DE102014001299A1 - Method for operating a headlight for a motor vehicle and headlights - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers (10) für ein Kraftfahrzeug durch Abstrahlen einer ersten Strahlung (14) mit einer ersten Wellenlänge mit einer Lichtquelle (12), Ablenken der ersten Strahlung (14) mit einer Ablenkeinrichtung (16), wobei die erste Strahlung (14) jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf einen vorbestimmten Bereich eines Wandlerelements (18) abgelenkt wird, Wandeln der mit der Ablenkeinrichtung (16) abgelenkten, ersten Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche in eine zweite Strahlung (20) mit zumindest einer zweiten Wellenlänge mit dem Wandlerelement (18), Festlegen einer jeweiligen Lichtstärke der zweiten Strahlung (20) für jeden der vorbestimmten Bereiche und Anpassen der ersten Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche derart, dass die erste Strahlung (14) für den jeweiligen vorbestimmten Bereich in die zweite Strahlung (20) mit der festgelegten Lichtstärke gewandelt wird.The invention relates to a method for operating a headlight (10) for a motor vehicle by emitting a first radiation (14) having a first wavelength with a light source (12), deflecting the first radiation (14) with a deflection device (16) deflecting the first radiation (14) for a predetermined time duration onto a predetermined region of a transducer element (18), converting the first radiation (14) deflected by the deflection device (16) into a second radiation (20) for each of the predetermined regions. having at least a second wavelength with the transducer element (18), setting a respective intensity of the second radiation (20) for each of the predetermined regions, and fitting the first radiation (14) for each of the predetermined regions such that the first radiation (14) the respective predetermined area is converted into the second radiation (20) with the specified light intensity.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers für ein Kraftfahrzeug. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Scheinwerfer.The present invention relates to a method for operating a headlamp for a motor vehicle. Moreover, the present invention relates to a headlamp for a motor vehicle. Finally, the present invention relates to a motor vehicle with such a headlight.
Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge können als Lichtquellen eine Mehrzahl von Leuchtdioden (LEDs) umfassen, die beispielsweise in mehreren Segmenten angeordnet sind. Bei derartigen Scheinwerfern kann die mit den Scheinwerfern bereitgestellte Beleuchtungsstärke der einzelnen Segmente durch Pulsweitenmodulation unabhängig voneinander eingestellt werden. Durch die Ansteuerung der einzelnen Segmente sind Lichtverteilungen auf diverse Fahrsituationen dynamisch anpassbar. Die Lichtleistung wird hierbei für jedes Segment einzeln bereitgestellt und kann nicht in benachbarte Segmente abgelenkt werden. Somit kann die Lichtleistung nicht beliebig verteilt werden. Außerdem ist die örtliche Auflösung der durch die einzelnen Segmente erzeugten Pixel durch die Anzahl der Segmente bzw. die Anzahl der Leuchtdioden beschränkt.Headlights for motor vehicles may include as light sources a plurality of light-emitting diodes (LEDs), which are arranged for example in a plurality of segments. In such headlamps provided with the headlamps illuminance of the individual segments can be adjusted independently by pulse width modulation. By controlling the individual segments, light distributions can be dynamically adapted to various driving situations. The light output is provided individually for each segment and can not be deflected into adjacent segments. Thus, the light output can not be distributed arbitrarily. In addition, the local resolution of the pixels generated by the individual segments is limited by the number of segments or the number of light-emitting diodes.
Neue Ansätze für die Darstellung von dynamischen Lichtverteilungen könnten sogenannte Laserscanner sein. Derartige Scheinwerfer umfassen als Lichtquelle einen entsprechenden Halbleiterlaser. Zudem umfassen sie ein Wandlerelement, mit dem die von der Lichtquelle ausgesendete Strahlung in eine Strahlung mit einer anderen Wellenlänge oder anderen Wellenlängen gewandelt werden kann. Als Wandlerelement bzw. Konverterelement kann beispielsweise ein Element aus Phosphor verwendet werden.New approaches for the representation of dynamic light distributions could be so-called laser scanners. Such headlamps comprise as a light source a corresponding semiconductor laser. In addition, they comprise a transducer element with which the radiation emitted by the light source can be converted into radiation having a different wavelength or different wavelengths. As a transducer element or converter element, for example, an element of phosphorus can be used.
Die
Zudem bezieht sich die
Darüber hinaus beschreibt die
Zudem ist aus der
Ferner betrifft die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug effektiver zu betreiben.It is an object of the present invention to operate a headlight for a motor vehicle more effectively.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalend des Patentanspruchs 1 und durch einen Scheinwerfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of the patent claim 1 and by a headlamp with the features of claim 7. Advantageous developments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers für ein Kraftfahrzeug umfasst das Abstrahlen einer ersten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge mit einer Lichtquelle, das Ablenken der ersten Strahlung mit einer Ablenkeinrichtung, wobei die erste Strahlung jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf einen vorbestimmten Bereich eines Wandlerelements abgelenkt wird, das Wandeln der mit der Ablenkeinrichtung abgelenkten, ersten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche in eine zweite Strahlung mit zumindest einer zweiten Wellenlänge mit dem Wandlerelement, das Festlegen einer jeweiligen Lichtstärke der zweiten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche und das Anpassen der ersten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche derart, dass die erste Strahlung für den jeweiligen vorbestimmten Bereich in die zweite Strahlung mit der festgelegten Lichtstärke gewandelt wird.The method according to the invention for operating a headlight for a motor vehicle comprises emitting a first radiation having a first wavelength with a light source, deflecting the first radiation with a deflection device, wherein the first radiation is deflected in each case for a predetermined time duration onto a predetermined region of a transducer element converting the first radiation deflected by the deflector for each of the predetermined regions into a second radiation having at least a second wavelength with the transducer element, setting a respective intensity of the second radiation for each of the predetermined regions and adjusting the first radiation for each of the predetermined regions such that the first radiation for the respective predetermined region is converted into the second radiation having the specified light intensity.
Der Scheinwerfer umfasst eine Lichtquelle, mit der eine erste Strahlung abgegeben werden kann. Beispielsweise kann Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich ausgesendet werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich ausgesendet wird. Die von der Lichtquelle abgegebene erste Strahlung trifft auf eine Ablenkeinrichtung, mit der die erste Strahlung auf ein Wandlerelement abgelenkt werden kann. Das Wandlerelement wird durch die erste Strahlung der Lichtquelle angeregt und strahlt Licht mit einer Wellenlänge, die von der Wellenlänge der Strahlung der Lichtquelle verschieden sein kann, aus. Die von dem Wandlerelement abgestrahlte, zweite Strahlung kann auch mehrere Wellenlängen umfassen. Beispielsweise kann die abgestrahlte Strahlung ein breitbandiges Lichtspektrum bereitstellen. Insbesondere ist der Scheinwerfer so ausgebildet, dass er Licht im weißen Wellenlängenbereich emittiert. Die Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die Strahlung mit der zumindest einen zweiten Wellenlänge überlagern sich also zu Licht im weißen Wellenlängenbereich.The headlight comprises a light source with which a first radiation can be emitted. For example, light can be emitted in the visible wavelength range. In addition, it is also conceivable that light is emitted in the ultraviolet wavelength range. The first radiation emitted by the light source strikes a deflection device, with which the first radiation can be deflected onto a transducer element. The transducer element is excited by the first radiation of the light source and emits light having a wavelength which may be different from the wavelength of the radiation of the light source. The second radiation emitted by the transducer element may also comprise a plurality of wavelengths. For example, the radiated radiation can provide a broadband light spectrum. In particular, the headlight is designed to emit light in the white wavelength range. The radiation with the first wavelength and the radiation with the at least one second wavelength are thus superimposed to light in the white wavelength range.
Vorliegend werden auf dem Wandlerelement eine Mehrzahl von Bereichen bestimmt bzw. festgelegt, die der Reihe nach mit der ersten Strahlung beleuchtet werden. Zu diesem Zweck wird die erste Strahlung mit der Ablenkeinrichtung so abgelenkt, dass die erste Strahlung jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf den jeweiligen vorbestimmten Bereich gerichtet wird. Zudem wird eine Lichtverteilung für den Scheinwerfer vorgegeben. Anhand der vorgegebenen Lichtverteilung wird für jeden der vorbestimmten Bereiche eine Lichtstärke der zweiten Strahlung bestimmt. In Abhängigkeit von der bestimmten Lichtstärke wird ermittelt, wie und insbesondere für welche zeitliche Dauer die Lichtquelle in dem jeweiligen vorgestimmten Bereich zu betreiben ist, damit sich die Lichtstärke für die zweite Strahlung einstellt. Somit kann mit dem Scheinwerfer eine Lichtstärkeverteilung dynamisch angepasst werden.In the present case, a plurality of regions are determined or fixed on the transducer element, which are illuminated in sequence with the first radiation. For this purpose, the first radiation is deflected with the deflection device so that the first radiation is directed in each case for a predetermined time duration to the respective predetermined area. In addition, a light distribution for the headlight is specified. Based on the predetermined light distribution, a light intensity of the second radiation is determined for each of the predetermined regions. Depending on the specific light intensity, it is determined how and, in particular, for which time duration the light source is to be operated in the respective preselected range, so that the light intensity for the second radiation is established. Thus, a light intensity distribution can be dynamically adjusted with the headlamp.
Bevorzugt wird eine Leistung der ersten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche angepasst. Mit anderen Worten wird die Strahlungsleistung der Lichtquelle für jeden der vorbestimmten Bereiche angepasst. Somit kann die Beleuchtungsstärke der zweiten Strahlung nach Art einer Pulsamplitudenmodulation angepasst werden.Preferably, a power of the first radiation is adjusted for each of the predetermined ranges. In other words, the radiation power of the light source is adjusted for each of the predetermined areas. Thus, the illuminance of the second radiation can be adjusted in the manner of a pulse amplitude modulation.
In einer Ausgestaltung wird die erste Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche durch eine Ansteuerzeit, während der die Lichtquelle innerhalb der vorbestimmten zeitlichen Dauer aktiviert wird, angepasst. Die Ablenkeinrichtung lenkt die erste Strahlung jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf jeden der vorbestimmten Bereiche. Um die Lichtstärke der zweiten Strahlung, die von dem Wandlerelement abgegeben wird, anzupassen, wird die Ansteuerzeit, in der die Lichtquelle eingeschaltet ist, variiert. Somit kann die Lichtstärke der zweiten Strahlung nach Art einer Pulsweitenmodulation angepasst werden.In one embodiment, the first radiation for each of the predetermined regions is adjusted by a drive time during which the light source is activated within the predetermined time duration. The deflecting device directs the first radiation to each of the predetermined regions for a predetermined time duration, respectively. In order to adjust the intensity of the second radiation emitted by the transducer element, the driving time in which the light source is turned on is varied. Thus, the light intensity of the second radiation can be adjusted in the manner of a pulse width modulation.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lichtquelle mehrere Leuchtelemente und die erste Strahlung wird für jeden der vorbestimmten Bereiche durch die Anzahl der Leuchtelemente, die während der vorbestimmten zeitlichen Dauer aktiviert werden, angepasst. Durch die einzelnen Leuchtelemente können verschiedene Leistungsstufen bereitgestellt werden, die entsprechen für jeden der vorbestimmten Bereiche zu und abgeschaltet werden.In a further embodiment, the light source comprises a plurality of light elements and the first radiation is adjusted for each of the predetermined regions by the number of light elements activated during the predetermined time duration. Different power levels can be provided by the individual lighting elements, which can be switched on and off correspondingly for each of the predetermined areas.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die erste Strahlung entlang der vorbestimmten Bereiche zeilenförmig, spaltenförmig und/oder rasterförmig mit der Ablenkeinrichtung abgelenkt. Die erste Strahlung kann mit der Ablenkeinrichtung beliebig abgelenkt werden. Der Scheinwerfer kann nach Art eines Laserscanners ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Frequenz, mit der die Ablenkeinrichtung betrieben wird, so gewählt, dass die Ablenkung der Strahlen mit dem menschlichen Auge nicht wahrnehmbar ist. Insbesondere ist die Bildwiederholfrequenz der gesamten Lichtstärkeverteilung ausreichend hoch zu wählen. Somit kann die Lichtverteilung durch eine entsprechende Ansteuerung der Ablenkeinrichtungen entsprechend angepasst werden.In a further embodiment, the first radiation is deflected along the predetermined regions in a line-shaped, column-shaped and / or grid-shaped manner with the deflection device. The first radiation can be deflected as desired with the deflection device. The headlight can be designed in the manner of a laser scanner. Preferably, the frequency at which the deflection device is operated is chosen so that the deflection of the rays is not perceptible to the human eye. In particular, the refresh rate of the entire light intensity distribution is sufficiently high to choose. Thus, the light distribution can be adjusted accordingly by a corresponding control of the deflection.
Bevorzugt wird die Lichtverteilung derart festgelegt, dass ein vorbestimmter Beleuchtungsbereich auf einer Fahrbahn mit einer konstanten Leuchtdichte mit dem Scheinwerfer beleuchtet wird. Durch eine Anpassung der ersten Strahlung kann eine homogene Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug ermöglicht werden.Preferably, the light distribution is set such that a predetermined illumination area is illuminated on a roadway with a constant luminance with the headlight. By adapting the first radiation, a homogeneous illumination of the road ahead of the motor vehicle can be made possible.
Der erfindungsgemäße Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen einer ersten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge, eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken der ersten Strahlung mit einer Ablenkeinrichtung, wobei die Ablenkeinrichtung die erste Strahlung jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf einen vorbestimmten Bereich eines Wandlerelements abgelenkt, wobei das Wandlerelement die mit der Ablenkeinrichtung abgelenkte, erste Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche in eine zweite Strahlung mit zumindest einer zweiten Wellenlänge wandelt und eine Steuereinrichtung zum Festlegen einer jeweiligen Lichtstärke der zweiten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche und zum Anpassen der ersten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche derart, dass die Wandlerelement die erste Strahlung für den jeweiligen vorbestimmten Bereich in die zweite Strahlung mit der festgelegten Lichtstärke wandelt.The headlight for a motor vehicle according to the invention comprises a light source for emitting a first radiation having a first wavelength, a deflection device for deflecting the first radiation with a deflection device, wherein the deflection device deflects the first radiation in each case for a predetermined time duration to a predetermined region of a transducer element, wherein the transducer element converts the first radiation deflected by the deflector into a second radiation having at least one second wavelength for each of the predetermined regions, and control means for setting a respective intensity of the second radiation for each of the predetermined regions and adjusting the first radiation for each the predetermined areas such that the transducer element converts the first radiation for the respective predetermined region into the second radiation with the specified light intensity.
Bevorzugt umfasst die Ablenkeinrichtung zumindest einen mikromechanischen Spiegel und/oder zumindest einen akustooptischen Deflektor. Jeder mikromechanische Spiegel kann beispielsweise um zwei Achsen schwenkbar ausgebildet sein. Bevorzugt können zumindest zwei akustooptische Deflektoren oder eine Kombination aus einem akustooptischen Deflektor und einem Spiegel verwendet werden. Mit einem akustooptischen Deflektor (AOD) kann die von der Leuchteinrichtung ausgesendete Strahlung bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung beeinflusst werden. Ein akustooptischer Deflektor weist zudem den Vorteil auf, dass ein zu beleuchtender Bereich auf dem Wandlerelement ausgehend von jedem zuvor beleuchteten Bereich innerhalb der selben Umschaltzeit beleuchtet werden kann. Der mikromechanische Spiegel weist den Vorteil auf, dass er aufgrund seiner geringen Abmessungen mit einer hohen Frequenz bewegt werden kann. Insbesondere kann die Ablenkeinrichtung mit einer Frequenz von einigen kHz bewegt werden. Beispielsweise kann der mikromechanische Spiegel mit seiner Resonanzfrequenz betrieben werden. Somit kann eine bauraumsparende Ablenkeinrichtung bereitgestellt werden.The deflection device preferably comprises at least one micromechanical mirror and / or at least one acousto-optic deflector. Each micromechanical mirror can be designed, for example, pivotable about two axes. Preferably, at least two acousto-optical deflectors or a combination of an acousto-optic deflector and a mirror can be used. With an acousto-optic deflector (AOD), the radiation emitted by the lighting device can be influenced with respect to its propagation direction. An acousto-optical deflector also has the advantage that an area to be illuminated on the transducer element can be illuminated starting from each previously illuminated area within the same switching time. The micromechanical mirror has the advantage that it can be moved at a high frequency due to its small dimensions. In particular, the deflecting device can be moved at a frequency of a few kHz. For example, the micromechanical mirror can be operated at its resonant frequency. Thus, a space-saving deflection can be provided.
In einer Ausgestaltung umfasst die Lichtquelle zumindest einen Halbleiterlaser. Dabei ist es auch denkbar, dass die Lichtquelle mehrere Halbleiterlaser umfasst.In one embodiment, the light source comprises at least one semiconductor laser. It is also conceivable that the light source comprises a plurality of semiconductor lasers.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer. Bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug zwei der Scheinwerfer.The motor vehicle according to the invention comprises at least one headlight according to the invention. Preferably, the motor vehicle comprises two of the headlights.
Die zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen gelten sinngemäß für den erfindungsgemäßen Scheinwerfer.The advantages and further developments described above in connection with the method according to the invention apply mutatis mutandis to the headlight according to the invention.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
Dies ist vorliegend schematisch durch einen Pfeil dargestellt. Mit der Lichtquelle
Die von der Lichtquelle
Das Wandlerelement
Für den Scheinwerfer
Bei dem Beispiel von
Die Beleuchtungsstärke, die auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug trifft, fällt hingegen quadratisch mit dem Abstand r. Mit dem Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers
In
Eine homogene Ausleuchtung kann über hochgenaue Anpassung der Laserleistung P über dem Ort r erzeugt werden. Um den quadratischen Abfall auszugleichen, werden jene vorbestimmten Bereiche, die in eine größere Entfernung abgebildet werden mit einer höheren Leistung P betrieben. Auf den Betrachter wirkt der komplette Bereich homogen, sofern das menschliche Auge die einzelnen Pixel nicht mehr auflösen kann. Dies ist durch den Graphen
Die mittlere Leistung P' der ersten Strahlung
In Abhängigkeit der zu realisierenden Lichtverteilung ist ein dynamisches algorithmisches Verfahren nötig, dass sowohl die Ansteuerzeiten ta, als auch die Laserleistung P auf ein vernünftiges Maß reduziert. Zunächst werden die durch die Lichtverteilung vorgegebenen Leistungen pro vorbestimmtem Bereich bzw. pro Pixel bestimmt und sortiert. Beginnend bei den höchsten Pixelleistungen wird mit der maximal verfügbaren Leistung P gepulst und die Pulszeit bzw. Ansteuerzeit ta ermittelt. Gerade an der Stelle, die unter einer kritischen Pulszeit liegt, um technisch zu aufwendig zu realisierende Pulslängen zu verhindern, wird die nächste Leistungsstufe eingesetzt bis hin zur niedrigsten Leistungsstufe.Depending on the light distribution to be realized, a dynamic algorithmic method is required that reduces both the drive times t a and the laser power P to a reasonable level. First, the powers predetermined by the light distribution per predetermined range or per pixel are determined and sorted. Starting at the highest pixel powers, the maximum available power P is pulsed and the pulse time or drive time t a is determined. Especially at the point that is below a critical pulse time to prevent technically complex to be implemented pulse lengths, the next power level is used up to the lowest power level.
Die Leistungsstufen ergeben sich durch die Anzahl der Leuchtelemente bzw. Laserdioden im Scheinwerfer
Im Allgemeinen wird sich eine insgesamt kürzere tatsächliche Pulszeit ta ergeben, als jene die zur Verfügung steht. Dieser Überschuss kann nun entweder dazu genutzt werden zusätzliche Lichtstrom zu erzeugen, oder aber die maximal vorkommende Leistung durch Verlängerung zugehöriger Pulse zu verkleinern, also die obersten Leistungsstufen herabzusetzen.In general, an overall shorter actual pulse time t a will result than that which is available. This excess can now either be used to generate additional luminous flux, or to reduce the maximum occurring power by extending associated pulses, ie to lower the uppermost power levels.
Für jeden vorbestimmten Bereich bzw. für jeden Pixel wird die Ansteuerzeit ta und Pulsamplitude bzw. Leistung P in Abhängigkeit der zu realisierenden Lichtverteilung angepasst. Dabei wird jeder Pixel so kurz wie möglich (oberhalb einer kritischen Zeit) mit der maximal möglichen Leistung P beleuchtet. Somit ist die Leistung P auch von einem Pixel zu einem anderen Pixel transportierbar.
Durch eine Verbindung von Pulsweiten und Pulsamplitudenmodulation werden die Anforderungen an die Pulszeiten geringer. Zudem kann durch ein geschicktes algorithmisches Vorgehen jede beliebige Lichtstärkeverteilung dynamisch erstellt werden und somit die benötigte Leistung P minimiert werden, was sowohl die Belastung des Konversionsphosphor verkleinert, als auch die photobiologische Sicherheit vergrößert. Zudem erhöht sich die Anzahl der einsetzbaren Dimmstufen auf ein Maximum.By combining pulse widths and pulse amplitude modulation, the requirements for the pulse times are reduced. In addition, any arbitrary light intensity distribution can be dynamically created by a clever algorithmic approach and thus the required power P can be minimized, which both reduces the load on the conversion phosphor and increases photobiological safety. In addition, the number of usable dimming levels increases to a maximum.
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