine erste Leuchtdiode, eine zweite Leuchtdiode und eine dritte Leuchtdiode aufweist, bereitgestellt. Diese Leuchtdioden unterscheiden sich jeweils durch das Farbspektrum des emittierten Lichts.
Eine Ansteuereinheit ist zum gleichzeitigen Ansteuern der drei Leuchtdioden, so dass die drei Leuchtdioden in einem Normalmodus gleichzeitig jeweils Licht emittieren, vorgesehen.
Eine Überprüfungseinheit ist vorgesehen zum Betreiben der Leuchtdioden in einem Überprüfmodus. In diesem wird jeweils in eine der Leuchtdioden ein Strom derart eingeprägt, dass er diese Leuchtdiode zum Leuchten bringt. Die Überprüfungseinheit ist weiterhin so eingerichtet, dass währenddessen mindestens eine der anderen drei Leuchtdioden so beschaltet wird, dass die Spannung, die durch ein Beleuchten der mindestens einen der anderen Leuchtdioden erzeugt wird, gemessen wird.
Die erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung nutzt jeweils eine der Leuchtdioden, die normalerweise zum Beleuchten des Innenraumes vorgesehen ist, zum Messen der Leuchtstärke der jeweils anderen Leuchtdiode. Somit entfällt die Notwendigkeit, eine zusätzliche Photodiode einzusetzen, was den Bauteilaufwand und den Aufwand zur Ansteuerung der Leuchtvorrichtung in dem Überprüfungsmodus verringert. Zudem kann die Leuchtvorrichtung kompakter in einem Fahrzeug vorgesehen werden und die Fehleranfälligkeit sinkt aufgrund der geringeren Anzahl von Bauteilen.
Für diese kostengünstige Umsetzung einer Helligkeitsmessung wird der Effekt genutzt, dass eine Leuchtdiode eine Leerlaufspannung liefert, wenn sie von außen mit einer Lichtquelle beleuchtet wird. Die Spannungsquelle ist oftmals gering belastbar.
Der abgegebene Strom bei der Leerlaufspannung liegt bei heutigen Leuchtdioden oft unter einem Mikroampere. Mit Hilfe einer Darlington-Verstärkerschaltung lässt sich allerdings die Leerlaufspannung genügend verstärken, um sie von einer Spannungsmesseinheit messen zu lassen.
Vorzugsweise ist zusätzlich eine Einstellschaltung zum Anpassen der Ansteuerströme im Normalmodus durch die drei Leuchtdioden vorgesehen. Dieses Anpassen erfolgt in Abhängigkeit von den im Überprüfmodus gemessenen Spannungen. Somit wird nicht nur überprüft, ob die Leuchtstärken den Vorgaben entsprechen, sondern es besteht eine Vorrichtung, die die entsprechenden Anpassungen zum Ansteuern der Leuchtdioden im Normalmodus gleich vornimmt.
Vorzugsweise gibt die erste Leuchtdiode ein rotes Licht, die zweite Leuchtdiode ein grünes und die dritte Leuchtdiode ein blaues Licht aus.
In einer Ausführungsform ist eine Aktivierungsschaltung vorgesehen zum Aktivieren der Überprüfeinheit nach einer vorgegebenen Anzahl von Zündzyklen. Damit wird sichergestellt, dass das von dem Fahrzeug-Beleuchtungssystem emittierte Lichtspektrum regelmäßig geprüft wird.
In einer alternativen Ausführungsform ist eine Aktivierungseinheit vorgesehen zur manuellen Aktivierung der Überprüfeinheit. Damit wird sichergestellt, dass ein Fahrzeuginsasse nicht von dem Überprüfen der Leuchtvorrichtung gestört wird, sondern dass die Überprüfung vorzugsweise in einer Werkstatt während einer Inspektion vorgenommen wird.
Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung für eine Fahrzeug-Beleuchtvorrichtung zur Beleuchtung eines Fahrzeug-Innenraums, was erlaubt, dass die Fahrzeugbeleuchtung über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs stabil bleiben kann.
In einer anderen Anwendung sind die erste Leuchtdiode, die zweite Leuchtdiode und die dritte Leuchtdiode als organische Leuchtdioden in einem Bildschirm ausgebildet. Auch bei Bildschirmen besteht eine große Schwierigkeit, den sogenannten Weißpunkt, d. h. das Erscheinungsbild des weißen Lichts, stabil zu halten. Die vorliegende Erfindung bietet dazu eine kostengünstige Lösung.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung. Zunächst wird die erste Leuchtdiode eingeschaltet und die Spannung wird an der zweiten Leuchtdiode und/oder an der dritten Leuchtdiode gemessen. In einem weiteren Schritt wird die zweite Leuchtdiode eingeschaltet und die Spannung wird an der ersten Leuchtdiode und/oder an der dritten Leuchtdiode gemessen. In einem weiteren Schritt wird die dritte Leuchtdiode eingeschaltet und die Spannung wird an der ersten Leuchtdiode und/oder an der zweiten Leuchtdiode gemessen.
Vorzugsweise werden dann die Ströme im Normalmodus durch die erste Leuchtdiode, die zweite Leuchtdiode und die dritte Leuchtdiode in Abhängigkeit der gemessenen Spannungen angepasst.
Die Erfindung wird nun in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren gezeigt. Dabei zeigt
1 eine Leuchtvorrichtung für einen Innenraum;
2 Details der Steuerung für eine der Leuchtdioden aus der Leuchtvorrichtung aus 1;
3 ein Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen einer Leuchtvorrichtung.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Leuchtvorrichtung 1. Diese weist eine Batterie 10 auf, an deren Polen drei Reihenschaltungen parallel geschaltet sind. Die erste Reihenschaltung enthält eine erste Stromquelle 11 und eine dazu in Reihe geschaltete erste Leuchtdiode D1, die zweite Reihenschaltung enthält in Reihe geschaltet eine zweite Stromquelle 12 und eine zweite Leuchtdiode D2, und die dritte Reihenschaltung enthält in Reihe geschaltet eine dritte Stromquelle 13 und eine dritte Leuchtdiode D3.
Für alle drei Reihenschaltungen gilt, dass ein erster Anschluss der Stromquelle 11, 12 bzw. 13 mit dem Pluspol der Batterie 10 verbunden ist, während der zweite Anschluss der jeweiligen Stromquelle 11, 12 oder 13 jeweils mit der Anode der Leuchtdiode D1, D2 bzw. D3 verbunden ist. Die Kathoden der Leuchtdioden D1, D2 und D3 sowie der Minuspol der Batterie 10 sind jeweils mit der Masse 33 verbunden.
Die Leuchtdioden D1, D2 und D3 unterscheiden sich bezüglich des jeweils emittierten Lichtspektrums. Die Leuchtdiode D1 sendet rotes Licht aus, während die Leuchtdiode D2 grünes und die Leuchtdiode D3 blaues Licht aussendet.
Die Stromquellen 11, 12 und 13 werden jeweils von einer Steuerschaltung gesteuert. Bei der Stromquelle 11 handelt es sich um die Steuerschaltung 15, bei der Stromquelle 12 um die Steuerschaltung 16 und bei der Stromquelle 13 um die Steuerschaltung 17. Die Steuerschaltungen 15, 16 und 17 geben jeweils ein pulsweiten-moduliertes Signal aus. Die Pulsweiten der jeweiligen pulsweiten-modulierten Signale bestimmen, wie hell die Leuchtdioden D1, D2 und D3 leuchten. Durch geeignete Einstellungen der Stromquellen 11, 12 und 13 wird eine gewünschte Farbe eingestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Fahrer eines Fahrzeugs die Möglichkeit, die von ihm gewünschte Farbmischung, die sich durch die relativen Beleuchtungsstärken der Leuchtdioden D1, D2 und D3 ergibt, auszuwählen.
Verschiedene Leuchtdiodentypen, hier rot, grün und blau, altern unterschiedlich. Dadurch ergibt sich mit der Zeit eine andere Farbe als bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs. Um die gewünschte Farbeinstellung auch bei fortgeschrittener Alterung des Fahrzeugs beizubehalten, werden die Ansteuerungen der Ströme entsprechend angepasst. Dabei wird allerdings keine zusätzliche Photozelle benötigt, sondern die vorhandenen Leuchtdioden werden auch zum Messen der Beleuchtungsstärken der jeweils anderen Leuchtdioden verwendet.
2 zeigt dafür beispielhaft eine Überprüfeinheit 18 für die Ansteuerschaltung 16. Für die Ansteuerschaltungen 16 und 17 sind entsprechende Überprüfeinheiten vorgesehen.
Die Überprüfeinheit 18 weist einen Schalter 25, einen ersten Widerstand 20, einen zweiten Widerstand 21, einen ersten Transistor 22, einen zweiten Transistor 23 und eine Auswerteschaltung 24 auf. Ein erster Anschluss des Schalters 25 ist mit der Anode der ersten Leuchtdiode D1 verbunden, während der zweite Anschluss des Schalters 25 mit einem ersten Anschluss des Widerstands 20 verbunden ist. Der zweite Anschluss des Widerstands 20 ist seinerseits mit der Basis des Transistors 22 verbunden, dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors 23 und einem ersten Anschluss des Widerstands 21 verbunden ist. Der Kollektor des ersten Transistors 22 ist mit der Basis des zweiten Transistors 23 verbunden. Der Kollektor des zweiten Transistors 23 ist zusammen mit der Kathode der ersten Leuchtdiode D1 und dem Minuspol der Batterie 10 mit der Masse 33 verbunden.
Der zweite Anschluss des zweiten Widerstands 21 ist mit dem Pluspol der Batterie 10 verbunden. Die beiden Anschlüsse des zweiten Widerstands 21 sind mit Eingängen der Auswerteschaltung 24 verbunden, die ihrerseits die Stromquelle 11 ansteuert. Die Stromquelle 11 weist eine, in der 2 nicht gezeigte, Verbindung von dem zweiten Anschluss der Stromquelle 11 zu der Anode der ersten Leuchtdiode D1 auf. In dem Überprüfmodus wird beispielsweise die Leuchtstärke der zweiten Leuchtdiode D2 geprüft. Dazu wird die Stromquelle 12 so beschaltet, dass der Strom, der auch im normalen Betrieb zum Beleuchten des Innenraums eingestellt wird, durch die zweite Leuchtdiode D2 fließt. Die Leuchtstärke der zweiten Leuchtdiode D2 wird mit Hilfe der ersten Leuchtdiode D1 gemessen. Dazu wird die Stromquelle 11 an ihrem Ausgang hochohmig geschaltet, so dass die Stromquelle 11 keinen Strom durch die Stromquelle 11 einprägt.
Durch das von der zweiten Leuchtdiode D2 erzeugte Licht ergibt sich eine Leerlaufspannung zwischen Anode und Kathode der Leuchtdiode D1. Diese Leerlaufspannung kann mit Hilfe der gezeigten Darlington-Verstärkerschaltung detektiert werden. Dazu wird im Überprüfmodus der Schalter 25 geschlossen, so dass das Anodenpotential der Leuchtdiode D1 auch an der Basis des ersten Transistors 22 anliegt. Entsprechend erhöht sich der Strom durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 22, wodurch sich auch das Potential an der Basis des Transistors 23 erhöht. Die Transistoren 22 und 23 sind jeweils npn-Bipolartransistoren vom Typ BC548.
Durch Erhöhung des Potentials an der Basis des Transistors 23 erhöht sich auch der Strom durch den Kollektor-Emitter-Pfad dieses Transistors 23. Der Strom durch den Widerstand 21 steigt somit an. Die über dem zweiten Widerstand 21 abfallende Spannung wird mit Hilfe der Auswerteschaltung 24 gemessen. Ist diese Spannung hoch, so ist auch die Spannung über der Leuchtdiode D1 hoch, was ein Zeichen für eine große Leuchtstärke der Leuchtdiode D2 ist. Die über der Leuchtdiode D1 abfallende Photospannung wird somit gemessen und die daraus gemessene Helligkeit mit einem Referenzwert verglichen. Dieser Referenzwert ist im Speicher der Überprüfungsschaltung 24 abgelegt. Falls die Spannung über dem Widerstand 21 den Referenzwert unterschreitet, wird daraus gefolgert, dass die Helligkeit der zweiten Leuchtdiode D2 zu gering ist. Die Ansteuerschaltung 24 gibt diese Information an die Steuerschaltung 16 weiter, die entsprechend den Ansteuerstrom, der von der zweiten Stromquelle 12 bereitgestellt wird, erhöht.
Nach diesem Schritt wird die dritte Leuchtdiode D3 aktiv angesteuert und mit Hilfe der beschriebenen Messschaltung gemessen.
Es ist auch möglich, dass eine der Leuchtdioden so angesteuert wird, dass sie leuchtet und die beiden anderen Leuchtdioden jeweils messen. Es versteht sich, dass die gezeigte Vorrichtung auch für weit größere Leuchtdioden-Anordnungen, sogenannte Leuchtdioden-Felder, verwendet werden kann.
Es lässt sich zusammenfassen, dass die Messung der unterschiedenen Leuchtdioden-Helligkeiten bei Rot-Grün-Blau-Leuchtdioden dadurch vorgenommen wird, dass eine der drei Leuchtdioden elektrisch angesteuert wird und die jeweils zwei nicht angesteuerten Leuchtdioden beleuchtet. Die entstehenden Photospannungen werden gemessen und die daraus resultierenden Helligkeiten werden mit einem Referenzwert verglichen.
Durch sequenzielles Schalten der RGB-Leuchtdioden lässt sich der Helligkeitsabfall im Laufe der Leuchtdioden-Lebensdauer ermitteln und durch eine gezielte Erhöhung des Stroms kompensieren.
In einer Ausführungsform wird das dargestellte Verfahren während einer Inspektion des Fahrzeugs durch eine Diagnose durchgeführt. Dabei wird die Kalibrierung des Farborts vom Fahrzeugführer nicht bemerkt.
Alternativ wird die Software im Bordsteuergerät hinterlegt und die Farbkalibrierung nach einer gewissen Anzahl von Zündzyklen aktiviert.
3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen der Helligkeit der Leuchtdioden in einem Flussdiagramm. In einem ersten Schritt 301 wird die erste Leuchtdiode eingeschaltet und die Ströme werden durch die zweite Leuchtdiode D2 und die dritte Leuchtdiode D3 gemessen. In einem danach folgenden Schritt 302 wird die Leuchtdiode D2 eingeschaltet, während die Ströme durch die erste und dritte Leuchtdiode D1 und D3 gemessen werden. In einem dritten Schritt 303 wird die dritte Leuchtdiode D3 eingeschaltet und die Ströme werden durch die erste Leuchtdiode D1 und die zweite Leuchtdiode D2 gemessen. Anschließend werden in Schritt 304 die Stromquellen 11, 12 und 13 je nach gemessenen Helligkeiten aus den drei Schritten 301, 302 und 303 eingestellt.
In einer Abwandlung des Verfahrens wird in jedem der Schritte 301, 302 und 303 jeweils nur die Spannung an einer der beiden Leuchtdioden gemessen.
Bezugszeichenliste

1: Leuchtvorrichtung
10: Batterie
11: Stromquelle
12: Stromquelle
13: Stromquelle
15: Ansteuerschaltung
16: Ansteuerschaltung
17: Ansteuerschaltung
18: Überprüfeinheit
20: erster Widerstand
21: zweiter Widerstand
22: erster Transistor
23: zweiter Transistor
24: Auswerteschaltung oder Überprüfungsschaltung
25: Schalter
33: Masse
301: Schritt
302: Schritt
303: Schritt
D1: erste Leuchtdiode
D2: zweite Leuchtdiode
D3: dritte Leuchtdiode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7507943 B1 [0002]
DE 200619504 [0002, 0003]

Claims

Leuchtvorrichtung, folgendes aufweisend: – eine erste Leuchtdiode (D1), eine zweite Leuchtdiode (D2), eine dritte Leuchtdiode (D3), die sich jeweils voneinander durch das Farbspektrum des emittierten Lichts unterscheiden, – eine Ansteuereinheit (15, 16, 17) zum gleichzeitigen Ansteuern der drei Leuchtdioden, dass die drei Leuchtdioden in einem Normalmodus gleichzeitig jeweils Licht emittieren, – eine Überprüfeinheit (18) zum Betreiben der Leuchtdioden in einem Überprüfmodus, in dem jeweils in eine der Leuchtdioden (D2) ein Strom derart eingeprägt wird, der die eine der Leuchtdioden (D2) zum Leuchten bringt, während mindestens eine (D1) der anderen der drei Leuchtdioden so beschaltet wird, dass die Spannung, die durch ein Beleuchten der mindestens einen der anderen Leuchtdioden (D1) erzeugt wird, gemessen wird.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom durch die mindestens eine der anderen der Leuchtdioden mit Hilfe einer Darlington-Verstärkerschaltung (22, 23) gemessen wird.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellschaltung (24) vorgesehen ist zum Anpassen der Ansteuerströme im Normalmodus durch die drei Leuchtdioden in Abhängigkeit der im Überprüfmodus gemessenen Spannungen.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leuchtdiode rotes Licht, die zweite Leuchtdiode grünes Licht und die dritte Leuchtdiode blaues Licht emittiert.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierungsschaltung (41) vorgesehen ist zum Aktivieren der Überprüfeinheit (18) nach einer vorbestimmten Anzahl von Zündzyklen des Fahrzeugs.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierungsschaltung (41) vorgesehen ist zum Aktivieren der Überprüfeinheit (18), wobei die Aktivierungsschaltung von einem Nutzer manuell geschaltet werden kann.
Fahrzeug-Beleuchtvorrichtung mit einer Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Beleuchtung eines Fahrzeug-Innenraums.
Bildschirm mit einer Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Leuchtdiode, die zweite Leuchtdiode und die dritte Leuchtdiode als organische Leuchtdioden ausgebildet sind.
Verfahren zum Betrieb einer Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit folgenden Schritten: – Einschalten der ersten Leuchtdiode (D1) und Messen der Spannung an der zweiten Leuchtdiode (D2) und/oder der Spannung an der der dritten Leuchtdiode (D3), – Einschalten der zweiten Leuchtdiode (D2) und Messen der Spannung an der ersten Leuchtdiode (D1) und/oder Messen der Spannung an der dritten Leuchtdiode (D3), – Einschalten der dritten Leuchtdiode (D3) und Messen der Spannung an der ersten Leuchtdiode (D1) und/oder Messen der Spannung an der zweiten Leuchtdiode (D2).
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: – Einstellen der Ströme im Normalmodus durch die erste Leuchtdiode (D1), die zweite Leuchtdiode (D2) und die dritte Leuchtdiode (D3) in Abhängigkeit der gemessenen Spannungen.