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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugleuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs. Eine solcheKraftfahrzeugleuchte ist jeweils aus der
US 2009 / 0 051 523 A1 , der
DE 20 2012 004 747 U1 und der
DE 10 2006 046 170 A1 bekannt. Aus der
FR 2 932 438 A1 ist eine geschwindigkeitsabhängige Veränderung einer Blinkfrequenz bekannt. Aus der
DE 10 2011 110 230 B4 ist eine Kraftfahrzeugleuchte bekannt, die eine Anordnung aus mehreren Halbleiterlichtquellen und einer optischen Vorrichtung aufweist. Die optische Vorrichtung nimmt von den Halbleiterlichtquellen ausgehendes Licht auf und lässt aufgenommenes Licht über voneinander verschiedene Lichtaustrittsteilbereiche der optischen Vorrichtung austreten. Darüber hinaus weist die Kraftfahrzeugleuchte ein Lichtstärken der Halbleiterlichtquellen einzeln oder gruppenweise individuell steuerndes Steuergerät auf.
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Die Erfindung bezieht sich auf Leuchtenfunktionen im Scheinwerfer (hier speziell die Blinkleuchte) und in Heckleuchten (hier insbesondere die Blinkleuchte und die Bremsleuchte). Unter einer Leuchtenfunktion wird dabei die Erzeugung einer Lichtverteilung verstanden, die dazu dient, anderen Verkehrsteilnehmern die Präsenz, und/oder das Verhalten und/oder das beabsichtigte Verhalten eines Kraftfahrzeugs zu signalisieren. Beispiele solcher Lichtfunktionen sind das Tagfahrlicht, das Bremslicht und das Blinklicht, ohne dass diese Aufzählung abschließend gemeint ist.
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Neben Halbleiterlichtquellen werden seit langem auch Glühlampen als Lichtquellen für die Leuchten-Lichtfunktionen verwendet. Bei einer Verwendung von Glühlampen werden Leuchten. im Normalfall mit einem Paraboloidreflektor ausgestattet. Das Licht der Glühlampe wird dabei zunächst parallel zur Rotationsachse des Paraboloiden ausgerichtet und dann mittels einer vor dem Paraboloiden angeordneten Scheibe, die streuende Elemente aufweist, gezielt so umgelenkt, dass sich eine gesetzlich vorgeschriebene Lichtverteilung ergibt. Effektive Leuchten dieser Art sind nahezu rechteckig und das Verhältnis ihrer Breite zu ihrer Höhe liegt nahe bei 1.
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Bei einer Verwendung von Leuchtdioden als Lichtquellen werden zum Beispiel viele, im Vergleich zu Reflektoren für Glühlampen stark verkleinerte Reflektorkammern, von denen jede parabolisch geformt ist, aneinander gereiht. Die starke Verkleinerung ist aufgrund der geringen Größe der Leuchtdioden möglich. Dieser Ansatz ergab sich in der Vergangenheit, als der Lichtstrom einzelner Leuchtdioden im Vergleich zu heute relativ gering war.
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Statt der in etwa quadratischen bis leicht rechteckigen Form von mit Glühlampen ausgestatteten Leuchten erhält man durch die Aneinanderreihung vieler kleiner Reflektoren eher lange schmale (typisch 15 mm bis 20 mm breite) bandförmige Lichtaustrittsflächen, was dem Wunsch der Designer entspricht. Aufgrund des in den letzten Jahren sehr stark gestiegenen Lichtstroms, den die Leuchtdioden abgeben können, werden immer mehr Leuchten mit Lichtleitern als optischen Vorrichtungen ausgeführt, an deren Ende das Licht einer oder weniger Leuchtdioden eingekoppelt wird. Das Verhältnis Breite/Höhe liegt bei dieser Art von Leuchten, mit denen gewissermaßen leuchtende Konturen erzeugt werden können, im Bereich zwischen 50/1 und 100/1, wobei die typische Höhe zwischen 4 mm und 8 mm liegt.
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In der eingangs genannten
DE 10 2011 119 230 B4 wird die Idee angesprochen, eine Blinkleuchte als Laufband auszuführen, um die Signalwirkung eines Blinklichtes zu verbessern. Ein solches Lauflicht ist jedoch nicht regelkonform. Die
DE 2011 119 230 B4 beschreibt ein mit Leuchtdioden arbeitendes Blinklicht, bei dem während der ersten 100 Millisekunden (das ist die Zeitspanne, in der man die Helligkeit einer Glühlampe auf einen für Signallichtfunktionen ausreichend hohen Wert aufsteuern kann) ein aufgrund der kurzen Zeit kaum wahrnehmbarer „Einschalt-Laufbandeffekt“ erzeugt wird. Letztendlich wird damit das Einschaltverhalten einer Glühlampe in einer über die Lichtleiterlänge gestreckten Form emuliert.
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Durch dieses gewissermaßen mit einer bewussten Verzögerung erfolgende, langsame Einschalten wird jedoch der Vorteil des praktisch verzögerungslosen Aufleuchtens, den die LEDs gegenüber Glühlampen besitzen, abgeschwächt. Der Sicherheitsgewinn einer erhöhten Signalwirkung wird daher mit dem Nachteil eines verzögerten Auftretens der erhöhten Signalwirkung erkauft. Durch das langsame Einschalten verliert ein Fahrer, der mit 100km/Stunde unterwegs ist, eine Zehntel Sekunde an Reaktionszeit, was in Meter umgerechnet etwa einer Strecke von 3 Metern entspricht. Hierbei ist anzumerken, dass ein entsprechender Zeitgewinn ursprünglich das Hauptargument für die Einführung der gewissermaßen verzögerungsfrei aufleuchtenden Leuchtdioden war.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Kraftfahrzeugleuchte, die eine entfernungsabhängig erhöhte Signalwirkung besitzt und in der Angabe eines Verfahrens zum Betreiben der Kraftfahrzeugleuchte, mit dem diese Eigenschaften erzielt werden.
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Diese Aufgabe wird mit Blick auf die Vorrichtungsaspekte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Mit Blick auf die Verfahrensaspekte wird die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass mittels zeitlicher Variation der Lichtstärke, die von unterschiedlichen Lichtaustrittsteilbereichen der Leuchte unter Konstanz der Summe der Lichtstärken aller Bereiche abgegeben wird, eine Bewegung der Helligkeitsverteilung der Funktion erzeugt wird, wobei die Frequenz, mit welcher die Variation wiederholt wird, von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges abhängig ist und wobei die Frequenz, mit welcher die Variation wiederholt wird, mit zunehmender Geschwindigkeit ebenfalls zunimmt.
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Die erhöhte Signalwirkung ergibt sich aus der zeitlichen Variation. Durch die zeitliche Variation der Lichtstärke, die von unterschiedlichen Lichtaustrittsteilbereichen unter Konstanz der Summe der Lichtstärken aller Lichtaustrittsteilbereiche wird der Eindruck einer innerhalb der Lichtaustrittsfläche stattfindenden, die Aufmerksamkeit anderer Verkehrsteilnehmer erregenden Bewegung erzeugt. Der Eindruck ergibt sich dabei nicht wie beim herkömmlichen Blinklicht aus einer Abfolge von Ein- und Auszuständen, die mit großer Schwankung der Gesamthelligkeit der Blinklichtfunktion verbunden ist, sondern aus einer zeitlichen Variation der Helligkeit einzelner Bereiche unter Beibehaltung einer insgesamt konstanten Helligkeit.
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Dabei können die beteiligten Halbleiterlichtquellen verzögerungslos eingeschaltet werden. Der mit der Helligkeitsvariation verbundene Sicherheitsgewinn wird daher nicht mit dem Nachteil eines verzögert erfolgenden Einschaltens erkauft.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Vorrichtung n Reflektorkammern, Sammellinsen oder katadioptrische Vorsatzoptiken aufweist, von denen jede von wenigstens einer Halbleiterlichtquelle beleuchtet wird und einen Lichtaustrittsteilbereich aufweist.
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Bevorzugt ist auch, dass die optische Vorrichtung n separate Lichtleiter aufweist, von denen jeder mit Licht von wenigstens einer Halbleiterlichtquelle gespeist wird und einen Lichtaustrittsteilbereich aufweist.
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Ferner ist bevorzugt, dass die Zahl n größer‟ oder gleich 15 und kleiner oder gleich 30 ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Vorrichtung ein zusammenhängender Lichtleiter ist, der an mehreren, über seine Länge verteilen Stellen mit Licht von wenigstens einer Halbleiterlichtquelle gespeist wird, wobei jede dieser Stellen ein Ende eines Lichteinkoppelzweiges des Lichtleiters ist.
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Bevorzugt ist auch, dass die optische Vorrichtung einen Hauptlichtleiter und zusätzliche separate Versorgungslichtleiter aufweist, wobei jeder der Lichtleiter mit Licht von wenigstens einer Halbleiterlichtquelle gespeist wird, die an einem Ende des Lichtleiters angeordnet ist und wobei die beiden Versorgungslichtleiter dazu eingerichtet und angeordnet sind, aus ihnen austretendes Licht in den Hauptlichtleiter eintreten zu lassen.
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Mit Blick auf die Verfahrensaspekte ist bevorzugt, dass die Variation der Lichtstärken bei aktivierter Lichtfunktion wiederholt durchgeführt wird.
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Bevorzugt ist auch, dass die Frequenz, mit welcher die Variation wiederholt wird, mit zunehmender Bremskraft ebenfalls zunimmt. Mit Bremskraft ist hier insbesondere die Kraft gemeint, die der Fahrer beim Bremsen auf das Bremshandhabungsmittel (z.B. ein Bremspedal).
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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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.
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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 zeigen, jeweils in schematischer Form:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchte;
- 2 das zeitliche Verhalten von Lichtstärken einzelner Reflektorkammern des Ausführungsbeispiels der 1 bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Lichtleitern als weiteres Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Ausgestaltung, bei der die optische Vorrichtung als Lichtleiter mit zusätzlichen, einstückig verbundenen Einkoppelarmen verwirklicht ist; und
- 5 eine optische Vorrichtung mit einem Hauptlichtleiter und zusätzlichen Versorgungslichtleitern.
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Im Einzelnen zeigt die 1 eine Kraftfahrzeugleuchte 10 mit einem Gehäuse 12 und einer transparenten Abdeckscheibe 14, die eine Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses 12 abdeckt.
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Die Leuchte 10 weist eine Anordnung aus mehreren Halbleiterlichtquellen 16, 18, 20, 22 und eine optische Vorrichtung 24 auf, die von den Halbleiterlichtquellen ausgehendes Licht aufnimmt und über voneinander verschiedene Lichtaustrittsteilbereiche der optischen Vorrichtung austreten lässt. Die optische Vorrichtung besteht hier aus n = 4 Reflektorkammern 26, 28, 30, 32, wobei jede Reflektorkammer von einer der n Halbleiterlichtquellen beleuchtet wird. Eine bei einer Beleuchtung durch eine der n Halbleiterlichtquellen dieses Licht wieder emittierende Lichtaustrittsfläche einer Reflektorkammer stellt einen Lichtaustrittsteilbereich im Sinne des Anspruchs 1 dar.
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Jeweils eine der n = 4 Halbleiterlichtquellen ist im Brennpunkt von jeweils einem der n = 4 Reflektorkammern 26, 28, 30, 32, angeordnet. Jede Reflektorkammer 26, 28, 30, 32, hat bevorzugt eine parabolische Form. Von jeweils einer Halbleiterlichtquelle ausgehendes Licht wird durch Reflexionen an der verspiegelten Paraboloid-Innenfläche 26.1, 28.1, 30.1, 32.1 der Reflektorkammer 26, 28, 30, 32, in Richtung der Paraboloidachse reflektiert, die wiederum in etwa parallel zur Richtung H = 0° / V = 0° gerichtet ist. Die Paraboloid-Innenflächen stellen daher Lichtaustrittsteilbereiche 26.1, 28.1, 30.1, 32.1 im Sinne des Anspruchs 1 dar.
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Diese Winkelangabe bezieht sich auf eine von der Leuchte 10 ausgehende Gerade, die von der Leuchte ausgeht und die den bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Leuchte in einem Kraftfahrzeug vor dem Fahrzeug liegenden Horizont (V = 0) parallel zur Fahrzeuglängsachse (H = 0) schneidet.
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Aus dem auf diese Weise parallel ausgerichteten Licht wird durch eine weitere Umformung eine regelkonforme Signallichtverteilung erzeugt. Eine regelkonforme Lichtverteilung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in bestimmten Richtungen, die durch Winkelabweichungen von der H = 0 / V = 0 Richtung bezeichnet werden, bestimmte Mindestlichtstärken nicht unterschritten und bestimmte Maximallichtstärken nicht überschritten werden.
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Die weitere Umformung findet durch Streustrukturen wie Streukissen statt, die in die Innenseite oder die Außenseite der Abdeckscheibe 14 eingeformt sind. Alternativ dazu kann auch eine separate Streuscheibe zwischen den Reflektorkammern 26, 28, 30, 32, und der Abdeckscheibe angeordnet sein, welche eingeformte Streuoptiken aufweist. In einer weiteren Alternative weisen die Reflektorkammern in die reflektierenden Flächen eingeformte Facetten auf, die das einfallende Licht bereits bei der Reflexion so umformen, dass sich eine regelkonforme Lichtverteilung ergibt.
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Die n = 4 Reflektorkammern besitzen bevorzugt eine identische Form und Größe. Jede der n = 4 Reflektorkammern 26, 28, 30, 32, strahlt Licht mit einer Lichtstärke ab, deren Wert vom Lichtstrom abhängt, der von der anordnungsbedingt dieser Reflektorkammer 26, 28, 30, 32, zugehörigen Halbleiterlichtquelle her einfällt. Die abgestrahlten Lichtstärken I sind mit gleichen Zahlen versehen wie die Reflektorkammern. So dass sich hier n = 4 abgstrahlte Lichtstärken 126, 128, 130 und 132 ergeben.
Die Leuchte 10 weist ferner ein Lichtstärken der Halbleiterlichtquellen einzeln oder gruppenweise individuell steuerndes Steuergerät 34 auf. In der dargestellten Ausgestaltung ist das Steuergerät 34 im Inneren des Gehäuses 12 der Leuchte angeordnet und weist einen Eingang 34.1 auf, über den ein Steuersignal einkoppelbar ist. Bei dem Steuersignal handelt es sich um ein Einschalt- oder Ausschaltsignal, mit dem die von der Leuchte auszuführende Lichtfunktion aktivierbar und deaktivierbar ist, also zum Beispiel um das Signal eines Bremslichtschalters, eines Blinklichtschalters oder eines Tagfahrlichtschalters oder das Signal eines übergeordneten Steuergeräts des Kraftfahrzeugs, das die Lichtfunktionen steuert. In einer Ausgestaltung wird über' diesen Eingang 34.1 oder auch über einen weiteren Eingang des Steuergerätes ein Signal zugeführt, mit dem die Lichtfunktion zum Beispiel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder einer Stärke einer Bremsbetätigung vom Steuergerät 34 modifiziert wird. Diese Auflistung ist nicht abschließend gemeint.
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Das Steuergerät 34 ist dazu eingerichtet, die Lichtstärken von wenigstens zwei der Halbleiterlichtquellen, deren Licht zumindest teilweise aus verschiedenen Lichtaustrittsteilbereichen austritt, zeitlich so zu variieren, dass die Summe der variierenden Lichtstärken zeitlich konstant ist. Die Variation der Lichtstärke erfolgt dabei bevorzugt durch eine Pulsweitenmodulation des Stromflusses durch die Halbleiterlichtquellen. Bei der Pulsweitenmodulation wird die Leuchtdiode mit hoher Frequenz abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet, so dass sich ein Wechsel zwischen hellen Stromphasen und dunklen Strompausen ergibt. Der Frequenz ist bevorzugt höher als 100 Hz. Das menschliche Auge nimmt die entsprechend schnell aufeinander folgenden Helligkeitswechsel dann nur als mittlere Helligkeit wahr. Eine Vergrößerung der Helligkeit erfolgt dabei durch Verlängerung der Stromphasen zu Lasten der Strompausen. Eine Verringerung der Helligkeit erfolgt entsprechend durch eine Verlängerung der Strompausen zu Lasten der Stromphasen.
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Zum Zweck der individuellen Ansteuerung ist das Steuergerät mit jeder der n = 4 Lichtquellen über eine individuelle Steuerleitung verbunden. Dadurch kann die mittlere Helligkeit jeder Lichtquelle individuell vom Steuergerät eingestellt und durch eine Variation der Längen der Ein- und der Aus- Phasen der Pulsweitenmodulation individuell variiert werden.
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Die Variation erfolgt dabei so, dass die Summe aller Lichtstärken, die von den derart gesteuerten Halbleiterlichtquellen mittels nachgelagerter optischer Bauteile, hier mittels der Reflektorkammern, erzeugt wird, erstens konstant ist und zweitens innerhalb des Bereichs liegt, der durch die gesetzlich vorgegebenen, richtungsabhängigen Minimalwerte und Maximalwert der Lichtstärke der Leuchte liegt.
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Das Variieren einer Helligkeit (also des Lichtstroms) einer Halbleiterlichtquelle wirkt sich auf alle Abstrahlrichtungen der nachgelagerten optischen Vorrichtungen, hier der Reflektorkammern, gleich aus. Eine Reduzierung der Helligkeit einer der Halbleiterlichtquellen um x Prozent bewirkt daher eine Reduzierung der vom zugehörigen Reflektor ausgehenden Lichtstärken ebenfalls um x %. Dies gilt für alle Richtungen und damit insbesondere auch für Richtungen, in welchen gesetzlich vorgeschriebene Mindestbeleuchtungsstärken erreicht werden müssen und / oder gesetzlich vorgeschriebene Maximalbeleuchtungsstärken nicht überschritten werden dürfen.
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Es gilt damit insbesondere auch für die H = 0 / V = 0 Richtung. Es genügt daher, wenn im Folgenden die Richtung H = 0°/ V = 0° stellvertretend für alle übrigen Richtungen betrachtet wird.
Im Diagramm in 2 ist das zeitliche Verhalten der vier Lichtstärken 126, 128, 130, 132 der einzelnen Reflektorkammern und der Summe der Lichtstärken 126, 128, 130, 132 aus den vier Reflektorkammern 26, 28, 30, 32 dargestellt. Die Pfeillänge ist jeweils proportional zur Lichtstärke der jeweiligen Reflektorkammer und ergibt sich in der 2 für jeden Zeitpunkt t als Abstand von zwei benachbarten Kurven. Die unterste Kurve gibt den zeitlichen Verlauf der Lichtstärke 126 der ersten Reflektorkammer 26 an. Die nächsthöhere Kurve gibt den zeitlichen Verlauf der summierten Lichtstärken 126 und 128 der ersten Reflektorkammer 26 und der zweiten Reflektorkammer 28 an. Die wiederum nächsthöhere Kurve gibt den zeitlichen Verlauf der summierten Lichtstärken der ersten, zweiten und der dritten Reflektorkammern an. Die obere, über der Zeit konstante Lichtstärke repräsentierende Gerade gibt die konstante Summe der Lichtstärken aller vier Reflektorkammern an.
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Diese Summe ist nicht nur konstant, sondern sie liegt auch zu jeder Zeit zwischen dem gesetzlich vorgegebenen Minimum Min und dem Maximum Max der gesetzlich vorgegebenen Lichtstärke für die Gesamtfunktion. Zum Zeitpunkt t = 0 werden alle Lichtquellen gleichzeitig eingeschaltet und mit einem pulsweitenmodulierten Signal betrieben, bei dem jede Reflektorkammer einen gleichen Beitrag (hier ¼) zur gesamten Lichtstärke der aktivierten Lichtfunktion, sei es ein Tagfahrlicht, ein Bremslicht, ein Blinklicht oder noch eine andere Lichtfunktion, als Anfangswert liefert.
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Im Anschluss an das Einschalten wird der Lichtstrom der Halbleiterlichtquellen 26 und 28 zunächst kontinuierlich um denselben Betrag erhöht, wie der Lichtstrom der Halbleiterlichtquellen 30 und 32 vermindert wird. Nach etwa einem Viertel der dargestellten Zeit erreichen die Halbleiterlichtquellen 26 und 28 ihre maximalen Lichtstromwerte, und die Halbleiterlichtquellen 30 und 32 erreichen ihre minimalen Lichtstromwerte.
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Anschließend wird der Lichtstrom der Halbleiterlichtquellen 26 und 28 kontinuierlich um denselben Betrag verringert, um den der Lichtstrom der Halbleiterlichtquellen 30 und 32 vergrößert wird. Nach etwa der Hälfte der dargestellten Periodendauer erreichen sämtliche Halbleiterlichtquellen wieder ihre anfänglichen, untereinander gleichen Lichtstromwerte.
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Daran anschließend wird der Lichtstrom der Halbleiterlichtquellen 26 und 28 kontinuierlich weiter um denselben Betrag verringert, um den der Lichtstrom der Halbleiterlichtquellen 30 und 32 weiter vergrößert wird. Nach etwa drei Vierteln der dargestellten Periodendauer erreichen die Halbleiterlichtquellen 26 und 28 ihre minimalen Lichtstromwerte, und die Halbleiterlichtquellen 30 und 32 erreichen ihre maximalen Lichtstromwerte.
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Im Anschluss daran wird der Lichtstrom der Halbleiterlichtquellen 26 und 28 kontinuierlich wieder um denselben Betrag vergrößert, um den der Lichtstrom der Halbleiterlichtquellen 30 und 32 wieder verringert wird. Zum Abschluss der dargestellten Periodendauer erreichen sämtliche Halbleiterlichtquellen wieder ihre anfänglichen, untereinander gleichen Lichtstromwerte.
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Dieser Ablauf wird gegebenenfalls, das heißt, solange die Lichtfunktion aktiviert ist, wiederholt.
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Die Variation der Lichtströme der einzelnen Halbleiterlichtquellen verläuft dabei bevorzugt sinusförmig. Insgesamt erhält ein Betrachter der in der 1 dargestellten Leuchte, der sich innerhalb der von der Leuchte 10 erzeugten Lichtverteilung befindet und der die Leuchte 10 in seinem Blickfeld hat, den Eindruck, dass die Lichtaustrittsfläche der Leuchte, die sich aus den Lichtaustrittsteilbereichen der n = 4 Reflektorkammern 26 bis 32, zusammensetzt, beim Einschalten zunächst komplett ohne jede wahrnehmbare Verzögerung hell aufleuchtet und dann (aus seiner Perspektive) links mit zunächst zunehmender Helligkeit und dabei gleichzeitig rechts abnehmender Helligkeit weiterleuchtet, woran sich dann eine Phase mit einer rechts zunehmenden und links gleichzeitig abnehmenden Helligkeit anschließt. Dabei ist wesentlich, dass die Lichtstärke in der Summe der Beiträge der einzelnen Reflektorkammern dabei konstant bleibt, so dass die vom Betrachter an seinem Platz wahrnehmbare Beleuchtungsstärke zeitlich konstant bleibt.
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Die 2 veranschaulicht insbesondere ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Lichtstärken von wenigstens zwei der Halbleiterlichtquellen, deren Licht zumindest teilweise aus verschiedenen Lichtaustrittsteilbereichen austritt, bei eingeschalteter Leuchte einzeln zeitlich so variiert werden, dass sie unterschiedliche Lichtstärken erzeugen, wobei die Summe der variierenden Lichtstärken zeitlich konstant ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird jeweils eine Hälfte der Lichtquellen so bestromt, dass ihre Lichtquellen untereinander gleiche Lichtströme liefern, wobei auch hier die Summe sämtlicher Lichtstärken aller Reflektorkammern konstant sein soll. Dies entspricht der 2. In einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung werden alle Halbleiterlichtquellen individuell gesteuert, wobei auch hier die Summe sämtlicher Lichtstärken aller Reflektorkammern konstant sein soll. Mit der letztgenannten Ausgestaltung kann auf der Lichtaustrittsfläche der Leuchte ein feiner abgestuftes Helligkeitsprofil zeitlich variiert werden. Wird die gesamte Zeitspanne, in der dieser Zyklus abläuft, sehr kurz gewählt, erhält ein Betrachter den Eindruck, das sich der helle Bereich sehr schnell bewegt und gewissermaßen hin- und herspringt, ohne dass sich die Beleuchtungsstärke am Ort des Betrachters ändert. Man kann die Lichtaustrittsfläche insgesamt als Bildschirm mit n Pixeln betrachten, wobei jede individuell steuerbare Reflektorkammer einen Pixel repräsentiert.
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Die Effizienz einer Leuchte, unter der hier der im Betrieb bei insgesamt konstanter Helligkeit erzeugte Lichtstrom geteilt durch den bei gleichzeitig maximaler Helligkeit aller Reflektorkammern erzeugten Lichtstrom verstanden wird, ist bei der Erfindung suboptimal, da die Halbleiterlichtquellen jeweils nur kurzzeitig mit der höchst möglichen Helligkeit betrieben werden. Dies ist nötig, weil eine erste Halbleiterlichtquelle durch Erhöhung der Helligkeit das Absenken der Helligkeit in einem zweiten LED ausgleichen können muss. Die höhere Verkehrssicherheit, die sich durch die gesteigerte Signalwirkung ergibt, erfordert daher insbesondere mehr und/oder lichtstärkere Lichtquellen als eine Leuchte, die konstant mit maximaler Helligkeit betrieben wird.
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Aus der Wahrnehmungspsychologie ist bekannt, dass der menschliche Sehsinn eine Bewegung erst dann erkennt, wenn die Winkelgeschwindigkeit, mit der sich die Bewegung dem Auge darbietet, größer als 0,3°/sec (andere Quellen 0,5°/sec) beträgt. Aus diesem Grund nimmt man zum Beispiel die Bewegung des Minutenzeigers einer Uhr nicht unmittelbar wahr (dieser bewegt sich mit 0,1°/s); der Zeiger müsste sich also mit wenigstens der dreifachen Winkelgeschwindigkeit bewegen, um unmittelbar als bewegt wahrgenommen zu werden). Nimmt man an, dass sich die Mitte des hellen Bereichs der Lichtaustrittsfläche der Leuchte um zehn cm hin- und herbewegt und dass die Frequenz dieser Bewegung 1 Hertz beträgt, so würde das bedeuten, dass man die Bewegung aus bis zu 20 m Entfernung gerade noch unmittelbar als Bewegung erkennen kann (arctan(10/2000=0,3; das hat nichts mit dem Auflösungsvermögen des Auges zu tun). Bei größeren Entfernungen ist die Bewegung dann für den menschlichen Sehsinn nicht mehr unmittelbar als Bewegung wahrnehmbar.
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Durch eine geeignete Wahl der Frequenz und der Bewegungsbrandbreite lässt sich also ein Entfernungsbereich definieren, innerhalb dessen ein Betrachter die Variation der Homogenität der Helligkeitsverteilung auf der Lichtaustrittsfläche der Leuchte erkennen kann.
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Diese Frequenz wird in einer bevorzugten Ausgestaltung an die Geschwindigkeit gekoppelt und beispielsweise bei STOP and GO Verkehr so eingestellt, dass die Bewegung bis zu einer Entfernung von z.B. 10 m wahrnehmbar ist. Bei höheren Geschwindigkeiten wird die Frequenz auf höhere Werte eingestellt, so dass die Bewegung zum Beispiel noch aus 200 m Abstand erkannt wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Aufmerksamkeit des Betrachters, der im Allgemeinen ein anderer Verkehrsteilnehmer ist, auf Fahrzeuge gelenkt wird, die zumindest keine unmittelbare Aufmerksamkeit erfordern.
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Bis hierhin wurde die Erfindung unter Bezug auf die in der 1 dargestellte Leuchte erläutert. Die Darstellung mit n = 4 Halbleiterlichtquellen kann natürlich sinngemäß auf andere Werte von n übertragen werden.
Darüber hinaus können die Aussagen auch auf die im Folgenden beschriebenen Anordnungen sinngemäß übertragen werden.
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An Stelle einer Halbleiterlichtquelle pro Reflektorkammer können auch mehrere Halbleiterlichtquellen gleicher oder verschiedener Lichtfarbe pro Reflektorkammer verwendet werden, um verschiedene Lichtfunktionen zu erfüllen. So können zum Beispiel LEDs gelber Lichtfarbe für ein Blinklicht und LEDs weißer Lichtfarbe für ein Tagfahrlicht verwendet werden.
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Das Steuergerät kann innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Es kann alternativ auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Vorrichtung aus identischen Reflektorkammern und Halbleiterlichtquellen aufgebaut ist, sodass die gesamte Leuchte bei gleicher Bestromung aller Halbleiterlichtquellen möglichst homogen hell leuchtend erscheint.
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An Stelle der Reflektorkammern werden bei einer weiteren Ausgestaltung Sammellinsen, insbesondere Fresnellinsen als optische Mittel zum Sammeln und Parallelisieren von Licht verwendet, das von den Halbleiterlichtquellen ausgeht. Eine weitere Ausgestaltung sieht eine Verwendung von katadioptrischen Vorsatzoptiken an Stelle der Reflektorkammern vor.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von n = 4 Lichtleitern 40, 42, 44, 46, in die das Licht von n = 4 Leuchtdioden 50, 52, 54, 56 eingekoppelt wird. Das mittels Totalreflexion transportierte Licht wird mittels bekannter Auskoppelelemente (beispielhaft Prismen), die über die nahezu gesamte Länge des jeweiligen Lichtleiters verteilt angeordnet sind, ausgekoppelt. Die Lichtleiter werden bevorzugt so gestaltet, dass die Richtungsverteilung des ausgekoppelten Lichtes den gesetzlichen Vorgaben entspricht. Die Pfeile 40.1 und 40.2 sind in die 0° / 0° Richtung gerichtet. Dies gilt analog für die korrespondierenden Pfeile der anderen Lichtleiter. Die Pfeillängen repräsentieren jeweils ein Maß für die Helligkeit. In der 3 nimmt die Helligkeit mit zunehmendem Abstand von der Leuchtdiode des jeweiligen Lichtleiters ab, was an der jeweils kürzeren Pfeillänge am Ende eines Lichtleiters erkennbar ist. Die 3 repräsentiert damit eine Ausgestaltung, bei der sich die optische Vorrichtung aus n Lichtleitern zusammensetzt. Auch hier gilt, dass n auch andere Werte als vier haben kann.
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Die 4 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die optische Vorrichtung als Lichtleiter mit zusätzlichen, einstückig verbundenen Einkoppelarmen verwirklicht ist. Der Große Pfeil repräsentiert hier die 0°/0° - Richtung. Am linken Ende und an den Enden der Einkoppelarme wird jeweils eine Leuchtdiode angeordnet, deren Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Die Auskopplung erfolgt so, wie es in Verbindung mit der 3 beschrieben worden ist.
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Die 5 zeigt eine optische Vorrichtung mit einem Hauptlichtleiter 74, der zusätzlich zu einer Einkopplung von Licht an seinem Ende 76 aus zwei zusätzlichen Versorgungslichtleitern 78 und 80 mit Licht gespeist wird. Das Licht stammt jeweils aus einer Leuchtdiode, die für den Versorgungslichtleiter 78 an dessen Ende 82, für den Versorgungslichtleiter 80 an dessen Ende 84, und für den Hauptlichtleiter 74 an dessen Ende 76 angeordnet ist. Bevorzugte Werte für die Anzahl der LEDs liegen in Serienfahrzeugen für die in den 1 und 3 dargestellten Ausgestaltungen zwischen n = 15 und n = 30. Ausgestaltungen, die Lichtleiter verwenden, wie sie in den 4 und 5 dargestellt sind, weisen bevorzugt n = 3 bis n = 5 Leuchtdioden auf. Die in Fahrtrichtung projizierte Länge derartiger Leuchten beträgt bevorzugt bis zu 400mm.
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Die in den 1 bis 3 dargestellten Ausgestaltungen haben gemeinsam, dass jeweils einer Halbleiterlichtquelle oder Gruppe von gemeinsam betriebenen Halbleiterlichtquellen ein fest abgegrenzter Abschnitt, zum Beispiel eine Reflektorkammer oder eine Linse oder eine katadioptrische Vorsatzoptik oder ein einzelner Lichtleiter baulich und optisch zugeordnet ist. Das gesamte Licht, das aus einem der Abschnitte, bspw. einer Reflektorkammer, einer Linse, einer Vorsatzoptik oder einem einzelnen Lichtleiter abgestrahlt wird, stammt von einer Lichtquelle. Eine Überstrahlung aus anderen Abschnitten findet nicht statt.
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Im Gegensatz hierzu wird bei den Lichtleiterlösungen der 4 und 5 Licht, das aus der ersten Leuchtdiode stammt, über den gesamten Abstrahlbereich abgestrahlt. Licht aus der zweiten Diode wird im hinter dem Ort der zweiten Leuchtdiode liegenden Teil des Abstrahlbereichs abgestrahlt. Dies setzt sich analog bis zur letzten Leuchtdiode fort. Die eindeutige Zuordnung der Leuchtiode zu einem bestimmten Abstrahlbereich geht also weitestgehend verloren.
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Bei den Lichtleiterlösungen 3, 4 und 5 kann natürlich an jeder Einkoppelstelle nicht nur eine Leuchtdiode angeordnet werden, sondern es können auch mehrere Leuchtdioden angeordnet werden. Insbesondere können an dieser Stelle auch mehrere Leuchtdioden angeordnet werden, die sich in der Farbe des abgegebenen Lichts unterscheiden. Dadurch wird es möglich, mittels einer Lichtleiteranordnung unterschiedliche Lichtfunktionen zu erzeugen.
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In einer Ausgestaltung zeigen alle n Reflektorkammern denselben, zeitlich gegeneinander versetzten Helligkeitsverlauf. Dies entspricht dem Gegenstand der 2. Alternativ dazu können die Lichtstärken der einzelnen Kammern auch einen unterschiedlichen Verlauf aufweisen. Wesentlich ist jeweils, dass die Summe der Lichtstärken zu jedem Zeitpunkt konstant ist.
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Eine Sequenz, also eine Bewegung, wird in einer Ausgestaltung k mal wiederholt, wobei k zum Beispiel zwischen 1 und 10 liegt. Dadurch wird anfangs eine hohe Aufmerksamkeit erzielt und eine der Aufmerksamkeit abträgliche Gewöhnung an die variierende Helligkeitsverteilung vermieden. Zur weiteren Erhöhung der Aufmerksamkeit sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass eine gegebene Sequenz unterschiedlich schnell abläuft. Es können auch unterschiedliche Sequenzen nacheinander ablaufen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Kontrastverhältnis größer als 4. Das Kontrastverhältnis ist dabei die Helligkeit des hellsten Zustands geteilt durch den am wenigsten hellen Zustand. Beim Gegenstand der 1 ist die Helligkeit des Anfangszustands 2,6 mal heller als der am wenigsten helle Zustand, und der hellste Zustand ist 1,6 mal heller als der unmittelbar nach dem Einschalten herrschende Anfangszustand. Das Verhältnis hell/dunkel beträgt also etwa 4,2.
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In einer weiteren Ausgestaltung könnte die Helligkeit der Leuchte beim Einschalten kurzzeitig (innerhalb der ersten 100 ms) auch höher sein als im folgenden Betrieb, um die Aufmerksamkeit anderer Verkehrsteilnehmer auf das Signal zu lenken. Weiterhin ist denkbar, dass verschiedene Autohersteller verschiedene Sequenzen verwenden, was der Wiedererkennbarkeit der Marke dient.
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Die Anordnung aus Halbleiterlichtquellen und optischer Vorrichtung, mit der die auf der Lichtaustrittsfläche örtlich und zeitlich variierende Helligkeitsverteilung erzeugt wird, kann als Lichtmodul ein Bestandteil eines Scheinwerfers oder einer Heckleuchte sein. Dabei können in dem jeweiligen Gehäuse solcher Beleuchtungseinrichtungen auch weitere, andere Lichtfunktionen erfüllende Lichtmodule angeordnet sein. Alternativ dazu kann die Anordnung auch ein Bestandteil einer separaten Bugleuchte oder Heckleuchte sein.
