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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters, insbesondere ein adaptives Laserscheinwerfermodul und ein Verfahren zum Steuern eines adaptiven Laserscheinwerfermoduls.
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Stand der Technik
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Lichtstrahlen sollen häufig mit bestimmten Mustern erzeugt, ausgesendet oder projiziert werden. Zum einen kann dies beispielsweise zum Projizieren von vorbestimmten Bildinformationen, zum Beispiel eines Fotos oder Films, mit einem Laserprojektor erfolgen. Zum anderen werden etwa für adaptive Scheinwerfer Leuchtstoffe gemäß einstellbaren Pixelmustern angestrahlt, um einer jeweils aktuellen Fahrsituation angepasste Scheinwerferstrahlen auszusenden, zum Beispiel für eine Kurvenlicht-Funktion.
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Bei Laserscannern wird üblicherweise ein Laserstrahl erzeugt und über eine Mikrospiegeleinrichtung zum Abtasten eines Bildschirms, einer optischen Einrichtung oder eines Leuchtstoffs abgelenkt. Dabei durchquert der Laserstrahl auf dem Bildschirm oder dergleichen nacheinander Positionen, welche einzelnen Pixeln des zu projizierenden Bildes oder Musters entsprechen. Durch Steuern des Laserstrahls, insbesondere durch Ein- oder Ausschalten des Laserstrahls, kann das entsprechende Bild oder Muster projiziert werden, nämlich als Gesamtheit von allen Positionen, in welchen der Laserstrahl aktiviert ist (weißes Pixel) oder nicht aktiviert ist (schwarzes Pixel). Verschiedenfarbige Pixel können durch gleichzeitiges oder zeitlich nah beieinander liegendes Anstrahlen ein- und derselben Position mit Laserstrahlen verschiedener Farben realisiert werden. In der
US 2010/079836 A1 ist ein Laserscanner beschrieben.
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Bei Laserscheinwerfern wird mittels eines Lasers ein Leuchtstoff derart beleuchtet, dass aus blauem Laserlicht durch Umwandlung eines Teils des Lichts in gelbes Licht in Summe weißes Licht entsteht.
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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, welche eine aktuierbare Ablenkeinrichtung zum Ablenken von auf die Ablenkeinrichtung auftreffenden Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, aufweist. Die Ablenkeinrichtung ist zum Bewegen der abgelenkten Lichtstrahlen entlang Bahnen aktuierbar. Die Ablenkeinrichtung kann mindestens einen ersten Ablenkzustand und einen zweiten Ablenkzustand einnehmen. Unter einem Ablenkzustand ist insbesondere eine bestimmte Ausrichtung der Ablenkeinrichtung zu verstehen, welche die Ablenkeinrichtung einnimmt, während sie zusätzlich aktuiert wird, zum Beispiel zum Hin- und Herbewegen eines Lichtstrahls zum Abrastern einer Zeile von Pixeln.
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Die Vorrichtung umfasst eine Lichtbereitstellungseinrichtung, welche dazu ausgelegt oder eingerichtet ist, der Vorrichtung eine Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen bereitzustellen und die Anzahl der bereitgestellten Lichtstrahlen auf die Ablenkeinrichtung zu lenken. Die Vorrichtung weist eine Auskoppeleinrichtung zum Auskoppeln von auf die Auskoppeleinrichtung treffenden Lichtstrahlen aus der Vorrichtung auf. Die Auskoppeleinrichtung kann beispielsweise ein Durchgang, eine optische Anordnung oder ein Leuchtstoff sein. Der Leuchtstoff wird zum Teil auch als „Phosphor“ bezeichnet, was nicht mit dem Element „Phosphor“ zu verwechseln ist.
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Unter dem Projizieren des Lichtmusters soll sowohl ein Projizieren des Lichtmusters auf die Auskoppeleinrichtung zu verstehen als auch, alternativ oder zusätzlich, ein Projizieren des Lichtmusters aus der Auskoppeleinrichtung heraus, beispielsweise als ein Scheinwerferlicht. Die Vorrichtung ist somit auch als Scheinwerfer bezeichenbar.
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Die Ablenkeinrichtung, die Lichtbereitstellungseinrichtung und die Auskoppeleinrichtung sind derart eingerichtet und angeordnet, dass, durch ein Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem ersten Ablenkzustand, die durch die Ablenkeinrichtung abgelenkten Lichtstrahlen der Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen auf der Auskoppeleinrichtung jeweils voneinander getrennte erste Bahnen auf der Auskoppeleinrichtung oder relativ zu der Auskoppeleinrichtung durchfahren. Die Ablenkeinrichtung, die Lichtbereitstellungseinrichtung und die Auskoppeleinrichtung sind weiterhin derart eingerichtet und angeordnet, dass, durch ein Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem zweiten Ablenkzustand, die durch die Ablenkeinrichtung abgelenkten Lichtstrahlen der Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen auf der Auskoppeleinrichtung jeweils voneinander getrennte zweite Bahnen durchfahren.
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Die Bahnen können gerade Bahnen, das heißt Linien sein, oder gekrümmte Bahnen sein. Vorteilhaft sind die ersten Bahnen zueinander parallel angeordnet bzw. verlaufen parallel. Dies kann genauso auch für die zweiten Bahnen und etwaige weitere Bahnen entsprechend optionalen weiteren Ablenkzuständen gelten.
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Die zweiten Bahnen sind auf der Auskoppeleinrichtung bezüglich der ersten Bahnen verschoben angeordnet. Mit anderen Worten sind die ersten Bahnen nicht deckungsgleich mit den zweiten Bahnen. Bevorzugt ist keine der zweiten Bahnen eines beliebigen Lichtstrahls der Anzahl von Lichtstrahlen zu einer beliebigen der ersten Bahnen der Anzahl der Lichtstrahlen deckungsgleich angeordnet.
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Durch die verschiedenen Ablenkzustände der Ablenkeinrichtung kann somit ein Verschieben der durch Aktuieren der Ablenkeinrichtung erzeugten Bahnen entlang einer Richtung erfolgen, welche insbesondere senkrecht zu den erzeugten Bahnen angeordnet ist.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters bereitgestellt, mit den Schritten: Bereitstellen einer Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen für eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken der auf die Ablenkeinrichtung auftreffenden Lichtstrahlen in Bahnen auf eine Auskoppeleinrichtung zum Auskoppeln von auf die Auskoppeleinrichtung treffenden Lichtstrahlen zum Projizieren des Lichtmusters; Versetzen der Ablenkeinrichtung in einen ersten Ablenkzustand; Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem ersten Ablenkzustand; Versetzen der Ablenkeinrichtung in einen zweiten Ablenkzustand; Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem zweiten Ablenkzustand; wobei bei einem Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem ersten Ablenkzustand die durch die Ablenkeinrichtung abgelenkten Lichtstrahlen der Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen auf der Auskoppeleinrichtung jeweils voneinander getrennte erste Bahnen durchfahren; wobei bei einem Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem zweiten Ablenkzustand die durch die Ablenkeinrichtung in dem zweiten Ablenkzustand abgelenkten Lichtstrahlen der Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen auf der Auskoppeleinrichtung jeweils voneinander getrennte zweite Bahnen durchfahren; wobei die zweiten Bahnen auf der Auskoppeleinrichtung bezüglich der ersten Bahnen verschoben angeordnet sind.
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Insbesondere wird das Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem ersten Ablenkzustand genauso durchgeführt wie das Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem zweiten Ablenkzustand. Mit anderen Worten wird die Ablenkeinrichtung in dem zweiten Ablenkzustand so aktuiert, dass die zweiten Bahnen deckungsgleich mit den ersten Bahnen wären, wenn die Ablenkeinrichtung ceteris paribus in dem ersten Ablenkzustand wäre.
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Unter einem Aktuieren der Ablenkeinrichtung ist jeglicher, insbesondere automatischer, Vorgang zu verstehen, welcher bewirkt, dass die Ablenkeinrichtung oder ein Teil der Ablenkeinrichtung irgendeine Art von Bewegung oder Verformung durchführt. In einem engeren Sinn kann unter dem Aktuieren der Ablenkeinrichtung verstanden werden, dass die auf die Ablenkeinrichtung treffenden Lichtstrahlen verschwenkt oder verkippt werden. Somit kann unter einem Aktuieren beispielsweise das Oszillieren eines resonant angetriebenen Mikrospiegels zum Hin- und Herschwenken eines auf den Mikrospiegel auftreffenden Lichtstrahls verstanden werden. Das Aktuieren kann zusätzlich oder alternativ auch ein resonantes Verformen eines Mikrospiegels als eines Teils der Ablenkeinrichtung beinhalten. Das Aktuieren der Ablenkeinrichtung kann auch ein quasistatisches Bewegen eines Mikrospiegels als eines Teils der Ablenkeinrichtung umfassen.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, mit geringem Aufwand eine Auskoppeleinrichtung, zum Beispiel einen auf einem Träger angebrachten Leuchtstoff, möglichst umfassend abzutasten, wobei möglichst geringe Anforderungen an die verwendeten Bauteile gestellt werden. Insbesondere können bei gleichbleibenden Bildwiederholraten im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen wesentlich geringere Frequenzen und/oder Auslenkungen der Ablenkeinrichtung verwendet werden. Hierdurch ergeben sich größere Freiheiten beim Design der Ablenkeinrichtung. Beispielsweise kann ein nicht-resonanter Antrieb, das heißt ein nichtresonantes Aktuieren der Ablenkeinrichtung, ausgeführt sein.
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Bei den bereitgestellten Lichtstrahlen kann es sich insbesondere um Laserstrahlen handeln. Die Anzahl der bereitgestellten Laserstrahlen kann erfindungsgemäß vorteilhaft mit geringeren Laserschaltfrequenzen bereitgestellt werden, um ein gleichbleibendes vorgegebenes Muster zu erreichen. Die Lichtbereitstellungseinrichtung kann somit beispielsweise mit technisch einfacheren, günstigeren und/oder effizienteren Lasertreiberschaltungen ausgebildet sein. Auf eine Laserkopplung kann verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht weiterhin ein Verteilen der vorhandenen Lichtleistung der bereitgestellten Lichtstrahlen auf eine größere Fläche.
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Die Ablenkeinrichtung kann insbesondere mit einer deutlich verringerten Komplexität ausgebildet werden. Beispielsweise kann es ausreichen, statt einer vollen und stufenlosen Beweglichkeit der Ablenkeinrichtung, insbesondere eines Mikrospiegels der Ablenkeinrichtung, um zwei zueinander senkrechte Achsen nur eine stufenlose (oder sogar eine gestufte) Beweglichkeit der Ablenkeinrichtung bzw. des Mikrospiegels um eine einzige Achse bereitzustellen. Ein Verschieben der Bahnen der Lichtstrahlen um eine zweite Richtung entsprechend einer Bewegung um die zweite, zur ersten Achse senkrechten Achse, kann durch die verschiedenen Ablenkzustände der Ablenkeinrichtung erzielt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen 2-D-Ablenkeinrichtungen geht erfindungsgemäß eine Erhöhung der Auflösung der Lichtstrahlen auf der Auskoppeleinrichtung mit einer wesentlich geringeren entsprechend notwendigen Erhöhung der Bildwiederholrate und/oder der Laserschaltfrequenz einher.
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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 die durch jeden der Lichtstrahlen durchfahrene jeweilige zweite Bahn von der jeweiligen ersten Bahn desselben Lichtstrahls um einen ersten Abstand verschoben, welcher geringer ist als ein zweiter Abstand zwischen den ersten Bahnen zweier verschiedener Lichtstrahlen. Der zweite Abstand ist insbesondere ein Abstand zwischen je zwei unmittelbar benachbarten ersten Bahnen.
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Die bereitgestellten Lichtstrahlen können insbesondere parallel zueinander bereitgestellt werden, insbesondere mit gleichen Abständen voneinander, woraus sich ergeben kann, dass auch die ersten Bahnen bzw. die zweiten Bahnen voneinander jeweils denselben zweiten Abstand aufweisen. Dadurch, dass der erste Abstand geringer ist als der zweite Abstand, werden die zweiten Bahnen ganz oder teilweise jeweils zwischen den ersten Bahnen durchfahren, so dass sich eine Auflösung, mit welcher das Lichtmuster erzeugt wird, erhöhen kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung kann die Ablenkeinrichtung einen dritten Ablenkzustand einnehmen. Die Ablenkeinrichtung, die Lichtbereitstellungseinrichtung und die Auskoppeleinrichtung sind derart eingerichtet und zueinander angeordnet, dass, durch ein Aktuieren der Ablenkeinrichtung in dem dritten Ablenkzustand, durch die Ablenkeinrichtung abgelenkte Lichtstrahlen der Anzahl der bereitgestellten Lichtstrahlen auf der Auskoppeleinrichtung jeweils voneinander getrennte dritte Bahnen durchfahren. Die zweiten Bahnen jedes der Lichtstrahlen können zwischen den jeweiligen ersten Bahnen und den jeweiligen dritten Bahnen desselben Lichtstrahls angeordnet sein. Somit kann eine weitere Erhöhung der Auflösung des Lichtmusters erzielt werden. Entsprechend kann die Ablenkeinrichtung auch mit weiteren Ablenkzuständen ausgebildet sein, so dass weitere Bahnen durch die abgelenkten Lichtstrahlen auf der Auskoppeleinrichtung durchfahren werden können, wodurch sich die Auflösung des Lichtmusters weiter erhöhen kann. Vorzugsweise sind alle zweiten, dritten und weiteren Bahnen eines einzelnen Lichtstrahls jeweils zwischen der ersten Bahn desselben Lichtstrahls und der ersten Bahn eines unmittelbar benachbarten bereitgestellten Lichtstrahls angeordnet.
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Unter der ersten und der zweiten Bahn desselben Lichtstrahls soll insbesondere verstanden werden, dass ein- und derselbe, durch die Lichtbereitstellungseinrichtung bereitgestellte und durch die Ablenkeinrichtung abgelenkte Lichtstrahl, in dem ersten Ablenkzustand der Ablenkeinrichtung die erste Bahn und in dem zweiten Ablenkzustand der Ablenkeinrichtung die zweite Bahn durchläuft.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Ablenkeinrichtung eine Wippeinheit. Es kann vorgesehen sein, dass die Ablenkeinrichtung in dem ersten Ablenkzustand ist, das heißt den ersten Ablenkzustand eingenommen hat, wenn die Wippeinheit an einem ersten Anschlag anliegt. Die Ablenkeinrichtung kann in eine von dem ersten Ablenkzustand verschiedenen Ablenkzustand, z.B. in dem dritten Ablenkzustand sein, wenn die Wippeinheit an einem zweiten Anschlag anliegt. Die Ablenkeinrichtung kann sich in dem zweiten Ablenkzustand befinden, wenn die Wippeinheit sich zwischen dem ersten Anschlag und dem zweiten Anschlag befindet, insbesondere in einer Mittellage zwischen dem ersten Anschlag und dem zweiten Anschlag. Bevorzugt ist die Mittellage eine Ruheposition der Wippeinheit.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem ersten Anschlag und dem zweiten Anschlag mindestens eine weitere Position der Wippeneinheit entsprechend einem weiteren Ablenkzustand vorgesehen, wobei die weitere Position beispielsweise die Mittellage sein kann. Es können auch eine oder mehrere Rastpositionen (entsprechend einem bzw. mehreren weiteren Ablenkzuständen) der Wippeinheit zwischen dem ersten Anschlag und dem zweiten Anschlag vorgesehen sein, an welchen die Wippeinheit insbesondere ein metastabiles Gleichgewicht einnehmen kann. Beispielsweise können dazu Rastmomente vorgesehen sein. Die Wippeinheit kann zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlag auch analog, diskret oder kontinuierlich, zwischen einer Vielzahl von Ablenkzuständen umschaltbar sein.
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Die Wippeinheit kann als eine elektromagnetische Wippe ausgebildet sein, so dass sie durch Anlegen mindestens eines elektrischen Stroms zwischen der Mittellage, dem ersten Anschlag und dem zweiten Anschlag verstellbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Ablenkeinrichtung ein Polygonrad auf, an dessen Seitenfläche die bereitgestellten Lichtstrahlen zu der Auskoppeleinrichtung reflektiert werden. Ein erster Ablenkzustand der Ablenkeinrichtung kann dadurch realisiert sein, dass die bereitgestellten Lichtstrahlen an einer ersten Seitenfläche des Polygonrads reflektiert werden. Der zweite Ablenkzustand der Ablenkeinrichtung kann dadurch realisiert sein, dass die bereitgestellten Lichtstrahlen an einer zweiten Seitenfläche des Polygonrads reflektiert werden. Die zweite Seitenfläche des Polygonrads weist eine andere Neigung bezüglich einer Drehachse des Polygonrads auf als die erste Seitenfläche des Polygonrads. Wenn, wie oben beschrieben, die Ablenkeinrichtung mit mehr als zwei Ablenkzuständen ausgebildet ist, kann dies dadurch realisiert sein, dass das Polygonrad weitere Seitenflächen mit weiteren unterschiedlichen Neigungen bezüglich der Drehachse des Polygonrads aufweist. Dieselbe Neigung kann jeweils bei mehreren Seitenflächen des Polygonrads vorliegen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Ablenkeinrichtung derart anzusteuern, dass diese periodisch zumindest den ersten oder den zweiten Ablenkzustand, gegebenenfalls auch weitere vorgesehene Ablenkzustände, durchfährt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Lichtbereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen einer Untermenge der Anzahl der Lichtstrahlen gemäß einem Eingangssignal zu steuern. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass durch die Steuereinrichtung jeder der Lichtstrahlen durch die Lichtbereitstellungseinrichtung zu jedem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebs der Vorrichtung entweder bereitgestellt oder nicht bereitgestellt (insbesondere erzeugt oder nicht erzeugt) werden kann, so dass auf der jeweiligen aktuell durchfahrenen ersten, zweiten usw. Bahn des entsprechenden Lichtstrahls aktuell ein entsprechend weißes oder schwarzes Pixel erzeugt wird.
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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 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Seitenansicht einer möglichen Ablenkeinrichtung der Vorrichtung aus 2;
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4 eine schematische Darstellung von Bahnen, welche auf der Auskoppeleinrichtung in den verschiedenen Ablenkzuständen der Ablenkeinrichtung durch Aktuieren der Ablenkeinrichtung entstehen können;
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5 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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6 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. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
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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 ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine aktuierbare Ablenkeinrichtung 12 zum Ablenken von auf die Ablenkeinrichtung 12 auftreffenden Lichtstrahlen 50-1, 50-2, 50-3, 50-4, 50-5 als abgelenkte Lichtstrahlen 51-1, 51-2, 51-3, 51-4, 51-5. Im Folgenden wird die Anzahl der bereitgestellten Lichtstrahlen 50-1, 50-2, 50-3, 50-4, 50-5 zusammenfassend kurz als 50-i bezeichnet und die abgelenkten Lichtstrahlen 51-1, 51-2, 51-3, 51-4, 51-5 zusammenfassend kurz als 51-i bezeichnet. Obwohl exemplarisch fünf bereitgestellte Lichtstrahlen 50-i in 1 dargestellt sind, kann die Anzahl der bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i auch zwei, drei, vier oder sechs oder mehr betragen.
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Die Ablenkeinrichtung 12 ist zum Bewegen der abgelenkten Lichtstrahlen 50-i entlang Bahnen aktuierbar. Die Ablenkeinrichtung 12 kann darüber hinaus mindestens einen ersten Ablenkzustand und einen zweiten Ablenkzustand einnehmen. Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Lichtbereitstellungseinrichtung 14, welche dazu ausgelegt ist, der Vorrichtung 10 eine Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen 50-i bereitzustellen und die Anzahl der bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i auf die Ablenkeinrichtung 12 zu lenken. Die Ablenkeinrichtung 12 kann insbesondere einen Mikrospiegel aufweisen oder aus einem Mikrospiegel bestehen.
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Die Lichtbereitstellungseinrichtung 14 kann eine Einkoppeleinrichtung zum Einkoppeln von extern erzeugten Lichtstrahlen in die Vorrichtung 10 umfassen oder als eine solche ausgebildet sein. Alternativ kann die Lichtbereitstellungseinrichtung 14 eine Lichterzeugungseinrichtung zum Erzeugen der bereitzustellenden Lichtstrahlen 50-i beinhalten oder als solche ausgebildet sein. Bevorzugt wird die Anzahl der mindestens zwei Lichtstrahlen 50-i derart bereitgestellt, insbesondere eingekoppelt oder erzeugt, dass alle bereitgestellten Lichtstrahlen zueinander parallel sind und somit eine einzige virtuelle Ebene aufspannen. Bevorzugt werden die einzelnen Lichtstrahlen 50-i mit gleichen Abständen voneinander bereitgestellt. Der oder die einem einzelnen Lichtstrahl am Nächsten liegenden Lichtstrahlen 50-i werden im Folgenden und im Vorangehenden auch als „unmittelbar benachbarte“ Lichtstrahlen 50-i bezeichnet.
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Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Auskoppeleinrichtung 16 zum Auskoppeln von auf die Auskoppeleinrichtung 16 treffenden Lichtstrahlen 50-i aus der Vorrichtung 10 zum Projizieren des zu projizierenden Lichtmusters. Die Auskoppeleinrichtung kann insbesondere einen Leuchtstoff aufweisen oder aus einem Leuchtstoff bestehen, welcher zum Projizieren des zu projizierenden Lichtmusters durch die Lichtstrahlen 50-i beleuchtet wird. Der Leuchtstoff kann dazu ausgebildet sein, die auf den Leuchtstoff auftreffenden abgelenkten Lichtstrahlen 51-i zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in Ausgangs-Lichtstrahlen umzuwandeln, welche bevorzugt eine andere Wellenlänge aufweisen als die bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i. Im Strahlengang des zu projizierenden Lichtmusters können weitere optische Elemente wie Linsen, Blenden, Lichtleiter und dergleichen angeordnet sein.
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Zur Erläuterung wird im Folgenden zum Teil auch auf 4 Bezug genommen. 4 zeigt eine schematische Darstellung von Bahnen, welche auf der Auskoppeleinrichtung 16 in den verschiedenen Ablenkzuständen der nachfolgend beschriebenen Ablenkeinrichtung 112 durch Aktuieren der Ablenkeinrichtung 112 exemplarisch entstehen können.
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Die Ablenkeinrichtung 12, die Lichtbereitstellungseinrichtung 14 und die Auskoppeleinrichtung 16 sind derart eingerichtet und zueinander angeordnet, dass, durch ein Aktuieren der Ablenkeinrichtung 12 in dem ersten Ablenkzustand, durch die Ablenkeinrichtung 12 abgelenkte Lichtstrahlen 51-i auf der Auskoppeleinrichtung 16 jeweils voneinander getrennte erste Bahnen 61-1, 61-2, 61-3, 61-4, 61-5 durchfahren. Im Folgenden werden die ersten Bahnen 61-1, 61-2, 61-3, 61-4, 61-5 zusammenfassend kurz als 61-i bezeichnet.
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Die Ablenkeinrichtung 12, die Lichtbereitstellungseinrichtung 14 und die Auskoppeleinrichtung 16 sind außerdem derart eingerichtet und zueinander angeordnet, dass durch ein Aktuieren der Ablenkeinrichtung 12 in dem zweiten Ablenkzustand die durch die Ablenkeinrichtung 12 abgelenkten Lichtstrahlen 51-i auf der Auskoppeleinrichtung 16 jeweils voneinander getrennte zweite Bahnen 62-1, 62-2, 62-3, 62-4, 62-5 durchfahren. Im Folgenden werden die zweiten Bahnen 62-1, 62-2, 62-3, 62-4, 62-5 zusammenfassend kurz als 62-i bezeichnet.
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Die zweiten Bahnen 62-i auf der Auskoppeleinrichtung 16 sind bezüglich der ersten Bahnen 61-i verschoben, insbesondere parallel verschoben, angeordnet. Die durch jeden der Lichtstrahlen 51-i durchfahrene jeweilige zweite Bahn 62-i ist von der jeweiligen ersten Bahn 61-i desselben Lichtstrahls 51-i um einen ersten Abstand 81 verschoben, welcher geringer ist als ein zweiter Abstand 84 zwischen den ersten Bahnen 61-i zweier verschiedener Lichtstrahlen 51-i, insbesondere zweier unmittelbar benachbarter Lichtstrahlen 51-1, 51-2.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 10 kann im Wesentlichen der Funktionsweise der Vorrichtung 110 entsprechen, welche im Folgenden näher erläutert wird.
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2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 110 zum Erzeugen eines Lichtmusters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Vorrichtung 110 ist eine Variante der Vorrichtung 10 und kann gemäß allen in Bezug auf die Vorrichtung 10 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen entsprechend angepasst werden und umgekehrt. Elemente, welche in Bezug auf die Vorrichtung 110 nicht explizit als anders beschrieben werden, können ebenso ausgebildet sein oder ebenso funktionieren wie in Bezug auf die Vorrichtung 10 beschrieben.
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Die Vorrichtung 110 umfasst eine Ablenkeinrichtung 112 anstelle der Ablenkeinrichtung 12 der Vorrichtung 10. Die Ablenkeinrichtung 112 weist eine Wippeinheit 120 sowie einen auf der Wippeinheit 120 angebrachten eindimensionalen Mikrospiegel 124 auf. Unter einem eindimensionalen Mikrospiegel (oder 1-D-Mikrospiegel) soll ein mikromechanischer Spiegel verstanden werden, welcher dazu eingerichtet ist, einen auf den eindimensionalen Mikrospiegel auftreffenden Lichtstrahl lediglich innerhalb einer einzigen Ebene zu verschwenken, insbesondere durch Drehen des Mikrospiegels um eine einzige Drehachse. Die Ablenkeinrichtung 112 kann ausgebildet sein wie in Bezug auf 3 erläutert, ist aber nicht auf die dort beschriebene Ausführungsvariante beschränkt.
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Die Wippeinheit 120 der Ablenkeinrichtung 112 ist im Folgenden als elektronische Wippe 120 beschrieben. Es soll aber verstanden werden, dass die Wippeinheit 120 auch beispielsweise eine mechanische, insbesondere mikromechanische, Wippe sein kann.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer möglichen Ablenkeinrichtung 112 der Vorrichtung 110 aus 2.
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Wie in 3 dargestellt, ist der Mikrospiegel 124 auf einem Wippbalken 126 der Wippe 120 angeordnet. Der Wippbalken 126 kann, beispielsweise durch Bestromen einer ersten Spule 127 derart ausgelenkt werden, dass der Wippbalken 126 an einem ersten Anschlag 121 der Ablenkeinrichtung 112 anliegt. In diesem Zustand befindet sich die Ablenkeinrichtung 112 in dem ersten Ablenkzustand. Durch z.B. Bestromen einer zweiten Spule 128 der Wippe 120 kann bewirkt werden, dass der Wippbalken 126 an einem zweiten Anschlag 122 der Ablenkeinrichtung 112 anliegt. In diesem Fall befindet sich die Ablenkeinrichtung 112 in dem dritten Ablenkzustand.
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Die Wippe 120 kann so ausgebildet sein, dass sich die Wippe 120 bei fehlender Bestromung sowohl der ersten Spule 127 als auch der zweiten Spule 128 in einem Gleichgewichtszustand genau zwischen dem ersten Anschlag 121 und dem zweiten Anschlag 122 befindet. In diesem Zustand befindet sich die Ablenkeinrichtung 112 in dem zweiten Ablenkzustand.
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Der Mikrospiegel 124 auf dem Wippbalken 126 ist dazu ausgelegt oder eingerichtet, einen aus gleichbleibender Richtung auf den Mikrospiegel 124 auftreffenden bereitgestellten Lichtstrahl 50-i zu reflektieren. Der als 1-D-Mikrospiegel ausgebildete Mikrospiegel 124 ist weiterhin dazu ausgelegt oder eingerichtet, den somit entstehenden reflektierten Lichtstrahl 51-i in einer Ebene senkrecht zu der Zeichnungsebene in 4 zu verkippen bzw. zu schwenken.
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Die Vorrichtung 110 umfasst außerdem eine Lichtbereitstellungseinrichtung 114 statt der Lichtbereitstellungsvorrichtung 14 der Vorrichtung 10. Die Lichtbereitstellungseinrichtung 114 ist ausgebildet als eine Lichterzeugungseinrichtung, welche fünf voneinander getrennte, zueinander parallele Lichtstrahlen 50-1, 50-2, 50-3, 50-4, 50-5, z.B. an fünf separaten Lichtemissionseinheiten 113-1, 113-2, 113-3, 113-4, 113-5 wie etwa Laserdioden, erzeugt und auf den Mikrospiegel 124 lenkt. Die Anzahl von fünf Lichtstrahlen 50-i ist exemplarisch und kann auch weniger, beispielsweise drei oder vier, oder mehr, insbesondere sechs oder mehr betragen, beispielsweise je nach einer gewünschten Auflösung des Lichtmusters.
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Die bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i treffen auf den Mikrospiegel 124 auf und werden von diesem, wie beschrieben, in einer jeweiligen Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene verschwenkt. Dazu weist der Mikrospiegel 124 bevorzugt eine spiegelnde Oberfläche auf, welche um eine Drehachse parallel zu der Zeichnungsebene schwenkbar ist bzw. geschwenkt wird. Jeder der abgelenkten Lichtstrahlen 51-i durchfährt als Folge dessen auf der Auskopplungseinrichtung 16 eine erste Bahn 61-i, wenn sich die Ablenkeinrichtung 112 in dem ersten Zustand befindet, eine zweite Bahn 62-i, wenn sich die Ablenkeinrichtung 112 in dem zweiten Ablenkzustand befindet und eine dritte Bahn 63-i, wenn sich die Ablenkeinrichtung 112 in dem dritten Ablenkzustand befindet.
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4 zeigt schematisch eine mögliche Anordnung der ersten, zweiten und dritten Bahnen der reflektierten Lichtstrahlen 51-i bei der Vorrichtung 110.
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Die Wippe 120 ist derart ausgebildet, dass der Wippbalken 126 mit dem Mikrospiegel 124 beim Auslenken in den ersten und den dritten Ablenkzustand sowie bei vorliegender Ruhelage des Wippbalkens 126, das heißt bei Vorliegen des zweiten Ablenkzustands, so abgelenkt und gemäß der Aktuierung des Mikrospiegels 124 verschwenkt werden, dass die durch die Lichtstrahlen 51-i auf der Auskoppeleinrichtung 16 durchfahrenen Bahnen 61-i, 62-i, 63-i zueinander parallel angeordnet und gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
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Insbesondere ist ein Abstand 81 zwischen der ersten Bahn 61-1 des ersten abgelenkten Lichtstrahls 51-1 und der zweiten Bahn 62-1 desselben Lichtstrahls 51-1 gleich einem Abstand 82 zwischen der zweiten Bahn 62-1 und der dritten Bahn 63-1 desselben Lichtstrahls 51-1, welcher wiederum gleich ist einem Abstand 83 zwischen der dritten Bahn 63-1 desselben Lichtstrahls 51-1 und der ersten Bahn 61-2 des zweiten Lichtstrahls 51-2, wobei hier zwei unmittelbar benachbarte Lichtstrahlen 51-1, 51-2 als erster Lichtstrahl 51-1 und als zweiter Lichtstrahl 51-2 bezeichnet wurden. Die beschriebenen Abstände herrschen, wie 4 zeigt, ebenso auch zwischen den ersten, zweiten und dritten Bahnen 61-i, 62-i, 63-i der weiteren Lichtstrahlen 51-2, 51-3, 51-4, 51-5. Die Gesamtsumme der Abstände 81, 82 und 83 ergibt jeweils den Abstand 84 zwischen den ersten Bahnen 61-i der verschiedenen jeweils unmittelbar benachbarten Lichtstrahlen 51-i.
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In 4 sind exemplarisch je erster, zweiter oder dritter Bahn 61-i, 62-i, 63-i jeweils dreizehn Positionen durch Kreise markiert. Diese zum besseren Verständnis dargestellten Positionen werden durch die abgelenkten Lichtstrahlen 51-i nacheinander durchfahren.
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Die Vorrichtung 110 umfasst eine Steuereinrichtung 140, welche dazu ausgelegt ist, die Lichtbereitstellungseinrichtung 114, das heißt die Lichterzeugungseinrichtung, mittels eines ersten Steuersignals 72 dazu zu steuern, gemäß einem Eingangssignal 71, welche der Steuereinrichtung 140 beispielsweise von einer externen Vorrichtung bereitgestellt wird, eine Untermenge der Anzahl der Lichtstrahlen 50-i bereitzustellen. Die Untermenge kann auch die leere Menge sein. Mit anderen Worten kann zu jedem Zeitpunkt gesteuert werden, ob ein jeweiliger Pixel, zum Beispiel entsprechend einer der kreisförmig dargestellten dreizehn Positionen auf den Bahnen 61-i, 62-i, 63-i, aktuell beleuchtet werden soll oder nicht. Somit kann gemäß dem Eingangssignal 71 jedes beliebige Lichtmuster bereitgestellt werden. Das Eingangssignal 71 kann beispielsweise von einer Fahrzeugsteuerung an die Steuereinrichtung 140 übermittelt werden, wenn beispielsweise die Vorrichtung 110 als eine Scheinwerfervorrichtung des entsprechenden Fahrzeugs ausgebildet ist. Das Eingangssignal 71 kann so eine der Fahrsituation des Fahrzeugs angepasstes Lichtmuster indizieren oder codiert enthalten, beispielsweise um ein adaptives Kurvenlicht bereitzustellen.
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Die Steuereinrichtung 140 ist weiterhin dazu ausgelegt, die Ablenkeinrichtung 112 mittels eines zweiten Steuersignals 73 sukzessive zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Ablenkzustand hin- und herzuschalten, insbesondere periodisch. Besonders bevorzugt wird von dem ersten Ablenkzustand der ersten Bahn 61-i die Ablenkeinrichtung 112 in den zweiten Ablenkzustand geschaltet, von dem zweiten Ablenkzustand in den dritten Ablenkzustand geschaltet und von dem dritten Ablenkzustand wieder in den ersten Ablenkzustand geschaltet und immer so weiter. Entsprechend kann bei mehr als drei Ablenkzuständen verfahren werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Bahnen 61-i, 62-i, 63-i jeweils in der gleichen Richtung, beispielsweise von links nach rechts in 4, durchfahren werden oder dass die Bahnen 61-i, 62-i, 63-i jeweils einmal hin und einmal her, das heißt beispielsweise einmal von links nach rechts und einmal von rechts nach links durchfahren werden, bevor die Ablenkeinrichtung 112 durch die Steuereinrichtung 140 in den jeweils nächsten Ablenkzustand geschaltet wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Bahnen 61-i, 62-i, 63-i mit jeweils abwechselnden Richtungen durchfahren werden. Beispielsweise können die ersten Bahnen 61-i von links nach rechts in 4 durchfahren werden, die zweiten Bahnen 62-i von rechts nach links durchfahren werden, die dritten Bahnen 63-i von links nach rechts durchfahren werden usw.
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Anstelle der beschriebenen Ausführungsform mit einer Wippe 120 kann die Ablenkeinrichtung 112 der Vorrichtung 110 auch mit einem zweidimensionalen mikroelektromechanischen Spiegel (MEMS-Spiegel) ausgebildet sein, welcher eine erste und eine zweite Verkippungsachse aufweist, wobei die zweite Verkippungsachse steifer als die erste Verkippungsachse ist. Die zweite Verkippungsachse kann beispielsweise mit einem mäandrierten PZT-Antrieb ausgeführt sein. Aufgrund der nur geringen benötigten Bewegung entlang der zweiten Verkippungsachse, entsprechend dem ersten und dem zweiten Ablenkzustand der Ablenkeinrichtung (optional auch weiteren Ablenkzuständen) ist somit ein Mikrospiegel realisierbar, welcher sich vorteilhaft ähnlich wie ein 1-D-Mikrospiegel verhält. Insbesondere kann er eine geringe Anzahl von im Betrieb zugänglichen Moden, eine geringe Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Verkippungsachse und/oder eine große Fallfestigkeit aufweisen.
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Alternativ kann die Ablenkeinrichtung 112 auch durch eine Folge von zwei aktuierbaren Mikrospiegeln realisiert werden, welche im Strahlgang der erzeugten Lichtstrahlen 50-i nacheinander angeordnet sind. In diesem Fall kann ein erster Mikrospiegel das Verschwenken der bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i zum Abfahren der Bahnen 61-i, 62-i, 63-i realisieren, während der zweite aktuierbare Mikrospiegel den ersten oder zweiten (optional auch weitere) Ablenkzustände der Ablenkeinrichtung realisieren kann. In diesem Fall kann der jeweilige Ablenkzustand durch einen Verkippungszustand des zweiten Mikrospiegels realisiert sein. Vorteilhaft braucht der zweite Mikrospiegel nur um weniger als 5°, insbesondere weniger als 1° verkippt zu werden bzw. verkippbar zu sein. Der erste Mikrospiegel kann im Strahlgang der erzeugten Lichtstrahlen 50-i vor dem zweiten Mikrospiegel angeordnet sein. Alternativ kann auch der zweite Mikrospiegel im Strahlgang der erzeugten Lichtstrahlen 50-i vor dem ersten Mikrospiegel angeordnet sein.
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5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 210 zum Erzeugen eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Vorrichtung 210 ist eine Variante der Vorrichtung 110 und kann gemäß allen in Bezug auf die Vorrichtung 110 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen entsprechend angepasst werden und umgekehrt. Elemente, welche in Bezug auf die Vorrichtung 210 nicht explizit als anders beschrieben werden, können ebenso ausgebildet sein oder ebenso funktionieren wie in Bezug auf die Vorrichtung 110 beschrieben.
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Die Vorrichtung 210 unterscheidet sich von der Vorrichtung 110 in der Ausgestaltung einer Ablenkeinrichtung 212 der Vorrichtung 210 statt der Ablenkeinrichtung 112 der Vorrichtung 110.
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Die Ablenkeinrichtung 212 weist ein Polygonrad 230 auf, an dessen Seitenflächen die bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i zu der Auskoppeleinrichtung 16 reflektiert werden. Der erste Ablenkzustand der Ablenkeinrichtung 212 ist dadurch realisiert, dass die bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i an einer ersten Seitenfläche des Polygonrads 230 reflektiert werden. Der zweite Ablenkzustand der Ablenkeinrichtung 212 ist dadurch realisiert, dass die bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i an einer zweiten Seitenfläche des Polygonrads 230 reflektiert werden. Das Durchfahren der ersten, zweiten etc. Bahnen 61-i, 62-i, 63-i wird dadurch realisiert, dass die aktuell reflektierende Seitenfläche des Polygonrads 230 weiter gedreht wird, sodass sich die Einfallswinkel der bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i auf die Seitenfläche ändern und die abgelenkten Lichtstrahlen 51-i somit geschwenkt werden, während im Gleichzug die einfallenden bereitgestellten Lichtstrahlen 50-i die jeweilige Seitenfläche des Polygonrads 230 durchfahren.
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Die zweite Seitenfläche des Polygonrads 230 weist eine andere Neigung bezüglich einer Drehachse des Polygonrads 230 auf als die erste Seitenfläche des Polygonrads 230. Das zweite Steuersignal 273 der Steuereinrichtung 140 ist dazu eingerichtet, einen Aktor 250 der Ablenkeinrichtung 212 zu steuern, das Polygonrad 230 um die Drehachse zu drehen, beispielsweise mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit.
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Wenn, wie oben beschrieben, die Ablenkeinrichtung 212 mit mehr als zwei Ablenkzuständen ausgebildet ist, kann dies dadurch realisiert werden, dass das Polygonrad 230 weitere Seitenflächen mit weiteren unterschiedlichen Neigungen bezüglich der Drehachse des Polygonrads 230 aufweist. Dieselbe Neigung kann jeweils bei mehreren Seitenflächen des Polygonrads vorliegen, beispielsweise je zweimal, je dreimal etc.
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6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Projizieren eines Lichtmusters gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das erfindungsgemäße Verfahren nach 6 ist insbesondere mit der einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10; 110; 210 durchführbar und ist daher insbesondere gemäß allen in Bezug auf die erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10; 110; 210 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nach 5 ist insbesondere mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 durchführbar und ist daher insbesondere mit allen in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen, insbesondere der konkreten Ausgestaltung der Winkelgeschwindigkeitsfunktionen 84; 184 anpassbar.
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In einem Schritt S01 wird eine Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen 51-i für eine Ablenkeinrichtung 12; 112; 212 zum Ablenken der auf die Ablenkeinrichtung 12; 112; 212 auftreffenden Lichtstrahlen 51-i auf eine Auskoppeleinrichtung 16 zum Auskoppeln von auf die Auskoppeleinrichtung 16 treffenden Lichtstrahlen 51-i zum Projizieren des Lichtmusters bereitgestellt.
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In einem Schritt S02 wird die Ablenkeinrichtung 12; 112; 212 in einen ersten Ablenkzustand versetzt. In einem Schritt S03 wird die Ablenkeinrichtung 12; 112; 212 in dem ersten Ablenkzustand aktuiert, wobei bei dem Aktuieren S03 der Ablenkeinrichtung (12; 112; 212) in dem ersten Ablenkzustand die durch die Ablenkeinrichtung (12; 112; 212) abgelenkten Lichtstrahlen (51-i) der Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen (51-i) auf der Auskoppeleinrichtung (16) jeweils voneinander getrennte erste Bahnen (61-i) durchfahren
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In einem Schritt S04 wird die Ablenkeinrichtung 12; 112; 212 in einen zweiten Ablenkzustand versetzt. In einem Schritt S05 wird die Ablenkeinrichtung 12; 112; 212 in dem zweiten Ablenkzustand aktuiert, wobei bei dem Aktuieren S05 der Ablenkeinrichtung 12; 112; 212 in dem zweiten Ablenkzustand die durch die Ablenkeinrichtung 12; 112; 212 in dem zweiten Ablenkzustand abgelenkten Lichtstrahlen 51-i der Anzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen 51-i auf der Auskoppeleinrichtung 16 jeweils voneinander getrennte zweite Bahnen 62-i durchfahren, wobei die zweiten Bahnen 62-i auf der Auskoppeleinrichtung 16 bezüglich der ersten Bahnen 16 verschoben angeordnet sind.
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Das Aktuieren S03 in dem ersten Ablenkzustand erfolgt vorzugsweise genauso wie das Aktuieren S05 in dem ersten Ablenkzustand.
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Optional kann die Ablenkeinrichtung auch noch in weitere Ablenkzustände versetzt und in diesen aktuiert werden, wodurch die abgelenkten Lichtstrahlen 51-i weitere, von allen anderen Bahnen 61-i, 62-i jeweils verschoben angeordnete weitere Bahnen 63-i durchfahren, wie im Voranstehenden in Bezug auf die Vorrichtungen 10; 110; 210 und insbesondere 4 erläutert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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