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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen einer Umgebung eines Fahrzeugs und mindestens einen Scheinwerfer, wobei ein Lichtabstrahlmuster eines von dem Scheinwerfer abstrahlbaren Lichtstrahls an mindestens ein von der Überwachungseinrichtung erkanntes Objekt anpassbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung, bei dem eine Umgebung eines Fahrzeugs überwacht wird und nach Erkennen mindestens eines Objekts ein Lichtabstrahlmuster eines Lichtstrahls mindestens eines Scheinwerfers an das erkannte Objekt angepasst wird. Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar auf Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge wie Personenkraftwägen, Lastkraftwägen, Motorräder usw. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zum Anpassen eines Abblendlichts, eines Fernlichts und/oder eines Nebellichts.
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Es ist zum Ausblenden eines entgegenkommenden oder vorausfahrenden Fahrzeugs aus einem Fernlichtstrahl bekannt, den zugehörigen Fernlichtscheinwerfer zu verkippen, um einen zentralen Schatten vor dem entgegenkommenden oder vorausfahrenden Fahrzeug zu erzeugen. Diese Methode lässt aber nur zu, ein Fahrzeug auf einmal auszublenden.
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Auch ist es bekannt, einen Lichtstrahl eines Fahrzeug-Scheinwerfers mit einer LED-Matrixanordnung aus mehreren LEDs oder LED-Elementen anzupassen, indem die einzelnen LEDs wahlweise ein- und ausgeschaltet werden. Hierbei lässt sich aber eine nur geringe Auflösung bzw. eine örtlich nur grobe Anpassung des Lichtstrahls erreichen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Methode zur verbesserten Anpassung eines Lichtstrahls einer Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe, einen örtlich hochauflösend anpassbaren und ggf. auch zeitlich veränderbaren Lichtstrahl für eine Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung der betreffenden Art mit einem hohen Lichtstrom bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen einer Umgebung eines Fahrzeugs und mindestens einen Scheinwerfer, wobei ein Lichtabstrahlmuster eines von dem Scheinwerfer abstrahlbaren Lichtstrahls an mindestens ein von der Überwachungseinrichtung erkanntes Objekt anpassbar ist. Der Scheinwerfer weist eine Lichterzeugungseinrichtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, einen ersten Reflektor zum Umlenken des von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugten Lichtstrahls, einen dem ersten Reflektor optisch nachgeschalteten Flächenlichtmodulator und einen zweiten Reflektor auf. Zum Anpassen des von dem Scheinwerfer abstrahlbaren Lichtstrahls ist der Flächenlichtmodulator dazu eingerichtet, den von der Lichterzeugungseinrichtung abgestrahlten Lichtstrahl bildpunktweise entweder von dem ersten Reflektor zu dem zweiten Reflektor gelangen zu lassen oder zumindest teilweise auszublenden (d. h., nicht zu dem zweiten Reflektor gelangen zu lassen).
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Diese Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass sie bei hohem Lichtstrom beliebige Bildpunkte im Querschnitt des Lichtstrahls und damit im Lichtabstrahlmuster modulieren kann. So können auch mehrere (Querschnitts-)Teilbereiche des Lichtabstrahlmusters ausgeblendet werden. Zudem lässt sich eine Form und/oder Position der ausgeblendeten Teilbereiche dynamisch verändern. Darüber hinaus lässt sich die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung aufgrund der beiden Reflektoren besonders kompakt ausführen. So ermöglicht zum Beispiel die Positionierung eines Lichtmodulators im Brenn- oder Fokuspunkt oder in der Nähe des Brenn- oder Fokuspunktes beider Reflektoren die Verwendung eines besonders kompakten Lichtmodulators.
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Das Lichtabstrahlmuster kann insbesondere eine Form und/oder Intensitätsverteilung des von dem Scheinwerfer erzeugten Bilds oder Projektion bezeichnen. Dass das Lichtabstrahlmuster an mindestens ein von der Überwachungseinrichtung erkanntes Objekt anpassbar ist, kann insbesondere bedeuten, dass jeder der Teilstrahlen des Lichtstrahls, der einem möglichen Bildpunkt des Lichtabstrahlmusters entspricht, mittels des Flächenlichtmodulators in Abhängigkeit von dem erkannten Objekt individuell modulierbar ist.
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Die Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Umgebung des Fahrzeugs kann ein oder mehrere Kameras aufweisen. Diese mindestens eine Kamera kann Bilder im sichtbaren Spektrum und/oder im infraroten und/oder im ultravioletten Spektrum aufnehmen. Insbesondere kann mindestens eine Kamera einen Raumbereich vor dem Fahrzeug (in dessen Fahrtrichtung) überwachen.
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Die Überwachungseinrichtung kann ferner mindestens eine Auswerteeinrichtung oder Auswertefunktion zum Auswerten der von der mindestens einen Kamera aufgenommenen Bilder aufweisen oder damit verbunden sein. Die Auswerteeinrichtung kann zur Identifizierung von Objekten in den Bildern ausgebildet sein.
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Die Überwachungseinrichtung kann ferner eine Steuereinrichtung oder Steuerfunktion zum Ansteuern des mindestens einen Scheinwerfers aufweisen oder damit verbunden sein. Die Steuereinrichtung kann mindestens einem Scheinwerfer beispielsweise Information zur gewünschten oder anzupassenden Form des Lichtabstrahlmusters übermitteln, und zwar insbesondere beruhend auf mindestens einem identifizierten Objekt. So kann sich eine Rückkopplung zwischen Überwachungseinrichtung und Scheinwerfer bzw. zwischen Kamera und Scheinwerfer ergeben.
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Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (z. B. ein Kraftwagen wie ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus usw. oder ein Motorrad), eine Eisenbahn, ein Wasserfahrzeug (z. B. ein Boot oder ein Schiff) oder ein Luftfahrzeug (z. B. ein Flugzeug oder ein Hubschrauber) sein.
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Das Anpassen bezieht sich also insbesondere auf eine Anpassung oder Variation eines vorgegebenen, durch den oder die Scheinwerfer erzeugbaren Grund- oder Basislichtabstrahlmusters. Das von dem Scheinwerfer erzeugte Basislichtabstrahlmuster kann beispielsweise ein Abblendlicht, ein Fernlicht, ein Nebellicht usw. sein. Das Basislichtabstrahlmuster kann mit Hilfe des zugehörigen Flächenlichtmodulators erzeugbar sein.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Lichterzeugungseinrichtung mindestens eine Halbleiterlichtquelle mit mindestens einer Leuchtdiode aufweist. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein (”Remote Phosphor”). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar.
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Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z. B. mindestens einen Laser, z. B. Diodenlaser oder Laserdiode, aufweisen. Der mindestens eine Laser kann mindestens einen davon entfernten Leuchtstoffkörper ganzflächig oder teilflächig bestrahlen, um das von dem Leuchtstoffkörper abgestrahlte Licht zumindest teilweise als Nutzlicht zur Bildung des Lichtabstrahlmusters zu verwenden, was auch als LARP(”Laser Activated Remote Phosphor”)-Methode bezeichnet werden kann. Der Leuchtstoffkörper weist insbesondere mindestens einen Leuchtstoff auf, welcher dazu geeignet ist, einfallendes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umzuwandeln oder zu konvertieren. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mögen diese Sekundärlicht von zueinander unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Die Wellenlänge des Sekundärlichts mag länger sein (sog. „Down Conversion”) oder kürzer sein (sog. „Up Conversion”) als die Wellenlänge des Primärlichts. Beispielsweise mag blaues Primärlicht mittels eines Leuchtstoffs in grünes, gelbes, orangefarbenes oder rotes Sekundärlicht umgewandelt werden. Der Leuchtstoffkörper kann beispielsweise eine Konversionsfläche von wenigen Quadratmillimetern bis zu ca. 50 Quadratmillimetern aufweisen. Bei einer nur teilweisen Wellenlängenumwandlung oder Wellenlängenkonversion wird von dem Leuchtstoffkörper eine Mischung aus Sekundärlicht und nicht umgewandelten Primärlicht abgestrahlt, die als Nutzlicht dienen kann. Beispielsweise mag weißes Nutzlicht aus einer Mischung aus blauem, nicht umgewandeltem Primärlicht und gelbem Sekundärlicht erzeugt werden. Jedoch ist auch eine Vollkonversion möglich, bei der das Nutzlicht entweder nicht mehr oder zu einem nur vernachlässigbaren Anteil in dem Nutzlicht vorhanden ist. Ein Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können aus dem Primärlicht Sekundärlichtanteile unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugt werden, z. B. gelbes und rotes Sekundärlicht. Das rote Sekundärlicht mag beispielsweise dazu verwendet werden, dem Nutzlicht einen wärmeren Farbton zu geben, z. B. sog. „warm-weiß”. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mag mindestens ein Leuchtstoff dazu geeignet sein, Sekundärlicht nochmals wellenlängenumzuwandeln, z. B. grünes Sekundärlicht in rotes Sekundärlicht. Ein solches aus einem Sekundärlicht nochmals wellenlängenumgewandeltes Licht mag auch als „Tertiärlicht” bezeichnet werden.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Lichterzeugungseinrichtung ein sog. Phosphorrad (”Phosphor Wheel”) aufweist, um Nutzlicht in sequenzieller Reihenfolge jeweilig erzeugter Farbanteile zu erzeugen, wie beispielsweise in
DE 10 2013 200 989 A1 oder in
DE 10 2012 213 467 A1 offenbart.
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Die Halbleiterlichtquellen der oben beschriebenen LARP-Anordnungen können mit konstanter elektrischer Leistung oder alternativ intensitätsmoduliert bzw. getaktet betrieben werden. Insbesondere können die Betriebs- und Steuergeräte der Halbleiterlichtquellen der oben beschriebenen LARP-Anordnung(en) mit einer Überwachungseinrichtung bzw. einer Steuereinrichtung oder Steuerfunktion zum Ansteuern des mindestens einen Scheinwerfers verbunden sein. Die Steuereinrichtung kann mindestens einem Scheinwerfer beispielsweise Information zur gewünschten oder anzupassenden Helligkeit des Lichtabstrahlmusters übermitteln, und zwar insbesondere beruhend auf mindestens einem identifizierten Objekt. Die Steuereinrichtung kann in Abhängigkeit von zum Beispiel der gewünschten aktuellen Helligkeit die Bestromung bzw. die Taktung der Halbleiterlichtquellen ändern, beispielsweise reduzieren oder erhöhen. Damit lässt sich eine weitere dynamische Intensitätsanpassung erzielen, die unabhängig oder gekoppelt mit der Helligkeitsmodulation des Lichtmodulators erfolgen kann.
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Damit kann zum Beispiel eine auf der Straße gewünschte Helligkeitsverteilung mit einer höheren Bit-Auflösung erzeugt werden, nämlich durch die Kombination bzw. ein Zusammenwirken einer Spiegel-Ansteuerung des Lichtmodulators mit einer Modulation der Anregungslichtquellen einer LARP-Anordnung als Lichtquelle.
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Es ist eine Weiterbildung, dass eine Fläche des Leuchtstoffkörpers in verschiedene, beispielweise rechteckige, Teilflächen, zum Beispiel in vier Quadranten, aufgeteilt ist, wobei jede der Teilflächen von einer ihr zugeordneten Laserlichtquelle bestrahlt wird. Wird nun in einem der Flächensegmente weniger Licht benötigt, kann die Leistung oder Taktung der einem Flächensegment zugeordneten Laserlichtquelle abgesenkt bzw. angepasst werden, so dass ein Energieverbrauch der Laserlichtquelle reduziert wird und sich damit auch ein Wärmeeintrag bzw. eine Erwärmung des Leuchtstoffs in diesem Teilflächensegments erniedrigt, was zu einer Verminderung der Degradation des Leuchtstoffkörpers führt.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Lichterzeugungseinrichtung aus einem Leuchtstoffkörper besteht, der von einer oder mehreren Laserlichtquellen abgescannt wird, zum Beispiel zeilenförmig. Damit lässt sich eine örtlich und zeitlich dynamisch veränderbare Anregungsintensität auf dem Leuchtstoffkörper erzeugen, beispielsweise mit einer Bildwiederholfrequenz von mehreren Hundert Hertz, zum Beispiel 200 Hz oder 400 Hz, oder noch schneller. Die Laserlichtquellen können darüber hinaus noch eine Intensitätsmodulation mit variierbarer Frequenz aufweisen.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Lichterzeugungseinrichtung aus einer Vielzahl von LED-Leuchteinheiten, insbesondere LED-Chips oder Laserdioden, besteht, die in einer räumlich kompakten, matrix-förmigen Anordnung angeordnet sind. So können zum Beispiel 5 Chip-Reihen mit je 256 einzelansteuerbaren Chips als Matrix oder Array ausgebildet sein. Die Anzahl der Reihen sowie die Anzahl der Chips pro Reihe können in einem weiten Bereich variieren, zum Beispiel von 2 bis 100 Reihen, und mit 16 bis zu mehreren Tausend Chip pro Reihe. Eine solche Matrix kann auch freiförmig aufgebaut sein, also nicht notwendigerweise in Form von definierten Reihen und Spalten. Auch hier lasst je nach Lichtbedarf die Leuchtdichte jedes einzelnen der Chips einem aktuellen, dynamisch ermittelten Lichtbedarf, anpassen. Damit kann zusätzlich zur Lichtmodulation des Lichtmodulators eine weitere Modulationstiefe und dynamische Lichtsteuerung erzielt werden.
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Alle vorgenannten Weiterbildungen ermöglichen eine zusätzliche Lichtmodulation, die im Zusammenwirken mit dem Lichtmodulator eine erhöhte Modulationstiefe und dynamisch sich verändernde Lichtabstrahlung ermöglicht. Die zusätzliche Modulation kann auch dazu benutzt werden, um digitalisierte Information, beispielsweise Fahrzeugtyp, aktuelle Geschwindigkeit und Personenbelegung eines Fahrzeugs, einem anderen Verkehrsteilnehmer zu übermitteln. Damit kann ein anderer Verkehrsteilnehmer, beispielsweise ein entgegenkommendes Fahrzeug, der mit einem dafür eingerichteten Empfangsteil und einer Scheinwerfer-Lichtsteuerung ausgestattet ist, seine eigene Scheinwerfer-Lichtabstrahlung aufgrund der übermittelten Kenndaten den aktuellen Gegebenheiten schneller und sicherer anpassen.
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Die Lichterzeugungseinrichtung kann auch eine Optik mit mindestens einem optischen Element aufweisen, die der mindestens einen Halbleiterlichtquelle nachgeschaltet ist und die insbesondere einen kollimierten Lichtstrahl zur Aussendung auf den ersten Reflektor aufweist. Das mindestens eine optische Element kann z. B. mindestens eine Kollimatorlinse, mindestens einen Lichtmischstab usw. aufweisen. Es ist folglich eine Ausgestaltung, dass der auf den ersten Reflektor auftreffende Lichtstrahl kollimiert ist.
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Der erste Reflektor kann ein parabolischer, hyperbolischer, freigeformter, elliptischer, sphärischer, asphärischer usw. Reflektor sein, bevorzugt parabolisch oder asphärisch
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Der Flächenlichtmodulator ist dazu eingerichtet, den auf ihn auftreffenden Lichtstrahl bildpunktweise zu dem zweiten Reflektor durchzulassen oder zumindest teilweise nicht durchzulassen.
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Das zumindest teilweise Ausblenden kann ein vollständiges Ausblenden eines Teilstrahls umfassen, der auf einen jeweiligen, einen Bildpunkt darstellenden Teilbereich des Flächenlichtmodulators fällt. Es ist ganz allgemein eine Ausgestaltung, dass die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, mindestens einen Teilstrahl und damit auch entsprechende Bildpunkte in dem Lichtabstrahlmuster ganz auszublenden. So wird eine Blendung besonders effektiv verhindert. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass der mindestens eine Teilstrahl sonst auf das Objekt fallen würde bzw. das Objekt beleuchten würde.
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Das zumindest teilweise Ausblenden kann alternativ oder zusätzlich ein nur teilweises Ausblenden oder ”Dimmen” des Teilstrahls umfassen. Es ist ganz allgemein eine Ausgestaltung, dass die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, mindestens einen Teilstrahl gedimmt zu dem zweiten Reflektor gelangen zu lassen und damit auch entsprechende Bildpunkte oder Teilbereiche in dem Lichtabstrahlmuster zu dimmen. Diese Ausgestaltung weist insbesondere dann, wenn dieser mindestens eine Teilstrahl auf ein Objekt fällt, den Vorteil auf, dass das eigene Fahrzeug von dem Objekt aus immer noch gut erkennbar ist, ohne dass eine merkliche Blendung erzeugt wird.
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Der Flächenlichtmodulator kann reflektierend oder transmittierend ausgebildet sein, wobei ein nicht ausgeblendeter Teilstrahl nach Reflexion an dem Flächenlichtmodulator bzw. nach Transmission durch den Flächenlichtmodulator zu dem zweiten Reflektor gelangt.
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Dem zweiten Reflektor kann eine Lichtauskopplungsoptik nachgeschaltet sein, um das Licht aus dem Scheinwerfer auszukoppeln. Der zweite Reflektor kann einen Teil der Lichtauskopplungsoptik darstellen.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass der Flächenlichtmodulator mindestens ein Mikrospiegelarray aufweist, dessen Mikrospiegelaktoren einen jeweils darauf auftreffenden Teilstrahl wahlweise zu dem zweiten Reflektor oder nicht zu dem zweiten Reflektor reflektieren (DLP-Methode). Die Verwendung eines Mikrospiegelarrays oder Mikrospiegelfelds ermöglicht eine sehr hohe Bildpunktauflösung, eine schnelle Schaltung und sehr hohe Lichtströme. Wird ein Teilstrahl nicht zu dem zweiten Reflektor reflektiert, kann er beispielsweise zu einem Lichtabsorber (”Beam Dump”) reflektiert werden.
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Das Mikrospiegelarray kann z. B. ein sog. ”Digital Micromirror Device” (DMD) sein. Die auf die jeweiligen Mikrospiegelaktoren auftreffenden Teilstrahlen können beispielsweise dann, wenn sie nicht zu dem zweiten Reflektor reflektiert werden, auf einen Lichtabsorber reflektiert werden. Das Mikrospiegelarray entspricht somit einem reflektierenden Flächenlichtmodulator. Das Mikrospiegelarray ermöglicht insbesondere nur ein Einblenden (Gelangenlassen zu dem zweiten Reflektor) oder ein Ausblenden der Teilstrahlen.
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Eine anderer reflektierender Flächenlichtmodulator kann z. B. mindestens ein LCoS(”Liquid Crystal on Silicon”)-Display und/oder eine mit Elektrochrom strukturierte reflektierende Glasplatte aufweisen oder sein. Hierbei kann auch die teilweise Reflexion eines Teilstrahls möglich sein.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der Flächenlichtmodulator mindestens eine durchleuchtbare oder transmittierende Bilderzeugungseinrichtung aufweist, wobei auf jeweilige Bildpunkte des Flächenlichtmodulators auftreffende Teilbereiche des Lichtstrahls bzw. Teilstrahlen entsprechend der Eigenschaft des Flächenlichtmodulators an diesem Bildpunkt (z. B. vollständig durchlassend, teilweise durchlassend oder blockierend) moduliert werden. Ein solcher Flächenlichtmodulator kann beispielsweise ein Flüssigkristallbildschirm (LCD) oder eine mit Elektrochrom strukturierte transmittierende Glasplatte usw. sein. Er weist den Vorteil auf, dass sich vielfache Dimmgrade oder Dimmstufen so besonders einfach umsetzen lassen.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass sich ein Brennpunkt des ersten Reflektors auf einem Abschnitt des Lichtpfads zu dem zweiten Reflektor befindet und dass der Flächenlichtmodulator an oder in der Nähe des Brennpunkts angeordnet ist. Dadurch kann auch ein Flächenlichtmodulator mit einer kleinen modulierbaren Fläche verwendet werden, um ein Lichtabstrahlmuster mit hoher Auflösung bereitzustellen. Jedoch kann sich der Flächenlichtmodulator auch an anderer Stelle in dem Lichtpfad befinden. Durch das Vorhandensein des Brennpunkts in dem Lichtpfad und der sich daraus ergebenden Änderung einer Querschnittsgröße des Lichtstrahls kann der Flächenlichtmodulator allgemein einfach so positioniert werden, dass der Lichtstrahl seinen modulierbaren Bereich großflächig trifft und daher eine hohe Auflösung bei kompakter Bauweise erreicht wird.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, nach Erkennen eines Objekts oder mehrerer Objekte durch die Überwachungseinrichtung mindestens einen Teilstrahl, welcher bei Weiterleitung von dem ersten Reflektor zu dem zweiten Reflektor auf das Objekt auftreffen würde, mittels des Flächenmodulators zumindest teilweise auszublenden. Durch diese Ausgestaltung kann eine unveränderte Beleuchtung des Objekts als solchem (z. B. eines anderen Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Tiers usw.) und damit dessen Blendung besonders effektiv vermieden werden. Grundsätzlich kann der mittels des Flächenmodulators abgewandelte (z. B. gedimmte und/oder ganz ausgeblendete) Teilbereich des Lichtstrahls eine Abbildungsfläche betreffen, die nur einen Teil des Objekts, das ganze Objekt, eine Fläche, die größer ist als das Objekt, oder sogar eine Fläche, die sich ganz neben dem Objekt befindet, abdeckt. Ein ausgeblendeter Teilbereich des Lichtstrahls oder Lichtabstrahlmusters kann also auch weiter gefasst sein als ein darin angeordnetes Objekt und kann auch eine andere Kontur aufweisen. So kann eine Blendung eines Objekts z. B. dadurch vermieden werden, dass ein rechteckiger Teilbereich des Lichtstrahls oder Lichtabstrahlmusters ausgeblendet wird, in dem das Objekt liegt. Der rechteckige Teilbereich kann ein streifenförmiger Teilbereich sein.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, mindestens einen zumindest teilweise ausgeblendeten Teilbereich des Lichtstrahls (insbesondere falls dieser bei Durchlass von dem ersten Reflektor zu dem zweiten Reflektor auf das Objekt auftreffen würde) mit einem Saum oder Saumbereich zu versehen. Dies ermöglicht insbesondere einen optisch fließenden Übergang zwischen einem voll beleuchteten Bereich und einem nicht oder nur gedimmt beleuchteten Bereich des Lichtabstrahlmusters. So wird der Vorteil erreicht, dass – insbesondere um das Objekt herum – keine scharfe Hell-Dunkel-Grenze erzeugt wird, die eine ungewollte Aufmerksamkeit auf sich ziehen könnte.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, mindestens einen Teilstrahl blinkend auszuführen. So kann eine Aufmerksamkeit eines durch das blinkende Licht bestrahlten Objekts auf das eigene Fahrzeug gelenkt werden, z. B. als eine Warnung auf eine Annäherung. Das Blinken kann insbesondere eine sich periodisch und/oder abgestuft ändernde Helligkeitsmodulation oder Helligkeitsänderung sein. Es ist eine Weiterbildung, mindestens einen Teilstrahl, der bei Weiterlass von dem ersten Reflektor zu dem zweiten Reflektor auf das Objekt auftreffen würde, blinkend auszuführen. Dadurch kann eine besonders hohe Aufmerksamkeit oder Warnwirkung an dem Objekt erzeugt werden.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den von mindestens einem Scheinwerfer abgestrahlten Lichtstrahl zur Datenübertragung zu modulieren, insbesondere in Bezug auf seine Helligkeit oder Strahlleistung zu modulieren. Die Auswerteeinrichtung oder Auswertefunktion kann dann dazu ausgebildet sein, aufgenommene Bilder oder Bildsequenzen auf Datenübertragungen zu untersuchen und entsprechende Informationen auszulesen. Auch kann die Steuereinrichtung oder Steuerfunktion dazu ausgebildet sein, mindestens einen Scheinwerfer (und insbesondere dessen Flächenmodulator) so anzusteuern, dass er den Lichtstrahl zur Datenübertragung moduliert.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahrzeug mit mindestens einer Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung wie oben beschrieben. Das Fahrzeug kann analog zu der Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet werden und ergibt die gleichen Vorteile.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung. Dieses kann analog zu der Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung oder dem Fahrzeug ausgebildet werden und ergibt die gleichen Vorteile.
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So ist es eine Weiterbildung, dass eine Umgebung eines Fahrzeugs überwacht wird und nach Erkennen mindestens eines Objekts ein Lichtabstrahlmuster eines Lichtstrahls mindestens eines Scheinwerfers an das erkannte Objekt angepasst wird, wozu der Scheinwerfer eine Lichterzeugungseinrichtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, einen ersten Reflektor zum Umlenken des von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugten Lichtstrahls, einen dem ersten Reflektor optisch nachgeschalteten Flächenlichtmodulator und einen zweiten Reflektor aufweist und wobei der Flächenlichtmodulator zum Anpassen des Lichtabstrahlmusters den Lichtstrahl bildpunktweise von dem ersten Reflektor zu dem zweiten Reflektor durchlässt oder zumindest teilweise ausblendet (nicht zum zweiten Reflektor durchlässt).
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt eine Skizze eines Fahrzeugs mit einer Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung;
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2 zeigt einen Scheinwerfer einer Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand eines Flächenlichtmodulators;
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3 zeigt den Scheinwerfer der Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand des Flächenlichtmodulators;
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4 zeigt einen Scheinwerfer einer Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand eines Flächenlichtmodulators; und
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5 zeigt den Scheinwerfer der Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand des Flächenlichtmodulators.
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1 zeigt eine Skizze eines Fahrzeugs F in Form eines Kraftwagens mit einer Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung 1, 2. Die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung 1, 2 weist eine Überwachungseinrichtung 1 zum Überwachen einer Umgebung des Fahrzeugs F auf, hier gezeigt zum Überwachen eines Raums vor dem Fahrzeug F. Die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung 1, 2 weist ferner mindestens einen Scheinwerfer 2 auf, hier z. B. als ein Frontscheinwerfer gezeigt. Der Scheinwerfer 2 strahlt einen Lichtstrahl L1 mit einem Lichtabstrahlmuster M ab, wobei das Lichtabstrahlmuster M beispielsweise einer Helligkeits- und/oder Farb-Verteilung des Lichtstrahls L1 auf einer dazu insbesondere senkrechten Bildebene B entspricht. Mittels des Scheinwerfers 2 lässt sich ein in seinem Beleuchtungsbereich befindliches Objekt O beleuchten.
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Das Objekt O lässt sich auch durch die Überwachungseinrichtung 1 beobachten, und zwar durch mindestens eine Kamera 3 davon. Die Kamera 3 nimmt Bilder von dem Fahrzeug F auf und kann diese mittels einer Auswerteeinrichtung 4 identifizieren, ggf. auch deren Bewegungsrichtung. In die Auswerteeinrichtung 4 ist eine Steuerfunktion integriert, mittels der die Überwachungseinrichtung 1 den Scheinwerfer 2 so ansteuern kann, dass dieser sein Lichtabstrahlmuster M an mindestens ein von der Überwachungseinrichtung 1 erkanntes Objekt O anpassen kann. Dazu weist der Scheinwerfer 2 zu seinem Betrieb einen Treiber 5 auf, der mit der Überwachungseinrichtung 1 verbunden ist. Die mindestens eine Kamera 3 kann für eine Bildwiederholfrequenz von bis zu mehreren hundert Hertz eingerichtet sein, speziell im Bereich von 200 bis 400 Hz.
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Beispielsweise kann der Scheinwerfer 2 dazu angesteuert werden, einen Teilbereich seines Lichtabstrahlmusters M, in dem sich das Objekt O befindet, und damit auch aus seinem Lichtstrahl L1 zumindest teilweise auszublenden. So kann eine Blendung des Objekts O durch den Lichtstrahl L1 vermieden werden.
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2 zeigt einen Scheinwerfer 2a zum Einsatz als dem Scheinwerfer 2 in dem Fahrzeug F. Der Scheinwerfer 2a weist eine Lichterzeugungseinrichtung 6 mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (z. B. mindestens einer Laserdiode in LARP-Anordnung, o. Abb.) auf, die einen Lichtstrahl L0 aus z. B. weißem Licht erzeugt. Der Lichterzeugungseinrichtung 6 ist eine Kollimationsoptik 7 nachgeschaltet, die hier durch eine Kollimationslinse repräsentativ dargestellt ist. Der nun kollimierte Lichtstrahl L0 trifft auf einen ersten, paraboloiden Reflektor 8 und wird von diesem auf einen Flächenlichtmodulator in Form eines Mikrospiegelarrays 9 geworfen. Dabei trifft der Lichtstrahl L0 möglichst großflächig auf die zugehörigen Mikrospiegelaktoren (o. Abb.), ohne aber darüber hinauszuragen. Der Mikrospiegelarray 9 wird von dem Treiber 5 angesteuert. Das Mikrospiegelarray 9 kann im Brennpunkt oder in der Nähe des Brennpunkts des ersten Reflektors 8 angeordnet sein.
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Das Mikrospiegelarray 9 kann mehrere Tausend bis zu ca. zwei Millionen Mikrospiegelaktoren aufweisen, die einen jeweils auf sie fallenden Teilbereich des Lichtstrahls L0 (”Teilstrahl”) individuell unter zumindest zwei Reflexionswinkel, z. B. plus/minus 10° oder plus/minus 12°, abstrahlen können. Folglich kann jeder der Teilstrahlen individuell in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen reflektiert werden. In der in 2 gezeigten Stellung der Mikrospiegelaktoren werden alle Teilstrahlen und damit der gesamte Lichtstrahl L0 auf einen zweiten Reflektor 10 reflektiert, der den Lichtstrahl als Lichtstrahl L1 aus dem Fahrzeug F auskoppelt. Dazu kann dem zweiten Reflektor 10 mindestens eine Optik (Lichtauskopplungsoptik, ohne Abb.) nachgeschaltet sein. Der Lichtstrahl L1 ist hier durch den Reflektor 10 beispielhaft wieder kollimiert worden. Das Mikrospiegelarray 9 entspricht funktional einem Lichtmodulator. Beispielsweise lassen sich mit DLP-Micromirror Lichtmodulatoren von Texas Instruments, auch als DMD (”Digital Mirror Device”) bezeichnet, Bildaufbauzeiten (”Pattern Rates”) von bis zu 32 kHz Binär bzw. 1,9 kHz mit 8-bit Grauskala erzeugen. Die Bit-Auflösung lässt sich dadurch erhöhen, dass die Anregungsquelle 6 moduliert bzw. getaktet betrieben werden.
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3 zeigt den Scheinwerfer 2a in einem zweiten Zustand des Mikrospiegelarrays 9, bei dem nun alle Teilstrahlen und damit der gesamte Lichtstrahl L0 auf einen Lichtabsorber 11 (”Beam Dump”) reflektiert werden. Dann wird kein Licht von dem Scheinwerfer 2a abgestrahlt. Es können also zu jeweiligen Mikrospiegelaktoren gehörige Teilstrahlen aus dem abgestrahlten Lichtstrahl L1 ausgeblendet werden, indem sie nicht auf den zweiten Reflektor 10, sondern auf den Lichtabsorber 11 reflektiert werden. Durch eine Verstellung der Mikrospiegelaktoren können folglich einzelne Teilstrahlen in Bezug auf den Lichtstrahl L1 wahlweise ein- und ausgeschaltet werden.
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In der Regel ist das Mikrospiegelarray 9 durch den Treiber 5 jedoch so eingestellt, dass es ein auf einen bestimmten Anwendungszweck abgestimmtes Basis-Lichtabstrahlmuster M aufweist, z. B. zur Verwendung als ein Fernlicht, insbesondere Nebenfernlicht. Dabei sind die Mikrospiegelaktoren entsprechend angewinkelt, um das Basis-Lichtabstrahlmuster M bildpunktweise zu erzeugen. Das Basis-Lichtabstrahlmuster M ist vorgegeben, und es wird ein Lichtstrahl L1 damit abgestrahlt, wenn die Überwachungseinrichtung 1 kein oder kein kritisches Objekt O (z. B. ein sich bewegendes Objekt wie ein anderes Fahrzeug, ein Fußgänger, ein Tier usw.) identifiziert hat. Hat die Überwachungseinrichtung 1 jedoch ein kritisches Objekt O identifiziert, das von dem Lichtstrahl L1 angestrahlt wird, so kann die Überwachungseinrichtung 1 den Scheinwerfer 2 beispielsweise so ansteuern, dass zumindest das auf das Objekt O fallende Licht Basis-Lichtabstrahlmuster M verändert wird, insbesondere helligkeitsmoduliert wird.
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In einer Variante kann das Objekt O ganz ausgeblendet werden, indem zumindest die ansonsten auf das Objekt O auftreffenden Teilstrahlen des Basis-Lichtabstrahlmusters M stattdessen auf den Lichtabsorber 11 reflektiert werden. Dabei kann, um das Objekt O besonders sicher ausblenden zu können und/oder um eine benötigte Rechenleistung der Auswerteeinrichtung 4 gering zu halten, ein Bereich oder Anteil des Lichtstrahls L1 bzw. seines Lichtabstrahlmusters M ausgeblendet werden, der größer ist als das Objekt O, das Objekt O zumindest teilweise (insbesondere ganz) enthält und insbesondere eine einfachere Kontur aufweist als das Objekt O (beispielsweise rechteckig, speziell streifenförmig, ist).
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In einer weiteren Variante werden das Objekt O oder ein das Objekt O enthaltender Teilbereich des Lichtstrahls L1 mit nur einem Teil der Teilstrahlen des Basis-Lichtabstrahlmusters M beleuchtet, um so eine Blendung zu vermeiden, aber immer noch eine – wenn auch geringere – Sichtwirkung zu erhalten, z. B. auch um das eigene Fahrzeug F gut sichtbar zu halten. So kann der zu verändernde Teilbereich nur noch mit jedem zweiten, dritten usw. Teilstrahl in jeder (Ebenen-)Richtung des Lichtabstrahlmusters M beleuchtet werden, insbesondere in einem regelmäßigen Muster. Dadurch kann eine auf das Objekt O fallende Strahlungsleistung halbiert, gedrittelt usw. werden.
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Auch können das Objekt O oder ein das Objekt O enthaltender Teilbereich des Lichtstrahls L1 (und ggf. auch ein anderer Teilbereich des Lichtstrahls L1, der das Objekt O nicht beleuchtet) blinkend ausgeführt sein, z. B. mit einer Blinkfrequenz zwischen 1 Hz und 20 Hz. So kann eine Warnwirkung verstärkt werden. Das Blinken des Teilstrahls kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der zugehörige Mikrospiegelaktor mit der Blinkfrequenz periodisch verschwenkt wird.
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Allgemein können ein oder mehrere Teilstrahlen des Lichtstrahls L1 durch Verschwenken der zugehörigen Mikrospiegelaktoren so ein- und ausgeschaltet werden, dass sich dadurch Information – z. B. digitale Information – aussenden lässt. Diese Information kann z. B. von dem Objekt O (insbesondere einem anderen Fahrzeug) empfangen und verwertet werden. Folglich kann die Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung 1, 2 zur optischen Datenübertragung eingerichtet sein. Dies kann vorteilhafterweise bidirektional geschehen, wobei z. B. die Auswerteeinrichtung 4 dann auch das Auswerten der optisch empfangenen Daten durchführen kann.
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Auch ist es möglich, das Objekt O oder einen das Objekt O enthaltenen Teilbereich des Lichtstrahls L1 oder Lichtabstrahlmusters M mit einem Saum zu versehen, der einen Übergang einer Helligkeit zwischen der an dem Objekt vorliegenden Helligkeit und einer Umgebungshelligkeit ermöglicht.
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4 zeigt einen Scheinwerfer 2b, der ebenfalls zum Einsatz als Scheinwerfer 2 in dem Fahrzeug F geeignet ist, in einem zu 2 analogen Zustand. Der Scheinwerfer 2b ist ähnlich zu dem Scheinwerfer 2a aufgebaut, weist aber nun als Flächenlichtmodulator eine durchleuchtbare oder transmittierende Bilderzeugungseinrichtung in Form eines LCD-Bildschirms 12 auf. Dadurch kann auf den Lichtabsorber 11 verzichtet werden. In dem hier gezeigten Zustand des LCD-Bildschirms 12 sind alle seine Bildpunktbereiche ganz oder teilweise lichtdurchlässig geschaltet, so dass der Lichtstrahl L0 direkt von dem ersten Reflektor 8 zu dem zweiten Reflektor 10 reflektiert wird. Bei ganz lichtdurchlässiger Schaltung der Bildpunktbereiche werden die zugehörigen Teilstrahlen praktisch verlustfrei durchgelassen, während sie bei teilweise lichtdurchlässiger Schaltung gedimmt durchgelassen werden und teilweise an dem LCD-Bildschirm 12 absorbiert werden. Somit lassen sich z. B. je nach der Zahl der möglichen Graustufen der Bildpunktbereiche des LCD-Bildschirms 12 ebenso viele Dimmungsstufen für die Helligkeit des zugehörigen Teilstrahls erreichen. Eine Blendung eines erkannten Objekts O kann hierbei besonders einfach dadurch vermieden werden, dass Teilstrahlen, die das Objekt O beleuchten, gedimmt werden. So bleiben sie auch noch für das Objekt O sichtbar.
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5 zeigt den Scheinwerfer 2b in einem Zustand des LCD-Bildschirms 12, in dem alle Teilstrahlen und damit auch der gesamte von der Lichterzeugungseinrichtung 6 erzeugte Lichtstrahl L0 blockiert werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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So können die Reflektoren können auf ihrer Innenseite eine Vielzahl vom Mikrolöchern aufweisen, hinter denen Lichtsensoren angeordnet sind, die für auf sie einfallendes blaues Laser-Anregungslicht sensitiv sind. Bei Überschreiten eines definierten Schwellenwertes, der zum Beispiel spezifisch für den Fehlerfall eines ganz oder teilweise abgelösten Konversionselements eingestellt werden kann, können die Laserdioden in ihrer Leistung reduziert oder ganz abgeschaltet werden. Die Lage der Mikrolöcher kann bei beiden Reflektoren in Bezug zueinander örtlich versetzt sein, so dass eine größere Detektionssicherheit erzielt werden kann.
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Auch am Lichtabsorber können in ähnlicher Weise gleichwirkende blau-empfindliche Sensoren angebracht sein.
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Allgemein kann unter ”ein”, ”eine” usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von ”mindestens ein” oder ”ein oder mehrere” usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z. B. durch den Ausdruck ”genau ein” usw.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Überwachungseinrichtung
- 2
- Scheinwerfer
- 2a
- Scheinwerfer
- 2b
- Scheinwerfer
- 3
- Kamera
- 4
- Auswerteeinrichtung
- 5
- Treiber
- 6
- Lichterzeugungseinrichtung
- 7
- Kollimationsoptik
- 8
- Erster Reflektor
- 9
- Mikrospiegelarray
- 10
- Zweiter Reflektor
- 11
- Lichtabsorber
- 12
- LCD-Bildschirm
- B
- Bildebene
- L0
- Lichtstrahl
- L1
- Lichtstrahl
- M
- Lichtabstrahlmuster
- F
- Fahrzeug
- O
- Objekt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19737653 A1 [0004]
- DE 102010048659 B4 [0004]
- DE 112013003050 T5 [0004]
- DE 10344173 A1 [0004]
- EP 2708801 A2 [0004]
- DE 102014225246 A1 [0004]
- DE 102013200989 A1 [0017]
- DE 102012213467 A1 [0017]
