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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters. Die Vorrichtung kann insbesondere als ein adaptiver Scheinwerfer oder als Teil eines adaptiven Scheinwerfers, insbesondere in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Die Vorrichtung kann außerdem als eine Rückleuchte oder als Teil einer Rückleuchte, oder als Richtungswechselanzeiger (Blinker) oder als Teil eines Blinkers in einem Fahrzeug eingesetzt werden.
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Stand der Technik
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In modernen Scheinwerfersystemen für Fahrzeuge werden zum Teil adaptive Scheinwerfersysteme eingesetzt, welche es erlauben, eine Leuchtrichtung oder ein Beleuchtungsprofil des Scheinwerfersystems dynamisch an eine Verkehrssituation anzupassen. Beispielsweise wird bei dem sogenannten Kurvenlicht ein Fahrzeugscheinwerfer so gesteuert, dass dessen Lichtkegel einer Kurve folgt, die das Fahrzeug mit dem Scheinwerfer gerade befährt, statt tangential aus der Kurve hinaus zu leuchten.
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Scheinwerfersysteme, die in der Lage sind, Lichtmuster zu projizieren, die an das Verkehrsgeschehen anpassbar sind, können beispielsweise so gesteuert werden, dass ein entgegenkommendes Fahrzeug gezielt von dem Lichtkegel des Scheinwerfersystems ausgenommen wird.
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In der
US 2010/079 836 A1 ist ein Laserscanner zum Projizieren eines Lichtmusters beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
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Demgemäß ist eine Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters vorgesehen, mit: einer Lasereinrichtung, mittels welcher verschiedenfarbige Laserstrahlen erzeugbar sind; wobei die erzeugten Laserstrahlen miteinander zu einem kombinierten Laserstrahl kombinierbar sind oder kombiniert werden; einer aktuierbaren Ablenkeinrichtung zum Ablenken des auf die Ablenkeinrichtung auftreffenden kombinierten Laserstrahls zum Abrastern eines Raumwinkelbereichs gemäß dem zu projizierenden Lichtmuster; und einer Streuscheibe, welche im Weg des abgelenkten kombinierten Laserstrahls nach der Ablenkeinrichtung angeordnet ist.
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Die Lasereinrichtung kann insbesondere dazu ausgelegt sein, einen roten, einen grünen und einen blauen Laserstrahl zu erzeugen. In diesem Fall ist die Lasereinrichtung auch als RGB-Lasereinrichtung bezeichenbar. Unter rotem Licht wird insbesondere Licht mit einer Wellenlänge zwischen 700 und 630 nm verstanden, unter grünem Licht insbesondere Licht mit einer Wellenlänge zwischen 560 und 490 nm und unter blauem Licht insbesondere Licht mit einer Wellenlänge zwischen 490 und 450 nm.
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Des Weiteren ist ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters vorgesehen, mit den Schritten: Steuern einer Lasereinrichtung zum Erzeugen verschiedenfarbiger Laserstrahlen, insbesondere eines roten, eines grünen und eines blauen Laserstrahls; Kombinieren der erzeugten Laserstrahlen miteinander zu einem kombinierten Laserstrahl; und Ablenken des kombinierten Laserstrahls zum Abrastern eines Raumwinkelbereichs gemäß dem zu projizierenden Lichtmuster derart, dass der abgelenkte kombinierte Laserstrahl auf eine Streuscheibe auftrifft.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, Laserlicht, z.B. weißes Laserlicht, zum Projizieren des zu projizierenden Lichtmusters zu verwenden, beispielsweise als Scheinwerferlicht, ohne dass ein Phosphor-Konverter bereitgestellt werden und verwendet werden muss. Phosphor-Konverter werden üblicherweise eingesetzt, um aus blauem Laserlicht das gewünschte weiße Laserlicht zu erzeugen. Wie jede Konversion geht auch diese mit einem verringerten Gesamtwirkungsgrad einher. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt ohne einen Phosphor-Konverter ausgebildet ist, kann somit die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert werden. Gegenüber Scheinwerfern, welche Phosphor-Konverter umfassen, kann außerdem eine erhöhte Auflösung des zu projizierenden Lichtmusters ermöglicht werden.
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Die Verwendung der Streuscheibe in der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt sicher, dass die zum Projizieren des Lichtmusters ausgesendeten Lichtstrahlen bzw. Laserstrahlen, das heißt zum Beispiel das Scheinwerferlicht, mit verringerter Energiedichte gegenüber den ursprünglich erzeugten Laserstrahlen ausgesendet wird. Dadurch kann beispielsweise ein blendfreies Fernlicht mit den entsprechenden Bestimmungen konform ausgebildet werden.
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Zudem ermöglicht die Streuscheibe das Verringern des unerwünschten Speckle-Effekts, der entsteht, wenn kohärentes Laserlicht ausgesendet wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist im Weg des abgelenkten kombinierten Laserstrahls eine Auskoppeleinrichtung der Vorrichtung angeordnet, welche durch das Abrastern des Raumwinkelbereichs abgerastert wird. Dabei kann die Auskoppeleinrichtung so angeordnet sein, dass der in den abzurasternden Raumwinkelbereich ausgesendete Laserstrahl stets auch auf die Auskoppeleinrichtung trifft. Alternativ kann vorgesehen sein, dass nur ein Teil des abzurasternden Raumwinkelbereichs mit der Auskoppeleinrichtung überlappt. Die Auskoppeleinrichtung ist zum Auskoppeln des auf sie treffenden Laserstrahls aus der Vorrichtung heraus ausgelegt oder eingerichtet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Auskoppeleinrichtung eine Optik auf, oder besteht aus einer Optik, wobei die Streuscheibe im Strahlengang des abgelenkten kombinierten Laserstrahls zwischen der Ablenkeinrichtung und der Optik angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Auskoppeleinrichtung eine Optik auf, oder besteht aus einer Optik, in welche die Streuscheibe integriert ist. Die Streuscheibe kann beispielsweise durch aufrauendes Polieren einer Linse der Optik bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zwischen der Ablenkeinrichtung und der Streuscheibe eine telezentrische F-Theta-Linse angeordnet. Somit kann sichergestellt werden, dass der kombinierte Laserstrahl auf die Streuscheibe fokussiert wird und dass der kombinierte Laserstrahl orthogonal auf die Streuscheibe auftrifft.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Streuscheibe Glas auf oder besteht Glas, insbesondere aus poliertem satiniertem Glas. Insbesondere kann die Streuscheibe N-BK7-Glas von der Firma Schott aufweisen oder aus N-BK7-Glas bestehen. Das satinierte Glas kann insbesondere mit Korund-Körnern poliert sein. Die Streuscheibe kann auch Glas aufweisen, auf welchem oder an welchem eine Polymerstruktur angebracht ist („Polymer-on-glass“-Technologie).
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Streuscheibe für Abstrahlwinkel des abgelenkten kombinierten Laserstrahls nach Durchqueren der Streuscheibe mit einem Betrag zwischen 0° und einem ersten Abstrahlwinkelbetragswert eine normierte optische Transmissionsleistung von mehr als 0,5 auf, insbesondere von mehr als 0,6, besonders bevorzugt von mehr als 0,7. Der erste Abstrahlwinkelbetragswert ist größer oder gleich fünf Grad, bevorzugt größer oder gleich zehn Grad, insbesondere größer oder gleich fünfzehn Grad.
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Unter der normierten optischen Transmission ist eine optische Transmissionsleistung zu verstehen, welche so normiert ist, dass das Maximum der optischen Transmission auf den Wert 1,0 und das Minimum auf den Wert 0,0 gelegt ist.
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Weiterhin weist die Streuscheibe vorzugsweise für Abstrahlwinkel des abgelenkten kombinierten Laserstrahls nach Durchqueren der Streuscheibe mit einem Betrag größer gleich einem zweiten Abstrahlwinkelbetragswert eine normierte optische Transmissionsleistung von weniger als 0,5 auf, insbesondere von weniger als 0,3, besonders bevorzugt von weniger als 0,2. Der zweite Abstrahlwinkelbetragswert ist gleich dem ersten Abstrahlwinkelbetragswert oder ist, bevorzugt, größer als der erste Abstrahlwinkelbetragswert. Der zweite Abstrahlwinkelbetragswert ist bevorzugt größer oder gleich fünf Grad, besonders bevorzugt größer oder gleich zehn Grad, insbesondere größer oder gleich fünfzehn Grad oder größer oder gleich zwanzig Grad. Der zweite Abstrahlwinkelbetragswert ist außerdem bevorzugt kleiner oder gleich dreißig Grad, besonders bevorzugt kleiner oder gleich fünfundzwanzig Grad, insbesondere kleiner oder gleich zwanzig Grad.
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Der erste und/oder der zweite Abstrahlwinkelbetragswert liegen bevorzugt beide zwischen 10° und 20°, insbesondere zwischen 15° und 20°. Alternativ, oder zusätzlich, sind der erste und/oder der zweite Abstrahlwinkelbetragswert voneinander bevorzugt weniger als 10°, insbesondere weniger als 5° voneinander entfernt. Grundsätzlich sind solche Konfigurationen besonders bevorzugt, welche einen besonders steilen Abfall der normierten optischen Transmissionsleistung zur Folge haben.
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Besonders bevorzugt ist außerdem eine rotationssymmetrische Verteilung der normierten optischen Transmissionsleistung, d.h. eine Verteilung, welche nur von dem Betrag des Abstrahlwinkels, nicht aber von der Orientierung des Abstrahlwinkels um die Normale auf die Streuscheibe herum abhängt. Für andere Anwendungen kann die Streuscheibe auch zum Ausbilden einer rechteckigen, insbesondere quadratischen, Verteilung der optischen Transmission konfiguriert sein.
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Die beschriebenen Eigenschaften der Streuscheibe in Bezug auf die normierte optische Transmissionsleistung sind vorteilhaft zum Ausbilden eines vorteilhaften Strahlprofils durch die Streuscheibe. Einerseits ist ein besonders enges Abstrahlprofil, das heißt eine um 0° schnell abfallende normierte optische Transmissionsleistung, vorteilhaft, um mit hoher Auflösung das Lichtmuster zu projizieren. Andererseits kann sich bei solchen engen Strahlprofilen eine unerwünscht hohe Lichtintensität, insbesondere bei 0°, ergeben. Die genannten Abstrahleigenschaften der Streuscheibe ermöglichen eine vorteilhafte Balance zwischen diesen beiden sich widerstrebenden Interessen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt oder eingerichtet, ein Steuersignal bereitzustellen, z.B. zu erzeugen, und an die Lasereinrichtung zu übermitteln; wobei die Lasereinrichtung dazu eingerichtet oder ausgelegt ist, die verschiedenfarbigen Laserstrahlen basierend auf dem Steuersignal zu erzeugen. Somit ist beispielsweise eine Farbtemperatur des kombinierten Laserstrahls, insbesondere pixelgenau, einstellbar. Dadurch können beispielsweise interessierende Bereiche des Lichtmusters mit einer anderen Farbtemperatur projiziert werden als weniger interessierende Bereiche.
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Bevorzugt stellt die Steuereinrichtung das Steuersignal basierend auf einem Stellungssignal bereit, welches sie von einer integrierten Schaltung der Ablenkeinrichtung erhält. Das Stellungssignal indiziert eine aktuelle Stellung einer Mikrospiegeleinrichtung der Ablenkeinrichtung. Dadurch können in bestimmte Bereiche gezielt Laserstrahlen mit bestimmten Farben oder mit bestimmten Intensitäten ausgesendet werden. Somit kann die Vorrichtung als adaptives Scheinwerfersystem fungieren oder ausgebildet sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 einen Graphen, welcher eine vorteilhafte optische Transmissionsleistungsverteilung als Funktion eines Abstrahlwinkels darstellt;
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3 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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7 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Lasereinrichtung 12, mittels welcher verschiedenfarbige Laserstrahlen 51, 52, 53 erzeugbar sind. Dabei kann es sich insbesondere um einen roten Laserstrahl 51, einen grünen Laserstrahl 52 und eine blauen Laserstrahl 53 handeln, welche jeweils Wellenlängen im entsprechenden Spektrumsbereich aufweisen. Die Vorrichtung 10 umfasst weiter eine optionale Kombiniereinrichtung 13, welche dazu ausgelegt oder eingerichtet ist, die erzeugten Laserstrahlen 51, 52, 53 zu einem kombinierten Laserstrahl 54 zu kombinieren. Bei dem kombinierten Laserstrahl 54 kann es sich insbesondere um einen Laserstrahl mit weißem Licht handeln.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine aktuierbare Ablenkeinrichtung 14 zum Ablenken des auf die Ablenkeinrichtung 14 auftreffenden kombinierten Laserstrahls 54 zum Abrastern eines Raumwinkelbereichs gemäß dem zu projizierenden Lichtmuster. Mit anderen Worten ist die Ablenkeinrichtung 14 so aktuierbar, dass der auf die Ablenkeinrichtung 14 auftreffende kombinierte Laserstrahl 54 den abzurasternden Raumwinkelbereich gemäß dem zu projizierenden Lichtmuster abrastert.
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Die Ablenkeinrichtung 14 kann dazu beispielsweise zwei hintereinander angeordnete Mikrospiegel aufweisen, von denen jeder zum Ablenken des auf den jeweiligen Mikrospiegel auftreffenden kombinierten Laserstrahls 54 in einer Dimension angeordnet ist. Dadurch, dass der kombinierte Laserstrahl 54 nacheinander auf beide Mikrospiegel trifft, ist dieser somit insgesamt in zwei Dimensionen ablenkbar, so dass nach Art eines Laserscanners der Raumwinkelbereich, beispielsweise in Zickzacklinien, abgerastert werden kann. Das Abrastern ist auch als Abfahren, Abtasten oder als Abscannen bezeichenbar.
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Ebenso kann die aktuierbare Ablenkeinrichtung 14 einen zweidimensional ablenkenden Mikrospiegel aufweisen, welcher den kombinierten Laserstrahl 54 zweidimensional ablenken kann. Ein solcher Mikrospiegel kann beispielsweise um zwei Achsen drehbar ausgebildet sein oder so verformbar sein, dass der auftreffende kombinierte Laserstrahl 54 je nach Verformung des Mikrospiegels zweidimensional ablenkbar ist. In der Ablenkeinrichtung 14 können vielfältige bekannte Vorrichtungen und Verfahren zum ein- oder zwei-dimensionalen Ablenken von Laserstrahlen 54 verwendet werden.
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Die Lasereinrichtung 12 kann zum Projizieren des Lichtmusters gezielt das Erzeugen und/oder Aussenden eines oder aller der Laserstrahlen 51, 52, 53 bei einer bestimmten Ablenkstellung der Ablenkeinrichtung 14 unterbinden, etwa um in dem Raumwinkelbereich, in den die Ablenkeinrichtung 14 den kombinierten Laserstrahl 54 bei dieser Ablenkstellung leitet, ein schwarzes Pixel (d.h. kein Licht) oder ein Pixel einer bestimmten Farbe zu erzeugen. Ebenso können alle Laserstrahlen 51, 52, 53 gleichzeitig ausgesendet werden, um entsprechend der aktuellen Ablenkstellung der Ablenkeinrichtung 14 ein weißes Pixel zu erzeugen. Indem für jede Ablenkstellung einer vorbestimmten Menge von Ablenkstellungen der Ablenkeinrichtung 14 eine bestimmte Untermenge der Laserstrahlen 51, 52, 53 erzeugt und ausgesandt bzw. nicht erzeugt oder nicht ausgesandt wird, kann ein beliebiges Lichtmuster projiziert werden, wobei jede Ablenkstellung einem einzelnen Pixel des Lichtmusters und jede Untermenge der Laserstrahlen 51, 52, 53 einer Farbgebung des jeweiligen Pixels entspricht.
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Alternativ zu der optionalen dedizierten Kombiniereinrichtung 13 können auch die Lasereinrichtung 12 und die Ablenkeinrichtung 14 zueinander so angeordnet sein, dass die Laserstrahlen 51, 52, 53 auf der Ablenkeinrichtung 14 zu dem kombinierten Laserstrahl 54 kombiniert werden.
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Die Vorrichtung 10 umfasst außerdem eine Streuscheibe 16, welche im Weg des abgelenkten kombinierten Laserstrahls 54 nach der Ablenkeinrichtung 14 angeordnet ist. Bevorzugt ist die Streuscheibe 16 derart ausgebildet und angeordnet, dass der abgelenkte kombinierte Laserstrahl 54 bei allen Ablenkstellungen der Ablenkeinrichtung 14 auf die Streuscheibe 16 auftrifft. Die Streuscheibe 16 ist auch als Diffusor bezeichenbar und kann insbesondere anhand ihres Abstrahlprofils charakterisiert werden.
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2 zeigt einen Graphen, welcher eine normierte optische Transmissionsleistung 72 als Funktion eines Abstrahlwinkels 71 zeigt, wobei der Abstrahlwinkel 71 zur Normalen auf die Streuscheibe 16 gemessen wird.
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2 zeigt eine vorteilhafte Transmissionsleistungskurve 81, d.h. eine Transmissionsleistungsverteilung, welche beispielsweise durch eine Streuscheibe 16 bereitgestellt werden kann, welche durch Ausbilden einer Polymerstruktur auf einem Glas („Polymer-on-glass“) hergestellt wurde, d.h. welche aus einer auf einem Glas angeordneten Polymerstruktur besteht oder eine auf einem Glas angeordnete Polymerstruktur aufweist. Die Polymerstruktur kann, je nach dem angestrebten Einsatzort, mit einer vordefinierten Rauigkeit ausgebildet sein, um entsprechende Streueigenschaften aufzuweisen. Über die Transmissionsleistungskurve 81 der Streuscheibe kann insbesondere eine Intensität und eine Spot-Größe des aus der Vorrichtung 10 ausgekoppelten kombinierten Laserstrahls 54 eingestellt sein.
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Transmissionsleistungskurven 81 mit einem flacheren Maximum werden bevorzugt, da diese eine geringere Energiedichte des Laserstrahls 54 bei einem Abstrahlwinkel 71 von 0° aufweisen.
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Die Streuscheibe 16 kann die im Voranstehenden beschriebenen, vorteilhaften Charakteristiken bezüglich ihrer normierten optischen Transmissionsleistung 72 für bestimmte Abstrahlwinkel 71 des abgelenkten kombinierten Laserstrahls 54 nach Durchqueren der Streuscheibe 16 aufweisen.
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Besonders bevorzugt ist eine Streuscheibe 16 mit den Charakteristiken, welche durch die Kurve 81 oder durch eine idealisierte Kurve 85 in 2 dargestellt werden.
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Demnach wird eine Streuscheibe 16 besonders bevorzugt, welche für Abstrahlwinkel 71 des abgelenkten kombinierten Laserstrahls 54 zur Normalen auf die Streuscheibe 16 nach Durchqueren der Streuscheibe 16 aufweist: für Abstrahlwinkel 71 mit einem Betrag zwischen 0° und einem ersten Abstrahlwinkelbetragswert eine normierte optische Transmissionsleistung von mehr als 0,5, insbesondere von mehr als 0,6, besonders bevorzugt von mehr als 0,7; und für Abstrahlwinkel 71 mit einem Betrag größer gleich einem zweiten Abstrahlwinkelbetragswert eine normierte optische Transmissionsleistung von weniger als 0,5, insbesondere von weniger als 0,3, besonders bevorzugt von weniger als 0,2.
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Bevorzugte Werte für den ersten und den zweiten Abstrahlwinkelwert, welche auch insbesondere für die Streuscheibe 16 gelten, wurden bereits im Voranstehenden beschrieben.
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3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 110 zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 110 ist eine Variante der Vorrichtung 10 und ist gemäß allen bezüglich der Vorrichtung 10 beschriebenen Weiterbildungen und Modifikationen anpassbar und umgekehrt.
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Die Vorrichtung 110 umfasst eine Lasereinrichtung 112, mittels welcher ein roter Laserstrahl 51, ein grüner Laserstrahl 52 und ein roter Laserstrahl 53, auch separat voneinander, erzeugbar sind. Durch eine Kombiniereinrichtung 113, welche bei der Vorrichtung 110 als eine Primäroptik ausgebildet ist, werden die erzeugten Laserstrahlen 51, 52, 53 miteinander zu dem kombinierten Laserstrahl 54 kombiniert und auf eine Ablenkeinrichtung 114 der Vorrichtung 110 gelenkt, insbesondere auf eine Mikrospiegeleinrichtung 117 der Ablenkeinrichtung 114.
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Des Weiteren kann jede Laserquelle mit einer Primäroptik versehen werden und die drei (oder mehr) Laserstrahlen 51, 52, 53 können auf der Ablenkeinrichtung 114 fokussiert werden. Damit können Kombiniereinrichtung 113 und Ablenkeinrichtung 114 zusammenfallen.
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Die Mikrospiegeleinrichtung 117 kann, wie im Vorangehenden in Bezug auf die Ablenkeinrichtung 14 der Vorrichtung 10 beschrieben, beispielsweise zwei jeweils eindimensional ablenkende Mikrospiegel und/oder einen zweidimensional ablenkenden Mikrospiegel oder dergleichen aufweisen. Die Ablenkeinrichtung 114 umfasst weiterhin eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 115 (Englisch: application-specific integrated circuit, ASIC), welche zum Aktuieren der Mikrospiegeleinrichtung 117 ausgebildet ist. Die Schaltung 115 kann beispielsweise Spulen und dergleichen aufweisen.
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Im Strahlengang des abgelenkten kombinierten Laserstrahls 54 nach der Ablenkeinrichtung 114, das heißt nach der Mikrospiegeleinrichtung 117, ist vorteilhaft zunächst eine F-Theta-Linse 119 angeordnet, auf welche eine Streuscheibe 116 folgt. Die Streuscheibe 116 kann ebenso ausgebildet sein wie in Bezug auf die Streuscheibe 16 der Vorrichtung 10 beschrieben.
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Die Schaltung 115 ist dazu ausgelegt, ein erstes Steuersignal zu empfangen oder zu erzeugen, basierend auf welchem die Ablenkeinrichtung 114, insbesondere die Mikrospiegeleinrichtung 117, mittels der integrierten Schaltung 115 aktuiert wird, den Raumwinkelbereich, insbesondere die F-Theta-Linse 119, basierend auf dem ersten Steuersignal abzurastern. Das erste Steuersignal kann somit das zu projizierende Lichtmuster indizieren, beispielsweise kann ein bestimmter Teil-Raumwinkelbereich basierend auf dem ersten Steuersignal mit erhöhter Auflösung abgerastert werden, etwa um ein besonders deutliches Anleuchten des Objektes durch den aus der Auskoppeleinrichtung 120 ausgekoppelten Laserstrahl 54 zu ermöglichen.
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Die Vorrichtung 110 umfasst weiterhin eine Auskoppeleinrichtung 120, welche dazu ausgelegt oder eingerichtet ist, den aus der Streuscheibe 116 austretenden kombinierten Laserstrahl 54 aus der Vorrichtung 110 auszukoppeln. Die Auskoppeleinrichtung 120 umfasst, oder besteht aus, einer zweiten Optik 122, welche auch als Sekundäroptik bezeichenbar ist. Die Vorrichtung 110 kann insbesondere als Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs ausgebildet sein.
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Sowohl die Lasereinrichtung 112 als auch die integrierte Schaltung 115 sind mit einer Steuereinrichtung 130 der Vorrichtung 110 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 130 ist dazu eingerichtet oder ausgelegt, die Lasereinrichtung 112 zu steuern. Dazu kann die Steuereinrichtung 130 von der Schaltung 115 ein Stellungssignal empfangen, welches eine aktuelle Stellung der Mikrospiegeleinrichtung 117 der Ablenkeinrichtung 114 indiziert. Die Steuereinrichtung 130 kann dazu ausgelegt sein, die Lasereinrichtung 112 – zumindest auch – basierend auf dem Stellungssignal, d.h. basierend auf der aktuellen Stellung der Mikrospiegeleinrichtung 117 zu steuern.
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Die Steuereinrichtung 130 kann somit dazu ausgelegt oder eingerichtet sein, ein zweites Steuersignal zu erzeugen und an die Lasereinrichtung 112 zu übermitteln. Basierend auf dem zweiten Steuersignal kann die Lasereinrichtung 112 gesteuert werden, einzelne Pixel, das heißt Teil-Raumwinkelbereiche, mit jeweils unterschiedlichen Farbtemperaturen zu beleuchten. Beispielsweise kann mittels des zweiten Steuersignals die Lasereinrichtung 112 dazu gesteuert werden, zu bestimmten Zeitpunkten überhaupt keinen Laserstrahl 51, 52, 53 zu erzeugen, so dass das zu projizierende Lichtmuster dunkle Bereiche aufweist, beispielsweise um bestimmte Objekte von der Beleuchtung durch die Vorrichtung 110 auszunehmen.
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Ebenso kann die Lasereinrichtung 112 basierend auf dem zweiten Steuersignal dazu gesteuert werden, zu bestimmten Zeiten nur eine Untermenge der erzeugbaren verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 zu erzeugen, beispielsweise nur den roten Laserstrahl 51 und den grünen Laserstrahl 52. Auch eine relative Intensität der erzeugten verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 zueinander kann durch die Lasereinrichtung 112 basierend auf dem zweiten Steuersignal angepasst werden.
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Das erste und das zweite Steuersignal können durch die Schaltung 115 oder die Steuereinrichtung 130 beispielsweise basierend auf einem jeweiligen Eingangssignal erzeugt werden, welches durch eine Schnittstelleneinrichtung 132 der Vorrichtung 110 an die Schaltung 115 oder, entsprechend, die Steuereinrichtung 130 von außerhalb der Vorrichtung 110 übermittelt wird. Dieses jeweilige Eingangssignal kann beispielsweise ein Signal einer Fahrzeugsteuerung des Fahrzeugs sein, in welches die Vorrichtung 110 integriert ist.
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Statt das erste und/oder das zweite Steuersignal zu erzeugen, können die Schaltung 115 und die Steuereinrichtung 130 auch dazu ausgelegt oder eingerichtet sein, das erste und/oder das zweite Steuersignal über die Schnittstelleneinrichtung 132 zu empfangen und das oder die Steuersignal(e) somit im Rahmen des Bereitstellens lediglich zu übermitteln.
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4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 210 zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 210 ist eine Variante der Vorrichtung 110 und ist gemäß allen in Bezug auf die Vorrichtung 110 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt. Die Vorrichtung 210 unterscheidet sich von der Vorrichtung 110 in der Ausbildung einer Streuscheibe 216 der Vorrichtung 210 sowie einer Auskoppeleinrichtung 220 der Vorrichtung 210 mit einer zweiten Optik 222, bzw. Sekundäroptik, der Auskoppeleinrichtung 220.
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Bei der Vorrichtung 210 ist die Streuscheibe 216 nicht, wie bei der Vorrichtung 110, zwischen der optionalen F-Theta-Linse 119 und der Auskoppeleinrichtung 120 der Vorrichtung 110 angeordnet. Stattdessen ist die Streuscheibe 216 der Vorrichtung 210 in die Auskoppeleinrichtung 220 der Vorrichtung 210 integriert. Insbesondere kann die Streuscheibe 216 an der Sekundäroptik 222 der Auskoppeleinrichtung 220 angeordnet oder in diese integriert sein. Beispielsweise kann eine Linse der Sekundäroptik 222 durch Polieren mit Korund-Körnern zu der Streuscheibe 216 ausgebildet werden. Die Streuscheibe 216 ist ebenso ausbildbar wie im voranstehenden in Bezug auf die Streuscheibe 16 der Vorrichtung 10 beschrieben.
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5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 210‘ zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Vorrichtung 210‘ ist eine Variante der Vorrichtung 210 und unterscheidet sich von dieser in der Ausgestaltung einer Auskoppeleinrichtung 220‘ anstelle der Auskoppeleinrichtung 220. Die Auskoppeleinrichtung 220‘ weist keine Sekundäroptik auf, sondern nur die Streuscheibe 216‘ der Vorrichtung 210‘, welche in einer beliebigen Gestalt ausgebildet sein kann.
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Die Vorrichtung 210‘ eignet sich insbesondere zur Verwendung als Rückleuchte oder als Richtungswechselanzeiger (Blinker) eines Fahrzeugs. Dabei kann die Auskoppeleinrichtung 220‘ zwischen Karosserieteilen 91 eines Fahrzeugs eingefügt sein. Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Fahrzeug mit einer darin eingebauten erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der damit eingebauten Vorrichtung 210‘.
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Anstelle einer F-Theta-Linse 119 kann zudem zwischen der Ablenkeinrichtung 114 der Vorrichtung 210‘ und der Auskoppeleinrichtung 220‘ ein Linsensystem 219 angeordnet sein, welches mindestens eine Linse umfasst und welches dazu eingerichtet oder ausgelegt ist, den abgelenkten kombinierten Laserstrahl 54 aufzufächern und auf die Streuscheibe 216‘ zu projizieren.
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6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 310 zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 310 ist eine Variante der Vorrichtung 110 und umfasst im Vergleich zu dieser weitere Merkmale. Es soll verstanden werden, dass die Vorrichtung 310 stattdessen auch als Variante der Vorrichtung 210 entsprechend ausgebildet werden könnte, das heißt mit einer in die Auskoppeleinheit 220 integrierten Streuscheibe 216. Dementsprechend ist die Vorrichtung 310 gemäß allen in Bezug auf die Vorrichtungen 110 und 210 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt.
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Bei der Vorrichtung 310 empfängt die Schnittstelleneinrichtung 132 das Eingangssignal von einer Fahrerassistenz-Steuereinheit 134, welche das Eingangssignal erzeugt oder übermittelt. Die Fahrerassistenz-Steuereinheit 134 ist über einen Bus 138, beispielsweise einen CAN-Bus, beispielsweise an eine Kamera eines Fahrerassistenzsystems (FAS, Englisch: „Advanced Driver Assistance System“, ADAS) und/oder weitere Recheneinheiten beispielsweise eines Fahrzeugs, angeschlossen, basierend auf deren Informationen und Signalen die Fahrerassistenz-Steuereinheit 134 das Eingangssignal erzeugt. Der Bus 138 kann, ganz oder teilweise, als Teil der Vorrichtung 310, d.h. in die Vorrichtung 310 integriert ausgebildet sein.
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Die Vorrichtung 310 umfasst weiterhin eine weitere Steuereinheit 136, welche zum Steuern einer LED-Einrichtung der Vorrichtung 310 ausgebildet ist. Die LED-Einrichtung der Vorrichtung 310 besteht aus, oder umfasst, ein erstes LED-Segment 141 zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls 55, sowie ein zweites LED-Segment 142 zum Erzeugen eines zweiten Lichtstrahls 56. Der erste Lichtstrahl 55 wird durch eine dritte Optik 143 der Vorrichtung 310 aus der Vorrichtung 310 ausgekoppelt. Der zweite Lichtstrahl 56 wird durch eine vierte Optik 144 aus der Vorrichtung 310 ausgekoppelt.
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Die weitere Steuereinheit 136 kann ebenfalls an den Bus 138 angeschlossen sein, um von den genannten externen Vorrichtungen wie zum Beispiel der Fahrerassistenzkamera Informationen bzw. Signale zu erhalten, basierend auf welchen die weitere Steuereinheit 136 das erste und das zweite LED-Segment 141, 142 steuert.
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Wie im rechten Teil von 6 dargestellt, ist die Vorrichtung 310 dazu eingerichtet oder ausgelegt, verschiedene Bereiche 193, 194, 195 des Umfelds der Vorrichtung 310, insbesondere eines Fahrzeugs, in welches die Vorrichtung 310 integriert ist, mit unterschiedlichen Beleuchtungsmitteln zu beleuchten. So wird ein zentraler Bereich 193, welcher einem Fernbereich entspricht, in welchem sich bei Geradeausfahrt mit der größten Wahrscheinlichkeit entgegenkommende Fahrzeuge 191 oder vorausfahrende Fahrzeuge 192 befinden, mittels des durch die Auskoppeleinrichtung 120 ausgekoppelten kombinierten Laserstrahls 54 beleuchtet. Ein Nahbereich 194 unmittelbar vor der Vorrichtung 310 wird durch den zweiten Lichtstrahl 56 des zweiten LED-Elements 142 beleuchtet. Ein Fernbereich 195, welcher dem durch den Laserstrahl 54 beleuchteten zentralen Bereich flankiert, wird durch den ersten Lichtstrahl 55 aus dem ersten LED-Segment 141 beleuchtet. Auf diese Weise ist für jeden der verschiedenen Bereiche 193, 194, 195 des Umfelds der Vorrichtung 310 ein entsprechendes Beleuchtungsmittel optimal anpassbar, insbesondere in Bezug auf seine Lichtintensität, Lichtfarbe, Auflösung und dergleichen.
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7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das Verfahren gemäß 7 ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer der Vorrichtungen 10; 110; 210; 310 durchführbar und ist gemäß allen in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt.
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In einem Schritt S01 wird eine Lasereinrichtung 12; 112 zum Erzeugen verschiedenfarbiger Laserstrahlen 51, 52, 53 gesteuert, insbesondere zum Erzeugen eines roten Laserstrahls 51, eines grünen Laserstrahls 52 und/oder eines blauen Laserstrahls 53.
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In einem Schritt S02 werden die erzeugten Laserstrahlen 51, 52, 53 miteinander zu einem kombinierten Laserstrahl 54 kombiniert, beispielsweise mittels der Kombiniereinrichtung 13; 113 der Vorrichtungen 10; 110; 210; 310.
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In einem Schritt S03 wird der kombinierte Laserstrahl 54 zum Abrastern eines Raumwinkelbereichs gemäß dem zu projizierenden Lichtmuster abgelenkt, beispielsweise mittels der aktuierbaren Ablenkeinrichtung 14; 114 einer der Vorrichtungen 10; 110; 210; 310. Das Steuern S01 der Lasereinrichtung 12; 112 kann insbesondere basierend auf einem Stellungssignal erfolgen, welches z.B. eine aktuelle Stellung einer Mikrospiegeleinrichtung 117 der Ablenkeinrichtung 14; 114 indiziert.
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Dabei wird der kombinierte Laserstrahl 54 derart abgelenkt, dass der abgelenkte kombinierte Laserstrahl 54 auf eine Streuscheibe 16; 116; 216 auftrifft, wobei die Streuscheibe 16; 116; 216 so ausgebildet sein kann wie in Bezug auf die Streuscheibe 16 der Vorrichtung 10 beschrieben.
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In einem optionalen Schritt S04 wird das Ablenken S03 des kombinierten Laserstrahls 54 basierend auf einem ersten Steuersignal angepasst. Das erste Steuersignal kann das zu projizierende Lichtmuster indizieren. Das erste Steuersignal kann beispielsweise durch die Schnittstelleneinrichtung 132 der Vorrichtungen 110; 210; 310 bereitgestellt werden.
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In einem optionalen Schritt S05 wird die Lasereinrichtung 12; 112 dazu gesteuert, die verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 basierend auf einem zweiten Steuersignal zu erzeugen. Das zweite Steuersignal kann durch die Steuereinrichtung 130 der Vorrichtungen 110; 210; 310 bereitgestellt werden. Das zweite Steuersignal kann insbesondere, ganz oder teilweise, das zu projizierende Lichtmuster indizieren. Insbesondere kann die Lasereinrichtung 12; 112 dazu gesteuert werden, nur eine Untermenge der erzeugbaren verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 zu erzeugen, beispielsweise auch die leere Menge. Das zweite Steuersignal kann insbesondere auf dem Stellungssignal basieren, sodass die verschiedenfarbigen Laserstrahlen 51, 52, 53 zumindest auch in Abhängigkeit von der aktuellen Stellung der Ablenkeinrichtung 14; 114 gesteuert werden können.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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