DE102011079570A1

DE102011079570A1 - Beleuchtungseinrichtung mit einem Schutz vor einer Belastung durch von außen einfallende Strahlung

Info

Publication number: DE102011079570A1
Application number: DE102011079570A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hogrefe Henning; Martin Lampen
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Scheinwerfer, der eine Lichtquelle und eine transparente Abdeckscheibe aufweist, die permanent einen Teil einer Außenfläche des Kraftfahrzeugs bildet und die eine Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers lichtdurchlässig abdeckt, mit einer zur Steuerung der Aktivität der Lichtquelle eingerichteten Steuereinrichtung und mit einem innerhalb des Scheinwerfers angeordneten steuerbaren Mittel zur Beeinflussung eines Strahlungsflusses zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle. Die Beleuchtungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das steuerbare Mittel zur Beeinflussung des Strahlungsflusses so zu steuern, dass es den Strahlungsfluss nur dann beeinflusst, wenn die Lichtquelle ausgeschaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Scheinwerfer, der eine Lichtquelle und eine transparente Abdeckscheibe aufweist, die permanent einen Teil einer Außenfläche des Kraftfahrzeugs bildet und die eine Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers lichtdurchlässig abdeckt, einer zur Steuerung der Aktivität der Lichtquelle eingerichteten Steuereinrichtung und mit einem innerhalb der Beleuchtungseinrichtung angeordneten steuerbaren Mittel zur Beeinflussung eines Strahlungsflusses zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle.
Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist aus der EP 1 821 032 B1 bekannt. Diese Schrift betrifft einen Projektionsscheinwerfer, der Leuchtdioden als Lichtquellen aufweist. Die Leuchtdioden sind in einem Brennpunkt eines elliptischen Reflektors des Scheinwerfers angeordnet. In einem zweiten Brennpunkt des Reflektors ist eine Blende angeordnet. Eine Linse bildet die an der Blende resultierende Lichtverteilung auf die Fahrbahn vor dem Scheinwerfer ab. Grundsätzlich ist der Lichtweg umkehrbar, so dass auch Strahlung aus der Umgebung in den Scheinwerfer einfallen kann. Nach der EP 1 821 032 kann es in seltenen, aber nicht ganz auszuschließenden Situationen dazu kommen, dass von außen einfallende Sonnenstrahlung im ersten Brennpunkt des Reflektors gebündelt wird und dort zu einer unerwünschten Erwärmung führt.
Dadurch können die Leuchtdioden, die temperaturempfindlicher als zum Beispiel Glühlampen sind und die hohe Temperaturen nicht aushalten, unzulässig hoch aufgeheizt werden. Die EP 1 821 032 B1 nennt Werte von mehr als 1.000°C als Beispiel hoher Temperaturen. Solche Temperaturen werden bei normalen Glühlampen oder Gasentladungslampen erreicht und überschritten. Leuchtdioden werden dagegen mit Temperaturen von eher 100°C oder knapp darüber betrieben und würden bei wesentlich höheren Temperaturen irreversibel beschädigt werden.
Um eine unzulässige Aufheizung durch Sonnenstrahlen zu vermeiden, sieht die EP 1 821 032 B1 vor, die Sonneneinstrahlung innerhalb des Scheinwerfers zu detektieren und zur Steuerung eines Schutzmittels zu verwenden, das die Leuchtdioden vor einer unzulässigen Erwärmung schützt, in dem es die einfallende Sonnenstrahlung abschirmt. Die Detektion erfolgt dabei mit einer Photodiode oder einem Temperatursensor, wobei unter anderem die Leuchtdiode selbst als Photodiode oder als Temperatursensor betrieben wird.
Als Alternative zu einer Detektion innerhalb des Scheinwerfers wird in der EP 1 821 032 B1 ein optisches Modul, also insbesondere ein Reflektor vorgeschlagen, dessen Ausrichtung und Öffnungswinkel den entsprechenden Größen des Licht emittierenden Moduls des Scheinwerfers entspricht und das am Platz einer Leuchtdiode einen Sensor aufweist.
Als weitere Alternative wird dort vorgeschlagen, einen ohnehin für die Fahrzeugklimatisierung oder Tag/Nacht-Detektion vorhandenen, vorzugsweise multispektralen Sonnensensor zu verwenden, der das Risiko einer Zerstörung nicht direkt detektiert, aber einen systematischen Schutz an sonnigen Tagen erlaubt, wenn das Fahrzeug stillsteht. Bei rollendem Fahrzeug soll dieses System abgeschaltet werden, da die Fahrzeugbewegung die Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung der Leuchtdiode verringert.
Als weitere Alternative wird dort eine im Fahrzeug ohnehin vorhandene Kamera als Detektor vorgeschlagen. Mit dieser Kamera soll der Sonnenort erfasst werden. Steht die Sonne in einem für die Aufheizung der Scheinwerfer möglicherweise kritischem Bereich, soll das Schutzmittel ausgelöst werden. Darüber hinaus wird dort vorgeschlagen, Ortsinformationen eines Global Positioning Systems (GPS) des Fahrzeugs zur Optimierung der Steuerung des Schutzmittels zu verwenden. In diesem Zusammenhang wird dort weiter vorgeschlagen, die Ortsinformationen zur Gewinnung ortsspezifischer Parameter wie dem Sonnenstand als Funktion der Tageszeit und/oder der Ausrichtung der Linsen der Scheinwerfer relativ zur Sonne zu verwenden.
Als Schutzmittel wird in der EP 1 821 032 B1 eine in der Nähe des ersten Brennpunkts angeordnete und bewegliche Blende, eine vor dem Scheinwerfer angeordnete Klappe, ein ins Innere des Fahrzeugs wegklappbarer Scheinwerfer und ein im Lichtweg des Sonnenlichts im Scheinwerfer angeordneter Verschluss aus elektrochromem Werkstoff vorgeschlagen. Der Leuchtweitensteller schwenkt den Scheinwerfer dabei gegebenenfalls aus dem Maximum der Einstrahlung heraus.
Von diesem Stand der Technik unterscheidet sich die vorliegende Erfindung dadurch, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das steuerbare Mittel zur Beeinflussung des Strahlungsflusses so zu steuern, dass es den Strahlungsfluss nur dann beeinflusst, wenn die Lichtquelle ausgeschaltet ist.
Der ausgeschaltete Zustand der Lichtquelle stellt damit eine notwendige Bedingung für das gesteuerte Verringern des Strahlungsflusses dar. Dies erlaubt eine Steuerung der Verringerung des Strahlungsflusses in Abhängigkeit von dem ohnehin für andere Zwecke gebildeten Steuersignal, mit dem die Lichtquelle ausgeschaltet wird. Auf zusätzliche Sensoren und/oder eine Modellierung der Bündelung der Sonnenstrahlung aus dem Signal eines Helligkeitssensors kann daher verzichtet werden.
Im Gegensatz dazu basiert bei der EP 1 821 032 B1 jede Ausgestaltung in der einen oder anderen Form auf einer Messung der Wirkung des Einflusses von tatsächlich vorhandenem Sonnenlicht.
Der erfindungsgemäßen Steuerung liegt dagegen die Überlegung zugrunde, dass der Scheinwerfer im Wesentlichen immer dann eingeschaltet sein wird, wenn die Helligkeit in der Umgebung eher gering ist, so dass eine Beleuchtung der Umgebung durch den Scheinwerfer sinnvoll ist.
Solche Bedingungen treten nur dann auf, wenn die Sonneneinstrahlung schwach ist. Dann besteht auch keine Gefahr einer unzulässig starken Aufheizung des Innenraums des Scheinwerfers und insbesondere der Lichtquelle.
Im Umkehrschluss gilt dann auch, dass bei hoher Umgebungshelligkeit und dann entsprechend sinnvoll ausgeschalteter Lichtquelle nicht ausgeschlossen werden kann, dass eine dann möglicherweise einwirkende Sonneneinstrahlung zu einer unzulässig hohen Temperatur im Inneren des Scheinwerfers führen könnte. Eine solche Aufheizung wird durch die Erfindung sicher verhindert. Ob eine solche Sonneneinstrahlung tatsächlich vorliegt, oder ob die Lichtquelle nur deshalb ausgeschaltet ist, weil das Fahrzeug geparkt ist, muss dabei nicht überprüft werden und wird bei der Erfindung auch nicht überprüft. Auch dies stellt einen Unterschied und Gegensatz zum Stand der Technik nach der EP 1 821 032 B1 dar.
Im Ergebnis wird der Strahlungsfluss bei der erfindungsgemäßen Steuerung häufiger verringert werden als tatsächlich nötig wäre. So erfolgt eine Verringerung bei der Erfindung zum Beispiel auch dann, wenn bei bewölktem Himmel oder bei nachts geparktem Fahrzeug tatsächlich kein Risiko einer zu starken Aufheizung besteht. Die vergleichsweise häufige Verringerung des Strahlungsflusses ist unkritisch, weil die Verringerung nur bei ausgeschaltetem Scheinwerfer erfolgt und damit die eigentliche Aufgabe des Scheinwerfers, nämlich die Fahrbahn zu beleuchten, nicht beeinträchtigt.
Dabei wird vorausgesetzt, dass Leuchtenfunktionen des Scheinwerfers, insbesondere eine Positionslichtfunktion und/oder eine Tagfahrlichtfunktion von separaten Lichtmodulen übernommen werden, was in der Regel aber ohnehin der Fall ist. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass ein Unterschied zwischen Scheinwerfern und Leuchten besteht. Scheinwerfer emittieren vergleichsweise viel Licht und dienen zur Beleuchtung der Fahrbahn, so dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs Hindernisse im Fahrweg des Kraftfahrzeugs erkennen kann. Leuchten emittieren dagegen vergleichsweise weniger Licht und dienen dazu, anderen Verkehrsteilnehmern das Vorhandensein und/oder das Verhalten des Kraftfahrzeugs zu signalisieren.
Der große Nutzen der Erfindung besteht darin, dass eine zu starke Aufheizung so gut wie sicher ausgeschlossen werden kann, ohne eine spezielle Sensorik und/oder Auswertung zur Modellierung einer Bündelung der Sonnenstrahlung verwenden zu müssen, wie sie beim Gegenstand der EP 1 821 032 B1 zur Messung oder Schätzung des Sonneneinflusses verwendet wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigt, jeweils in schematischer Form:
1 eine Funktionsblockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
2 zeitliche Verläufe verschiedener Größen beim Gegenstand der 1,
3 eine Funktionsblockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
4 zeitliche Verläufe verschiedener Größe beim Gegenstand der 1.
1 zeigt im Einzelnen eine Beleuchtungseinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug mit einem Scheinwerfer 12 und einer Steuereinrichtung 14. Dabei liegt die x-Richtung in Richtung der Längsachse des Fahrzeugs, während die y-Achse parallel zur Querachse des Fahrzeugs und die z-Richtung parallel zur Hochachse des Fahrzeugs liegt. Der Scheinwerfer 12 weist eine Lichtquelle 16 und eine transparente Abdeckscheibe 18 auf, die permanent einen Teil einer Außenfläche 20 des Kraftfahrzeugs bildet und die so angeordnet ist, dass sie einen Strahlungsfluss 22 der Lichtquelle 16 aus dem Scheinwerfer 12 austreten lässt. Der Scheinwerfer 12 ist also insbesondere kein Klappscheinwerfer.
Umgekehrt fällt ein Strahlungsfluss 24 aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs durch die Abdeckscheibe 18 hindurch in das Innere des Scheinwerfers 12 ein. Das Innere des Scheinwerfers 12 wird von einem Gehäuse 26 und der Abdeckscheibe 18 begrenzt, die eine Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses 26 abdeckt. Innerhalb des Scheinwerfers 12 ist ein steuerbares Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses 24 zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 angeordnet.
Die Steuereinrichtung 14 ist dazu eingerichtet, die Aktivität der Lichtquelle 16 und das steuerbare Mittel 28 zu steuern. Dabei erfolgt die Steuerung der Beeinflussung des Strahlungsflusses 24 so, dass der Strahlungsfluss 24 nur dann beeinflusst wird, wenn die Lichtquelle 16 ausgeschaltet ist. Mit einer Beeinflussung des Strahlungsflusses 24 ist dabei insbesondere eine Verringerung des Strahlungsflusses 24 gemeint.
Ein von der Lichtquelle 16 emittierter Strahlungsfluss 22 wird durch optische Elemente, wie Reflektoren 30 und/oder Blenden und/oder Linsen innerhalb des Scheinwerfers so umgelenkt und/oder abgeschattet, dass sich im Vorfeld des Scheinwerfers 12, also insbesondere auf einer Fahrbahn vor dem Fahrzeug, eine gewünschte Lichtverteilung einstellt. Die Lichtquelle 16 ist in der Regel in einem Brennpunkt der genannten optischen Elemente, hier in einem Brennpunkt des Reflektors 30, angeordnet. Als Folge der Umkehrbarkeit des Lichtweges wird daher auch ein aus bestimmten Richtungen von außen in den Scheinwerfer 12 eintretender Strahlungsfluss 24 in dem genannten Brennpunkt oder, je nach Einfallsrichtung, in der Nähe des Brennpunkts fokussiert.
Die Lichtquelle 16 ist bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Anordnung aus mehreren Leuchtdioden. In der Regel wird für Scheinwerferlichtfunktionen eine Anordnung von mehreren weißes Licht abstrahlenden Leuchtdioden verwendet, die jeweils eine plane Lichtaustrittsfläche mit einer Größe von ungefähr 1 mm² besitzen.
Die Steuereinrichtung 14 ist dazu eingerichtet, die Aktivität der Lichtquelle 16 zu steuern. Das bedeutet insbesondere, dass die Steuereinrichtung 14 die Lichtquelle 16 einschaltet, um die Fahrbahn zu beleuchten, und ausschaltet, wenn die Fahrbahn nicht beleuchtet werden soll. Zur Steuerung der Aktivität der Lichtquelle 16 ist die Steuereinrichtung 14 mit wenigstens einem Informationsgeber 32 verbunden, der der Steuereinrichtung 14 ein Signal übergibt. Der Informationsgeber 32 ist in einer einfachen Ausgestaltung ein Lichtschalter, mit dem der Fahrer den Scheinwerfer 12 einschaltet. Der Informationsgeber 32 kann daher in einer solchen Ausgestaltung auch als Fahrerwunschgeber bezeichnet werden.
Alternativ oder ergänzend zu einem Lichtschalter als Informationsgeber sind in anderen Ausgestaltungen weitere Informationsgeber vorgesehen. Ein alternativer oder ergänzender Informationsgeber gibt die lokale Zeit am Ort des Kraftfahrzeugs an. Als weiterer, alternativer oder ergänzender Informationsgeber dient ein GPS-System. Als weitere, alternative oder ergänzende Informationsgeber werden in einer Ausgestaltung ein oder mehrere Lichtsensoren verwendet.
Die Signale der Informationsgeber werden in einer Auswerteeinheit 42 der Steuereinrichtung 14 ausgewertet. Die Auswerteeinheit 42 repräsentiert in der Funktionsblockdarstellung der 1 die zur Auswertung verwendeten Hardware- und Software-Strukturen der Steuereinrichtung 14. Die Auswerteeinheit 42 ist dazu eingerichtet, aus den empfangenen Signalen der Informationsgeber ein Einschaltsignal und/oder ein Ausschaltsignal S für die Lichtquelle 16 zu bilden. Insofern verkörpert die Auswerteeinheit 42 eine automatische Fahrlichtsteuerung, wie sie als solche bereits bekannt ist.
Ein solches Einschaltsignal und/oder Ausschaltsignal S wird in der dargestellten Ausgestaltung in einem ersten Zweig 44 an eine Treiberschaltung 46 übergeben, die die Lichtquelle 16 einschaltet oder ausschaltet. Im Fall einer Halbleiterlichtquelle als Lichtquelle 16 gibt die Treiberschaltung 46 zum Beispiel ein Tastverhältnis aus, mit dem die Halbleiterlichtquelle betrieben wird, um eine vorbestimmte mittlere Helligkeit zu erzeugen. Die Frequenz eines solchen Tastverhältnisses beträgt zum Beispiel 100 bis 200 Hertz. Frequenzen aus diesem Bereich werden vom menschlichen Sehsinn nicht aufgelöst, so dass dieser nur eine mittlere Helligkeit der Halbleiterlichtquelle wahrnimmt. Soll die Halbleiterlichtquelle dagegen kein Licht abgeben, gibt die Treiberschaltung 46 kein Signal aus.
Das Einschaltsignal und/oder Ausschaltsignal S wird parallel zur Weiterverarbeitung in dem die Treiberschaltung 46 aufweisenden und zur Steuerung der Lichtquelle 16 dienenden ersten Zweig 44 in einem zweiten Zweig 48 weiterverarbeitet. Mit diesem zweiten Zweig 48 wird das steuerbare Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses zwischen der Lichtaustrittsfläche und der Lichtquelle 16 angesteuert. Das steuerbare Mittel 28 weist in der dargestellten Ausgestaltung eine schwenkbare Blende 50 auf.
Die schwenkbare Blende 50 liegt in einer ersten Schwenkstellung so, dass sie den auswärts gerichteten Lichtstrom 22 und den und einwärts gerichteten Strahlungsfluss 24 zwischen der Lichtquelle 16 und der Abdeckscheibe 18 nicht beeinflusst. In der Ausgestaltung, die in der 1 dargestellt ist, liegt die Blende 50 in ihrer ersten Schwenkstellung etwa parallel zur Fahrtrichtung x und zur Richtung des austretenden Strahlungsflusses 22.
In einer zweiten Schwenkstellung schattet die schwenkbare Blende 50 den Strahlungsfluss, insbesondere den Strahlungsfluss 24 zwischen der Lichtquelle 16 und der Lichtaustrittsöffnung ganz oder teilweise ab. Die zweite Schwenkstellung entspricht beim Gegenstand der 1 der Stellung, in der die schwenkbare Blende 50 etwa parallel zur z-Richtung ausgerichtet ist.
Das steuerbare Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses weist darüber hinaus ein Stellglied 52 auf, das die Blende 50 in ihre erste Schwenkstellung und/oder in ihre zweite Schwenkstellung bewegt. Das Stellglied 52 ist bevorzugt als elektromechanisches Stellglied, insbesondere als Elektromotor, elektromagnetischer Zuganker oder elektromagnetischer Schubanker verwirklicht.
Beim Gegenstand der 1 weist der zweite Zweig 48 einen Invertierer 49 auf. Im Ergebnis wird dadurch das Stellglied 52 mit einem Signal angesteuert, das durch Invertierung aus dem Signal S hervorgeht, mit dem die Lichtquelle 16 gesteuert wird. Das bedeutet, dass die schwenkbare Blende 50 in ihre erste Schwenkstellung gesteuert wird, wenn die Lichtquelle 16 eingeschaltet wird. Die abschattende Wirkung der schwenkbaren Blende 50 wird damit ausgeschaltet, wenn die Lichtquelle 16 eingeschaltet wird.
Wird die Lichtquelle 16 dagegen ausgeschaltet, wird die abschattende Wirkung der schwenkbaren Blende 50 eingeschaltet, indem diese in den Lichtweg zwischen der Lichtquelle 16 und der Lichtaustrittsöffnung geschwenkt wird.
Die 1 zeigt damit insbesondere ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Steuereinrichtung 14, die dazu eingerichtet ist, das steuerbare Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses 22, 24 zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 so zu steuern, dass es den Lichtstrom 22 und den Strahlungsfluss 24 nur dann beeinflusst, das heißt nur dann ganz oder teilweise abschattet, wenn die Lichtquelle 16 ausgeschaltet ist.
2 veranschaulicht die Wirkungsweise des Gegenstands der 1. Dabei zeigt die 2a einen zeitlichen Verlauf des Einschaltsignal oder Ausschaltsignals S, das von der Auswerteeinheit 42 erzeugt wird. Das Signal S weist zwei Pegel auf. Beim unteren Pegel (Wert 0) soll das Licht ausgeschaltet sein und beim oberen Pegel (Wert 1) soll das Licht eingeschaltet sein.
2b zeigt den korrespondierenden Verlauf des Einschaltzustands der Lichtquelle 16. Beim unteren Pegel ist die Lichtquelle 16 ausgeschaltet und beim oberen Pegel ist die Lichtquelle 16 eingeschaltet.
2c zeigt den dazu korrespondierenden Zustand des Lichtweges zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16, wie er vom steuerbaren Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 bestimmt wird. Bei dem hohen Pegel ist der Lichtweg (ganz oder teilweise) zu, das heißt, versperrt. Bei dem niedrigen Pegel ist der Lichtweg auf, d.h. offen oder frei.
Die 2 veranschaulicht damit insbesondere, dass der ausgeschaltete Zustand der Lichtquelle 16 eine notwendige Bedingung für das gesteuerte Verringern des Strahlungsflusses 24 zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 darstellt.
In den Ausgestaltungen, in denen die Auswerteeinheit das Einschaltsignal oder Ausschaltsignal S automatisch generiert, repräsentiert eine solche Auswerteeinheit eine automatische Fahrlichtsteuerung, wie sie im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine automatische Fahrlichtsteuerung ist bevorzugt dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, das Einschaltsignal oder Ausschaltsignal S in Abhängigkeit von den Signalen der Informationsgeber 34, 36, 38, 40, die nicht den Fahrerwunsch repräsentieren, zu erzeugen. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass die Aufzählung der Informationsgeber 34 bis 40 nicht abschließend gemeint ist und das bei einer Verwirklichung der Erfindung andere, weniger oder mehr Informationsgeber verwendet werden können.
Mit einem GPS-System als Informationsgeber wird dabei die Position des Fahrzeugs festgestellt. Mit dieser Positionsinformation wird unter Rückgriff auf gespeicherte Daten der Sonnenstand in Abhängigkeit von der Uhrzeit ermittelt. Zusammen mit der Uhrzeit, die von einer On-Board-Uhr des Fahrzeugs, insbesondere einer Funkuhr bereitgestellt wird, oder die aus den Daten des GPS-Systems gewonnen wird, wird ein Sonnenstand und damit ein Schätzwert für die Umgebungshelligkeit, beziehungsweise die Intensität der Sonneneinstrahlung, erzeugt. Wenn dieser Schätzwert unter einen Schwellenwert sinkt, gibt die Auswerteeinheit das Signal S aus, um die Lichtquelle 16 einzuschalten.
Alternativ kann dem GPS-System oder einem Bordkompass auch nur die Richtung, beziehungsweise der Winkel entnommen werden, in der, beziehungsweise in dem die Sonne zur Längsrichtung des Kraftfahrzeuges steht. Bei Überschreitung eines für das Kraftfahrzeug spezifischen Winkels und zu spezifischen lokalen Uhrzeiten gibt die Auswerteeinheit ein Signal S aus, mit dem die Lichtquelle 16 eingeschaltet wird. So kann zum Beispiel in der Abenddämmerung eine thermische Gefährdung des Scheinwerfers ausgeschlossen werden, wenn das Kraftfahrzeug nach Norden, Osten oder Süden ausgerichtet ist.
Alternativ wird das Signal S vom Standort des Fahrzeugs unabhängig und nur in Abhängigkeit vom Datum und der lokalen Uhrzeit, oder nur abhängig von der lokalen Uhrzeit ausgegeben. Es versteht sich, dass sämtliche dieser Ausgestaltungen eine gesteuerte Unterscheidung von einer Umgebung mit hoher Sonneneinstrahlung (Tag) von einer Umgebung mit niedriger Sonneneinstrahlung (Dämmerung oder Nacht) erlauben, wobei die Genauigkeit der Unterscheidung natürlich mit zunehmender Genauigkeit der Modellierung der Sonnenstrahlung zunimmt.
Wenn ein eine Helligkeit oder Strahlung detektierender Lichtsensor 38 vorhanden ist, der die allgemeine Sonnenstrahlung richtungsunabhängig in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst, werden die Signale eines solchen Lichtsensors 38 in einer Ausgestaltung alternativ oder ergänzend zu den bereits genannten anderen Signalen bei der Bildung des Signals S herangezogen.
Dies gilt auch für das Signal eines gegebenenfalls vorhandenen zweiten Lichtsensors 40, der Helligkeiten, respektive Strahlungsstärken in der Umgebung des Kraftfahrzeugs richtungsabhängig erfasst. Solche richtungsabhängig arbeitenden Strahlungssensoren werden zum Beispiel dazu verwendet, rechtzeitig eine dunkle Tunnelöffnung zu erkennen, so dass die Lichtquellen 16 der Scheinwerfer 12 des Fahrzeugs rechtzeitig bei der Einfahrt oder bereits vor der Einfahrt in den Tunnel eingeschaltet werden.
Diese Bildung des Einschaltsignals oder Ausschaltsignals S durch eine automatische Fahrlichtschaltung ist bekannt. Der Anmeldungsgegenstand nutzt dieses auf bekannte Weise gebildete Signal S mehrfach: Dieses Signal S wird einerseits benutzt, um die Lichtquelle 16 zu steuern. Dies ist die bekannte Nutzung. Darüber hinaus wird es bei der Erfindung zusätzlich dazu genutzt, auch noch das Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses 24 zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtquelle 16 zu steuern. Die Steuerung des Mittels 28 erfolgt dabei durch ein für die Steuerung der Lichtquelle 16 ohnehin bereits gebildetes Signal S, so dass diese Ausgestaltung keinerlei zusätzliche Sensorik und auch keine zusätzliche Auswertung der Signale einer vorhandenen Sensorik benötigt.
3 zeigt eine Ausgestaltung, die sich vom Gegenstand der 1 durch eine untergeordnete Steuereinheit 54 im zweiten Zweig 48 unterscheidet. Die untergeordnete Steuereinheit 54 ist dabei zwischen dem Invertierer 49 und dem steuerbaren Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses 24 angeordnet. Diese Anordnung verdeutlicht, dass die Steuerung des steuerbaren Mittels 28 beim Gegenstand der 3 durch die untergeordnete Steuereinheit 54 und damit nicht mehr direkt durch ein Signal erfolgt, das durch Invertierung aus dem Signal S gebildet wird, mit dem die Lichtquelle 16 gesteuert wird.
Die untergeordnete Steuereinheit 54 ist bevorzugt ein Teil der Steuereinrichtung 14 und bevorzugt als Programmmodul realisiert. Die untergeordnete Steuereinheit 54 ist dabei dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, das steuerbare Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses in Abhängigkeit von dem invertierten Einschaltsignal oder Ausschaltsignal S und weiteren Signalen zu steuern, die von der Auswerteeinheit 42, also insbesondere von einer automatischen Fahrlichtsteuerung, ausgegeben werden und/oder die der Auswerteeinheit 42 auf ihrer Eingangsseite zugeführt werden.
In jedem Fall soll auch bei dieser Ausgestaltung gelten, dass die Lichtquelle 16 ausgeschaltet sein muss, wenn der Strahlungsfluss zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 durch eine Ansteuerung des steuerbaren Mittels 28 zur Beeinflussung dieses Strahlungsflusses verringert wird.
Dazu sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Auswerteeinheit 42 nicht nur ein binäres Einschaltsignal oder Ausschaltsignal S bereitstellt, sondern dass diese Auswerteeinheit 42 zusätzlich einen kontinuierlich variierenden Wert und/oder alle von der Auswerteeinheit 42 ermittelten und/oder von ihr empfangenen Informationen und/oder den von ihr vom Informationsgeber 32 empfangenen oder von ihr erzeugten Schaltzeitpunkte und/oder die von ihr empfangenen oder in ihr berechnete Uhrzeit (und Datum) an die untergeordnete Steuereinheit 54 übergibt. Dies geschieht in der dargestellten Ausgestaltung über den Signalpfad 56 zwischen der Auswerteeinheit 42 und der untergeordneten Steuereinheit 54. Die untergeordnete Steuereinheit 54 ist dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, das Mittel 28 dann in Abhängigkeit vom invertierten Einschaltsignal und Ausschaltsignal S und den zusätzlich empfangenen Signalen zu steuern.
Alternativ oder ergänzend werden die Signale des Informationsgebers 32 und/oder des Zeitgebers 34 und/oder des GPS-Systems 36 und/oder der Lichtsensoren 38, 40 nicht nur der Auswerteeinheit 42, sondern zusätzlich auch der untergeordneten Steuereinheit 54 zugeführt. Diese Signale können dann unabhängig von ihrer Verarbeitung zu einem Einschaltsignal oder Ausschaltsignal S für die Lichtquelle 16 in der Auswerteeinheit 42 noch zur Bildung und/oder Modifizierung des Ansteuersignals für das steuerbare Mittel 28 zur Verringerung des Strahlungsflusses zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 verwendet werden.
Dabei erfolgt die Ansteuerung des steuerbaren Mittels 28 bevorzugt ergänzend in Abhängigkeit von der Orientierung der Längsachse des Kraftfahrzeugs. Steht das geparkte Kraftfahrzeug zum Beispiel so, dass die Scheinwerfer in eine Himmelsrichtung weist, die dem aktuellen Sonnenstand entspricht, wird das Mittel 28 bei gleichzeitig ausgeschalteter Lichtquelle 16 so angesteuert, dass es den Strahlungsfluss 24 zwischen der Lichteintrittsöffnung des Scheinwerfers 12 und der Lichtquelle 16 verringert.
Weisen die Scheinwerfer dagegen nicht in die Himmelsrichtung, in der die Sonne steht, erfolgt keine Verringerung des Strahlungsflusses, oder es erfolgt eine weniger weitgehende Verringerung durch ein weniger weit gehendes Verstellen des Mittels 28, oder es erfolgt ein späteres Ansteuern des Mittels 28. Unter einer späteren Ansteuerung des Mittels 28 wird dabei verstanden, dass ein zeitlicher Abstand, also eine Verzögerung zwischen einem Ausschalten der Lichtquelle 16 und einem Ansteuern des Mittels 28 auftritt. Die Verzögerung ist bevorzugt umso kleiner, je stärker die Scheinwerfer zur Sonne ausgerichtet sind.
Weitere Größen oder Signale, die in weiteren Ausgestaltungen zusätzlich zum Einschaltsignal oder Ausschaltsignal S bei der Ansteuerung des Mittels 28 berücksichtigt werden, sind der vom GPS-System ermittelte Verlauf der Fahrzeugposition und/oder die globale Position des Fahrzeugs und/oder das Signal eines Dämmerungsschalters und/oder das Signal eines Kompasses.
4 veranschaulicht die unterschiedlichen technischen Wirkungen der Gegenstände der 1 und 3 durch eine zeitliche Verzögerung 58 zwischen dem Ausschalten der Lichtquelle 16 und dem Ansteuern des Mittels 28, mit dem der zunächst offene Lichtweg zwischen der Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers 12 und der Lichtquelle 16 ganz oder teilweise versperrt wird. Die zeitliche Verzögerung 58 wird durch die untergeordnete Steuereinheit 54 erzeugt.
Die 5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem das steuerbare Mittel zur Beeinflussung des Strahlungsflusses als Beschichtung 60 eines optischen Elementes des Scheinwerfers 12 realisiert ist, wobei das optische Element im Lichtweg zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 liegt. In der dargestellten Ausgestaltung ist das optische Element die Abdeckscheibe 18. Dabei liegt die steuerbare Beschichtung 60 haftend auf der dem Inneren des Scheinwerfers 12 zugewandten Seite der Abdeckscheibe 18 in Reihe mit einem Schalter 62 zwischen einem Pluspol und einem Minuspol einer Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs.
Bei geschlossenem Schalter 62 bildet sich in der Beschichtung 60 ein elektrisches Feld aus, das die Transparenz der Beschichtung 60 gegenüber dem feldfreien Zustand verändert. Die Betätigung des Schalters 62 erfolgt auf die durch die in Verbindung mit den 1 bis 4 beschriebene Weise, also insbesondere durch den Invertierer 49 oder die untergeordnete Steuereinheit 54. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine Beschichtung 60 verwendet, die im feldfreien Zustand weniger transparent ist als im Zustand mit eingeschaltetem elektrischen Feld. Dadurch kann ein Sonnenschutz auch bei lange stillstehendem Fahrzeug ohne die Gefahr einer Batterieentladung gewährleistet werden.
In einer einfachen Alternative kann das steuerbare Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses 24 zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 auch in Abhängigkeit von der Zufuhr eines elektrischen Stroms zur Lichtquelle 16 angesteuert werden. Bei dieser Ausgestaltung wird das steuerbare Mittel 28 dann aktiviert, wenn die Stromzufuhr zur Lichtquelle, beziehungsweise zum gesamten Scheinwerfer, unterbrochen wird. Dabei kann die Unterbrechung der Stromzufuhr durch manuelles Abschalten mit einem Lichtschalter, durch automatisches Abschalten, ausgelöst durch eine automatische Fahrlichtsteuerung, oder durch das Ausschalten der Zündung des Fahrzeugs erfolgen. Dabei kann das steuerbare Mittel 28 zum Beispiel durch eine Rückstellkraft automatisch und stromlos in die Stellung übergehen, in der der Strahlungsfluss beeinflusst wird.
Das steuerbare Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses lässt sich in verschiedenen Ausgestaltungen realisieren, die sich hinsichtlich ihrer Art, ihrer Anordnung, ihrer Abmessungen und ihrer Wirkungen unterscheiden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Blende aus Metall gefertigt. Metallische Blenden sind bei geringem Gewicht sehr formstabil, sehr temperaturfest und können viel Wärme aufnehmen. Bevorzugt ist auch, dass die Blende in den Lichtweg hineingeschwenkt und herausgeschwenkt wird. Eine solche Ausgestaltung mit einer schwenkbaren Blende 50 ist in der 1 dargestellt. Die schwenkbare Blende 50 kann auch um eine zur z-Achse parallele Achse schwenkbar sein. Bei der Blende 50 handelt es sich nicht um eine bei Projektionssystemen gegebenenfalls bewegliche Blende, deren Blendenkante bei eingeschalteter Lichtquelle als Helldunkelgrenze in der Lichtverteilung vor dem Fahrzeug abgebildet wird. Wenn eine solche Blende vorhanden ist, dann würde die hier beschriebene Blende 50 eine zweite, zusätzliche Blende sein.
Alternativ zu einer schwenkbaren Blende weist eine andere Ausgestaltung eine translatorisch verschiebbare Blende auf, die in z-Richtung oder in y-Richtung beweglich im Scheinwerfer 12 geführt und zur Verringerung des Strahlungsflusses 24 in den Lichtweg zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtquelle 16 geschoben wird.
Eine weitere alternative Ausgestaltung sieht vor, dass das steuerbare Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 eine Irisblende oder eine einzelne Lamellen aufweisende steuerbare Lamellenblende zur Beeinflussung des Strahlungsflusses 24 aufweist.
Alternativ zu einer Ausgestaltung als permanent undurchsichtige aber bewegliche Blende 50 kann das Mittel 28 zur Beeinflussung des Strahlungsflusses auch als Beschichtung eines optischen Elementes des Scheinwerfers 12 realisiert sein, wobei das optische Element im Lichtweg zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 liegt. Bei einer solchen Anordnung muss zumindest ein Teil des Strahlungsflusses zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtquelle 16 diese Beschichtung durchlaufen.
Darüber hinaus ist die Beschichtung insofern steuerbar, als dass sie die Lichtstrahlen in steuerbarer Weise blockieren, reflektieren oder farblich verändern kann. Solche Materialien mit steuerbar veränderbarer Transparenz sind zum Beispiel als elektrochrome Materialien bekannt. Ihre Transparenz kann durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen einem durchsichtigen Zustand und einem undurchsichtigen Zustand umgeschaltet werden.
In einer Ausgestaltung befindet sich die Beschichtung auf der Innenseite der Abdeckscheibe 18. Projektionssysteme arbeiten häufig mit einer Primäroptik und einer Sekundäroptik als optische Elemente, die im Lichtweg zwischen der Lichtquelle 16 und der Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers 12 angeordnet sind. Die Primäroptik sammelt das Licht der Lichtquelle 16 und fokussiert es in eine Petzval-Fläche der Sekundäroptik. Die sich dort einstellende Lichtverteilung wird von der Sekundäroptik auf die Fahrbahn projiziert. Die Sekundäroptik ist in der Regel eine Linse. Die Primäroptik kann als spiegelnd beschichtete Reflektorstruktur ausgeführt sein, so dass Licht aus der Luft auf die reflektierende Fläche des Reflektors einfällt. Alternativ dazu kann die Primäroptik auch als transparenter Festkörper verwirklicht sein, der Licht beim Eintritt und beim Austritt bricht und der in seinem Inneren propagierendes Licht durch an seinen Seitenwänden erfolgende interne Totalreflexionen umlenkt.
Eine als steuerbares Mittel zur Beeinflussung des Strahlungsflusses zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle 16 dienende Beschichtung eines optischen Elements ist in einer Ausgestaltung auf einer Lichteintrittsfläche und/oder einer Lichtaustrittsfläche einer ansonsten transparenten Primäroptik und/oder auf der Lichteintrittsfläche und/oder der Lichtaustrittsfläche einer als Sekundäroptik dienenden Linse angeordnet. Bei einem Reflektor, der nicht als transparenter Festkörper realisiert ist, kann die spiegelnde Beschichtung mit einer solchen zusätzlichen Beschichtung belegt sein, die zwischen einem transparenten Zustand und einem weniger transparenten oder intransparenten Zustand umsteuerbar ist. Dabei ist jeweils bevorzugt, dass das Material der Beschichtung im spannungslosen Zustand transparent ist. Alternativ kann auch eine zwischen den Zuständen reflektierend und absorbierend umschaltbare Schicht verwendet werden. Dabei ist jeweils bevorzugt, dass das Material der Beschichtung im spannungslosen Zustand absorbierend ist.
Wenn anstelle einer solchen steuerbaren Beschichtung eine permanent intransparente, aber bewegliche Blende verwendet wird, ist bevorzugt, dass diese im Weg der von außen einfallenden Strahlung hinter der Abdeckscheibe 18 oder hinter einer fokussierenden Sekundäroptik eines Projektionssystems, insbesondere im Fokalbereich der Sekundäroptik (d.h. in der Nähe der Petzval-Fläche) oder nahe an der Primäroptik oder aber direkt vor der Lichtquelle 16 des Scheinwerfers 12 beweglich angeordnet ist.
Die Anordnung im Fokalbereich hat den Vorteil, dass mit einer vergleichsweise kleinen Blende bereits eine hohe Abschattungswirkung erreicht wird, im Fokalbereich einen vergleichsweise kleinen Querschnitt aufweist.
In Bezug auf die Größe der Blende oder der steuerbaren Beschichtung eines optischen Elements ist bevorzugt, dass sich die Blende oder Beschichtung über den gesamten Lichtbündelquerschnitt erstreckt. Damit wird eine maximale Schutzwirkung erzielt.
In einer alternativen Ausgestaltung ist bevorzugt, dass sich die Blende oder die Beschichtung nur über einen Teilbereich des Lichtbündelquerschnitts erstreckt. Dies kann aus gestalterischen Gründen erwünscht sein, da die abgedeckten Bereiche von außen dunkel erscheinen. Ferner kann dies erwünscht sein, wenn der Scheinwerfer durch eine Teilabdeckung bereits ausreichend geschützt ist.
Um Unterschiede im Erscheinungsbereich zwischen durch die Blende abgedeckten Teilbereichen und durch die Blende nicht abgedeckten Teilbereichen zu verringern, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass die Blende auf ihrer der Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers 12 zugewandten Seite eine reflektierende Beschichtung aufweist.
Um bei einer Abschattung eines Teilbereichs des Lichtbündels eine möglichst hohe Schutzwirkung zu erzielen, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass die Blende oder die den Strahlungsfluss verringernde Beschichtung den Teil des Lichtbündelquerschnitts abdeckt, der das Helligkeitsmaximum der Lichtverteilung auf der Straße erzeugt. Beim Abschatten dieses Bereichs kann mit verhältnismäßig kleiner Blendenfläche bereits ein großer Teil der unerwünscht einfallenden Lichtenergie von einem Fokuspunkt innerhalb des Scheinwerfers 12 ferngehalten werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1821032 B1 [0002, 0003, 0004, 0005, 0008, 0011, 0014, 0017]
EP 1821032 [0002]

Claims

Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Scheinwerfer (12), der eine Lichtquelle (16) und eine transparente Abdeckscheibe (18) aufweist, die permanent einen Teil einer Außenfläche (20) des Kraftfahrzeugs bildet und die eine Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers (12) lichtdurchlässig abdeckt, mit einer zur Steuerung der Aktivität der Lichtquelle (16) eingerichteten Steuereinrichtung (14) und mit einem innerhalb des Scheinwerfers (12) angeordneten steuerbaren Mittel (28) zur Beeinflussung eines Strahlungsflusses (24) zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, das steuerbare Mittel (28) zur Beeinflussung des Strahlungsflusses (24) so zu steuern, dass es den Strahlungsfluss (24) nur dann beeinflusst, wenn die Lichtquelle (16) ausgeschaltet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Mittel (28) zur Beeinflussung des Strahlungsflusses (24) eine Blende (50) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende eine schwenkbare Blende (50) ist und dass das steuerbare Mittel (28) dazu eingerichtet ist, die Blende (50) in einen zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtquelle (16) liegenden Lichtweg hinein zu schwenken und daraus heraus zu schwenken, oder dass die Blende eine translatorisch verschiebbare Blende ist, und dass das steuerbare Mittel (28) dazu eingerichtet ist, die translatorisch verschiebbare Blende zur Verringerung des Strahlungsflusses (24) in den Lichtweg zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtquelle (16) zu schieben.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Mittel (28) zur Beeinflussung des Strahlungsflusses (24) zwischen der Lichtaustrittsöffnung und der Lichtquelle (16) eine Irisblende oder eine einzelne Lamellen aufweisende steuerbare Lamellenblende zur Beeinflussung des Strahlungsflusses (24) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (28) zur Beeinflussung des Strahlungsflusses (24) als Beschichtung (60) eines optischen Elementes des Scheinwerfers (12) realisiert ist, wobei das optische Element in einem zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtquelle (16) liegenden Lichtweg liegt.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (60) insofern steuerbar ist, als dass sie die Lichtstrahlen in steuerbarer Weise blockiert, reflektiert oder farblich verändert.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beschichtung (60) auf der Innenseite der Abdeckscheibe (18) befindet.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blende (50) oder Beschichtung (60) über den gesamten Lichtbündelquerschnitt, das heißt über den gesamten Querschnitt des Strahlungsflusses (24), erstreckt.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blende (50) oder die Beschichtung (60) nur über einen Teilbereich des Lichtbündelquerschnitts, das heißt über einen Teilbereich des gesamten Querschnitts des Strahlungsflusses (24), erstreckt.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (50) oder die den Strahlungsfluss verringernde Beschichtung (60) den Teil des Lichtbündelquerschnitts, das heißt den Querschnitt des Strahlungsflusses (24), abdeckt, der das Helligkeitsmaximum der Lichtverteilung auf der Straße erzeugt.