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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zum Erzeugen einer vorgebbaren Beleuchtungskulisse, mit einer Laserlichtquelle zum Erzeugen von Laserlicht, einer Lichtaustrittsöffnung sowie einer zwischen der Laserlichtquelle und der Lichtaustrittsöffnung angeordneten Konversionseinheit zum Erzeugen von Konversionslicht infolge einer Beaufschlagung mit dem Laserlicht, wobei zwischen der Laserlichtquelle und der Konversionseinheit eine erste Spiegeleinheit zum Umlenken des von der Laserlichtquelle erzeugten Laserlichts zur Konversionseinheit angeordnet ist und wobei zwischen der Konversionseinheit und der Lichtaustrittsöffnung eine zweite Spiegeleinheit zum Umlenken des Konversionslichts zur Lichtaustrittsöffnung angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erzeugen einer vorgebbaren Beleuchtungskulissemittels einer Beleuchtungseinrichtung, wobei mittels einer Laserlichtquelle Laserlicht erzeugt wird, wobei das Laserlicht mittels einer ersten Spiegeleinheit zu einer zwischen der Laserlichtquelle und einer Lichtaustrittsöffnung angeordneten Konversionseinheit umgelenkt wird, wobei mittels der Konversionseinheit aufgrund einer Beaufschlagung der Konversionseinheit mit dem Laserlicht Konversionslicht erzeugt und das Konversionslicht mittels einer zweiten zwischen der Konversionseinheit und der Lichtaustrittsöffnung angeordneten Spiegeleinheit zur Lichtaustrittsöffnung umgelenkt wird.
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Eine Beleuchtungseinrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus der
DE 10 2013 016 277 A1 bekannt. Auch wenn sich diese Lehre im Stand der Technik bewährt hat, so zeigt sie dennoch Nachteile. Beispielsweise erweist es sich als nachteilig, dass der Konverter mit dem Laserlicht immer in einer identischen Zeile beaufschlagt wird. Darüber hinaus eignet sich diese Lehre nicht dazu, Lichtschwerpunkte zu bilden und in gewünschter Weise einstellen zu können. Für das Erzeugen einer Beleuchtungskulisse ist diese Lehre ungeeignet.
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Weiterhin offenbart die
EP 2 063 170 A2 eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Lichtquelle und einem im Strahlengang der Lichtquelle angeordneten optischen Abbildungselement. Zwischen der Lichtquelle und dem Abbildungselement ist ein Flächenelement angeordnet, welches zur Ausleuchtung einer Brennebene des Abbildungselements ausgebildet ist. Weiterhin offenbart die
WO 2014/121 315 A1 einen Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge mit einer modulierbaren Laserlichtquelle, deren Laserstrahl über ein von einer Strahlablenksteuerung angesteuerten Strahlablenkmittel auf einen Konverter gelenkt wird. Mittels eines Projektionssystems wird das vom Konverter erzeugte Licht auf die Fahrbahn gelenkt. Weiterhin offenbart die
WO 2015/000006 A1 einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer Laserlichtquelle, deren Laserstrahl über einen um eine Achse verschwenkbaren Mikrospiegel zu einem Konverter umgelenkt wird. Über eine Optik wird das vom Konverter erzeugte Licht auf eine Fahrbahn projiziert. Schließlich offenbart die
DE 10 2010 028 949 A1 ein Scheinwerfermodul mit einem Laser, dessen Laserstrahlung über eine Mikrospiegelvorrichtung auf einen Leuchtstoff umgelenkt wird. Das vom Leuchtstoff emittierte Licht wird über eine Linsenanordnung auf die Fahrbahn gelenkt.
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Die bisherigen Systeme zeigen darüber hinaus den Nachteil, dass der Kontrast in Bezug auf eine einzustellende Beleuchtungskulisse begrenzt ist. Flächenmodulierte Systeme, beispielsweise basierend auf Leuchtdiodenanordnungen, sind diesbezüglich vorteilhaft gegenüber lasergestützten Beleuchtungseinrichtungen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren dahingehend zu verbessern, dass bei Nutzung von Laserlichtquellen eine verbesserte Bereitstellung einer Beleuchtungskulisse erreicht werden kann.
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Als Lösung wird mit der Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Ferner wird ein Kraftfahrzeug gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 7 vorgeschlagen. Schließlich wird mit der Erfindung auch ein Verfahren gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 8 vorgeschlagen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Mit der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung insbesondere vorgeschlagen, dass die erste Spiegeleinheit hinsichtlich ihrer Reflexionsposition in zwei orthogonale Schwenkrichtungen einstellbar ausgebildet ist, wobei die erste Spiegeleinheit eine Stelleinheit zum Einstellen der Reflexionsposition der ersten Spiegeleinheit zum Erzeugen der vorgebbaren Beleuchtungskulisse aufweist.
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Kraftfahrzeugseitig wird insbesondere vorgeschlagen, dass ein Kraftfahrzeug eine Beleuchtungseinrichtung der Erfindung umfasst.
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Verfahrensseitig wird insbesondere vorgeschlagen, dass bei einem gattungsgemäßen Verfahren die erste Spiegeleinheit zum Erzeugen einer vorgebbaren Beleuchtungskulisse hinsichtlich Ihrer Reflexionsposition mittels einer Stelleinheit in zwei orthogonalen Schwenkrichtungen eingestellt wird.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass mithilfe der einstellbaren ersten Spiegeleinheit ein Lichtschwerpunkt bei der Konversionseinheit und infolgedessen auch auf der zweiten Spiegeleinheit erzeugt werden kann, wodurch der Kontrast für die Erzeugung der vorgebbaren Beleuchtungskulisse verbessert werden kann. Dadurch ist es nämlich möglich, auf der zweiten Spiegeleinheit in vorgebbarer Weise einen Lichtintensitätsschwerpunkt einzustellen und somit die Beleuchtungskulisse, insbesondere auf der Fahrbahn, in vorgebbarer Weise einzustellen. Dadurch kann zugleich auch der Kontrast erhöht werden. Die Verschiebung des Lichtintensitätsschwerpunktes auf der zweiten Spiegeleinheit kann sowohl horizontal als auch vertikal realisiert sein. Vorzugsweise erfolgt das Einstellen der ersten Spiegeleinheit zugleich horizontal und vertikal. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Spiegeleinheit hinsichtlich ihrer Reflexionsposition derart verfahren wird, dass das Laserlicht gemäß einer vorgegebenen Kurve auf der Konversionseinheit verfahren wird, um die vorgebbare Beleuchtungskulisse erzeugen zu können. Eine Beleuchtungskulisse zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass sie einen Raum oder eine zu beleuchtende Fläche nicht nur beleuchtet, sondern eine vorgebbare Beleuchtungsstruktur bereitstellt, indem beispielsweise ein oder mehrere Bereiche des Raumes beziehungsweise der Fläche weniger intensiv oder stärker ausgeleuchtet werden als andere.
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Die Laserlichtquelle ist vorzugsweise durch einen Halbleiterlaser gebildet. Aber auch andere Laser, insbesondere Gaslaser, können als Laserlichtquelle zum Einsatz kommen. Natürlich können auch Kombinationen unterschiedlicher Laser vorgesehen sein, sodass Laserlicht mit zwei oder auch mehreren Wellenlängen erzeugt werden kann. Vorzugsweise ist dann das Laserlicht der unterschiedlichen Wellenlängen zu einem gemeinsamen Laserlichtstrahl überlagert.
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Die Lichtaustrittsöffnung kann beispielsweise durch ein Gehäuse oder dergleichen gebildet sein. Darüber hinaus kann die Lichtaustrittsöffnung auch durch einen für das zu emittierende Licht transparenten Werkstoff gebildet sein, um beispielsweise die Beleuchtungseinrichtung, insbesondere ein Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung, gegen äußere Einwirkungen zu schützen und/oder zu verschließen.
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Die Konversionseinheit dient dazu, aus dem Laserlicht Konversionslicht einer gewünschten Wellenlänge beziehungsweise einer gewünschten Wellenlängenkombination zu erzeugen. Häufig wird als Konversionsstoff der Konversionseinheit ein phosphorbasierter Werkstoff verwendet, der das Laserlicht beispielsweise in weißes Licht für Beleuchtungszwecke umwandeln kann. Die Konversionseinheit umfasst ferner in der Regel ein Trägerelement, an welchem der Konversionsstoff befestigt ist. Die Konversionseinheit kann für eine Transmission oder auch für eine Reflexion ausgebildet sein. Natürlich können diese Ausgestaltungen der Konversionseinheit auch miteinander kombiniert sein.
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Die erste Spiegeleinheit kann durch eine Spiegeleinheit gebildet sein, die einen beweglichen Spiegel aufweist, der in die beiden vorgegebenen orthogonalen Schwenkrichtungen einstellbar ist. Der Spiegel ist vorzugsweise beweglich gelagert. An den Spiegel ist dann die Stelleinheit angeschlossen, die zur Realisierung der orthogonalen Einstellungen einen oder mehrere geeignete Aktuatoren aufweisen können. Besonders vorteilhaft ist die erste Spiegeleinheit durch eine Mikrospiegelanordnung gebildet. Eine geeignete Mikrospiegelanordnung kann beispielsweise eine quasi statisch steuerbare Achse als erste orthogonale Einstellmöglichkeit und eine andere resonant betreibbare Achse als zweite orthogonale Einstellmöglichkeit aufweisen. Dadurch ist es möglich, auch bei einer Mikrospiegelanordnung ein beliebiges Muster einstellen zu können, mittels welchem die Konversionseinheit beaufschlagt werden kann. Mittels der ersten Spiegeleinheit wird das von der Laserlichtquelle erzeugte Laserlicht zur Konversionseinheit umgelenkt. Durch die Einstellbarkeit der ersten Spiegeleinheit kann somit das Laserlicht im Wesentlichen in beliebiger Weise auf der Konversionseinheit verfahren werden, um die gewünschte Beleuchtungswirkung erzielen zu können. Insbesondere lässt sich dadurch erreichen, dass ein Lichtintensitätsschwerpunkt auf der zweiten Spiegeleinheit in beliebiger Weise verfahren werden kann, um die gewünschte Beleuchtungskulisse einstellen zu können.
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Die zweite Spiegeleinheit dient zum Umlenken des Konversionslichtes zur Lichtaustrittsöffnung. Vorzugsweise ist die zweite Spiegeleinheit ebenfalls einstellbar ausgebildet, insbesondere nach Art eines Digital Mirror Device (DMD), so dass eine hochflexible Einstellmöglichkeit für die vorgebbare Beleuchtungskulisse bereitgestellt werden kann. Mit der Erfindung ist es möglich, den Lichtintensitätsschwerpunkt auf dem DMD in beliebiger Weise zu verschieben, um dadurch die vorgebbare Beleuchtungskulisse sehr flexibel einstellen zu können. Zugleich ermöglicht es diese Ausgestaltung, den Kontrast für die Einstellung der gewünschten Beleuchtungskulisse weiter zu verbessern.
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Zum Einstellen der orthogonalen Schwenkrichtungen kann vorgesehen sein, dass die Reflexionsposition durch Verschwenken um vorgebbare Winkel vorgenommen werden kann. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die Einstellbarkeit durch Verschieben der Reflexionsposition in die orthogonalen Richtungen realisiert ist. Natürlich können diese Möglichkeiten auch miteinander kombiniert sein.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Stelleinheit ausgebildet ist, die erste Spiegeleinheit zum Einnehmen einer vorgegebenen Reflexionsposition für die Dauer eines vorgebbaren Zeitraums einzustellen. Dadurch kann auf einfache Weise die Intensität der Erzeugung von Konversionslicht durch die Konversionseinheit beeinflusst werden. Es lassen sich auf diese Weise Lichtintensitätsschwerpunkte bilden, die das Einstellen nahezu beliebiger Beleuchtungskulissen ermöglichen. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Stelleinheit entsprechend angesteuert wird und beispielsweise in einer Position für die Dauer des vorgebbaren Zeitraums angehalten wird. Ergänzt werden kann diese Ausgestaltung dadurch, dass zugleich auch eine Intensität des erzeugten Laserlichts entsprechend variiert wird. Dadurch lassen sich sehr hohe Intensitätsunterschiede realisieren, wodurch der Kontrast der Beleuchtungskulisse weiter verbessert werden kann.
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Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinrichtung eine an die Stelleinheit angeschlossene Steuereinheit zum Bereitstellen eines Steuersignals für die Stelleinheit zum Einstellen der Reflexionsposition und/oder des vorgebbaren Zeitraums entsprechend der vorgebbaren Beleuchtungskulisse auf. Durch die Steuereinheit kann die Flexibilität der Ansteuerung der Stelleinheit weiter verbessert werden. Insbesondere können durch die Steuereinheit Steuersignale für die Aktuatoren der Stelleinheit erzeugt werden, damit die vorgebbare Beleuchtungskulisse in gewünschter Weise erzeugt werden kann. Darüber hinaus kann die Steuereinheit vorgesehen sein, aus vorgegebenen Daten eine Beleuchtungskulisse und daraus entsprechende Steuersignale zu ermitteln beziehungsweise zu berechnen. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit eine Rechnereinheit sowie auch eine Schnittstelleneinheit zur Eingabe von Daten aufweisen. Der vorgebbare Zeitraum kann sich beispielsweise über einen Zeitraum in einem Bereich von etwa 10 μs bis etwa 5 ms liegen. Die Steuereinheit kann hierfür eine elektronische Hardwareschaltung und/oder eine Rechnereinheit aufweisen, die programmierbar ist und unter Nutzung eines Rechnerprogramms die erforderliche Berechnung durchführen kann. An die Steuereinheit kann ferner die Laserlichtquelle angeschlossen sein. Hierdurch kann erreicht werden, dass zugleich ein die Laserlichtquelle gesteuert werden kann, vorzugsweise im Hinblick auf eine Intensität des erzeugten Laserlichts.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die erste Spiegeleinheit eine Mikrospiegelanordnung aufweisen. Mit der Mikrospiegelanordnung ist es möglich, auf einfache Weise eine Einstellbarkeit der ersten Spiegeleinheit zu realisieren, die sich für die Anwendung bei Laserlicht besonders eignet. Darüber hinaus kann mit der Mikrospiegelanordnung eine Einstellbarkeit mit geringer Steuerenergie erreicht werden. Vorzugsweise weist die Mikrospiegelanordnung eine quasi statisch einstellbare Achse sowie eine zweite resonant betreibbare Achse auf. Dadurch lässt sich mit der Mikrospiegelanordnung nahezu jedes beliebige Aktivierungsmuster durch Laserlicht auf der Konversionseinheit erzeugen. Zugleich ermöglicht es die Mikrospiegelanordnung, eine sehr kompakte und robuste Bauform der Beleuchtungseinrichtung zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zwischen der Konversionseinheit und der zweiten Spiegeleinheit eine Sammellinse zum Umlenken des von der Konversionseinheit emittierten Konversionslichts zur zweiten Spiegeleinheit angeordnet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass von der Konversionseinheit emittiertes Konversionslicht gesammelt wird und möglichst vollständig der zweiten Spiegeleinheit zugeführt werden kann. Insgesamt kann dadurch der Wirkungsgrad verbessert werden, obwohl die Lichtintensitätsschwerpunkte der Konversionseinheit nahezu beliebig variieren können. Die Sammellinse kann als gewöhnliche Sammellinse, als Fresnel-Linse, als Linsenanordnung mit unterschiedlichen konvexen und konkaven Linen und/oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Sammellinse aus einem Werkstoff gebildet, der für das Konversionslicht eine geringe chromatische Aberration aufweist. Dadurch kann über die gesamte Beleuchtungskulisse gewährleistet werden, dass die spektrale Zusammensetzung des Konversionslichts im Wesentlichen konstant ist.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die zweite Spiegelanordnung eine Multimikrospiegelanordnung, beispielsweise ein DMD oder dergleichen, aufweist. Dies ermöglicht ergänzende Einstellungen in Bezug auf die Beleuchtungskulisse, wodurch die Flexibilität insgesamt verbessert werden kann. Besonders vorteilhaft ist die Multimikrospiegelanordnung durch einen DMD gebildet, wodurch sich nicht nur die Flexibilität hinsichtlich der Darstellbarkeit von Beleuchtungskulissen weiter erhöht, sondern zugleich auch der Kontrast von darzustellenden Beleuchtungskulissen weiter erhöht werden kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale sind der vorliegenden Beschreibung eines Ausbildungsbeispiels zu entnehmen.
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Es zeigt die einzige Figur in einer schematischen Prinzipschaltbilddarstellung eine Beleuchtungseinrichtung nach Art eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung.
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In der einzigen Figur ist schematisch in Prinzipschaltbilddarstellung eine Beleuchtungseinrichtung 10 zum Erzeugen einer vorgebbaren Beleuchtungskulisse gemäß der Erfindung dargestellt, die vorliegend einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs bildet. Der Scheinwerfer 10 umfasst eine Laserlichtquelle 12 zum Erzeugen von Laserlicht 14, eine Lichtaustrittsöffnung 20, die durch eine transparente Glasscheibe gebildet ist, die ein nicht weiter dargestelltes Gehäuse des Scheinwerfers 10 nach außen abschließt, sowie eine zwischen der Laserlichtquelle 12 und der Lichtaustrittsöffnung 20 angeordnete Konversionseinheit 16 zum Erzeugen von Konversionslicht 18 infolge einer Beaufschlagung mit dem Laserlicht 14. Zwischen der Laserlichtquelle 12 und der Konversionseinheit 16 ist als erste Spiegeleinheit eine Mikrospiegeleinheit 22 zum Umlenken des von der Laserlichtquelle 12 erzeugten Laserlichts 14 zur Konversionseinheit 16 angeordnet. Ferner ist zwischen der Konversionseinheit 16 und der Lichtaustrittsöffnung 20 als zweite Spiegeleinheit ein DMD 24 zum Umlenken des Konversionslichts 18 zur Lichtaustrittsöffnung 20 angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist die Mikrospiegelanordnung 22 hinsichtlich ihrer Reflexionsposition in zwei orthogonale Schwenkrichtungen einstellbar ausgebildet. Zu diesem Zweck umfasst die Mikrospiegeleinheit 22 eine Stelleinheit 26 zum Einstellen der Reflexionsposition der Mikrospiegelanordnung 22 zum Erzeugen der vorgebbaren Beleuchtungskulisse.
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Vorliegend ist vorgesehen, dass die Stelleinheit 26 ausgebildet ist, die Mikrospiegelanordnung 22 zum Einnehmen einer vorgegebenen Reflexionsposition für die Dauer eines vorgebbaren Zeitraums einzustellen. Zu diesem Zweck ist die Stelleinheit 26 an eine Steuereinheit 28 angeschlossen, die dem Bereitstellen eines Steuersignals für die Stelleinheit 26 zum Einstellen der Reflexionsposition und eines vorgebbaren Zeitraums entsprechend der vorgebbaren Beleuchtungskulisse dient. Nicht dargestellt ist, dass mittels der Steuereinheit zugleich auch eine Intensität der Laserlichterzeugung durch die Laserlichtquelle 12 eingestellt werden kann.
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Mittels der Stelleinheit 26 kann die Reflexionsposition der Mikrospiegelanordnung 22 derart eingestellt werden, dass das reflektierte Laserlicht 14 in nahezu beliebiger Weise auf der Konversionseinheit 16 auftreffen kann. Dadurch können Beleuchtungsmuster erzeugt werden, insbesondere auch Lichtintensitätsschwerpunkte, um die gewünschte Beleuchtungskulisse einstellen zu können.
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Zwischen der Konversionseinheit 16 und dem DMD 24 ist eine Sammellinse 30 zum Umlenken des von der Konversionseinheit 16 emittierten Konversionslichts 18 zum DMD 24 angeordnet. Die Sammellinse 30 sammelt das von der Konversionseinheit 16 emittierte Konversionslicht 18 und fokussiert dieses auf den DMD 24. Zum Zwecke des Einstellens des DMD's 24 ist dieser ebenfalls an die Steuereinheit 28 angeschlossen. Dadurch ist es möglich, in hochflexibler Weise nahezu beliebige Beleuchtungskulissen bei hohem Kontrast erzeugen zu können. Dadurch kann insbesondere auch ein Nutzungsgrad des DMD's 24 optimiert werden, und zwar beispielsweise dadurch, dass eine Dimmung über einzelne Spiegelelemente des DMDs 24 nicht realisiert zu werden braucht.
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Insgesamt kann vorteilhaft erreicht werden, dass ein Lichtschwerpunkt verschoben werden kann, eine Effizient beziehungsweise ein Nutzungsgrad des DMD's 24 optimiert werden kann.
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Die Mikrospiegelanordnung 22 kann insbesondere ein multioptoelektronisches mechanisches System (MOEM-System) sein.
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Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Natürlich können Funktionen insbesondere auch in Bezug auf das orthogonale Einstellen der Reflexionsposition variieren, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen. Darüber hinaus ist die Erfindung natürlich nicht für die Anwendung bei Fahrzeugen beschränkt zu sehen, sondern sie kann natürlich auch bei anderen Beleuchtungseinrichtungen, insbesondere bei Gebäudebeleuchtungseinrichtungen oder dergleichen zum Einsatz kommen.
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Weiterhin kann natürlich vorgesehen sein, dass sämtliche Einheiten der Beleuchtungsvorrichtung im Scheinwerfer des Fahrzeugs integriert angeordnet sind. Dadurch kann eine autarke Einheit geschaffen werden.
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Schließlich ist anzumerken, dass die für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gleichermaßen für das entsprechende Verfahren gelten und umgekehrt. Insbesondere können für Vorrichtungsmerkmale entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013016277 A1 [0002]
- EP 2063170 A2 [0003]
- WO 2014/121315 A1 [0003]
- WO 2015/000006 A1 [0003]
- DE 102010028949 A1 [0003]
