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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Scheinwerfer, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung.
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Scheinwerfer mit einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung beziehungsweise einem DMD (Digital Micromirror Device) sind bekannt. Dabei können eine Vielzahl von Spiegelelementen jeweils mindestens eine erste Stellung und mindestens eine zweite Stellung einnehmen, wobei in der ersten Stellung befindliche Spiegelelemente von der Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung ausgehendes Licht so reflektieren, das es aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt. Die erste Stellung entspricht zumeist dem On-State, wohingegen die zweite Stellung zumeist dem Off-State eines DMD-Chips entspricht.
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Durch die Verwendung einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung lassen sich Scheinwerfer als hochauslösende Scheinwerfer oder als Matrix-Scheinwerfer ausbilden, die gezielt Bereiche vor dem Fahrzeug ausleuchten und die Ausleuchtung anderer Bereiche vermeiden können. Als nachteilig bei derartigen Beleuchtungseinrichtungen ist in der Regel anzusehen, dass das in der zweiten Stellung der Spiegelelemente reflektierte Licht der Lichtquelle nicht genutzt wird, sondern in einem Absorber absorbiert wird.
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Eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 197 37 653 A1 bekannt. Die darin beschriebene Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelle und eine digitale Mikrospiegelvorrichtung, die gezielt Anteile des Lichts reflektieren kann, so dass diese Anteile durch eine Projektionsoptik aus der Beleuchtungsvorrichtung austreten können. Die
DE 197 37 653 A1 schlägt vor, das in der zweiten Stellung der Spiegelelemente reflektierte Licht der Lichtquelle nicht auf einen Absorber sondern auf eine Solarzelle auftreffen zu lassen, so dass dieser Anteil des Lichts in elektrische Energie zurückverwandelt werden kann.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die das in der zweiten Stellung der Spiegelelemente reflektierte Licht der Lichtquelle sinnvoll nutzen kann. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung angegeben werden.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Beleuchtungsvorrichtung Sensormittel für die Erfassung einer Lichtintensität umfasst, wobei die Sensormittel derart in der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sind, dass zumindest ein Anteil des in der zweiten Stellung der Spiegelelemente reflektierten Lichts auf die Sensormittel auftrifft, so dass sie die Lichtintensität dieses Anteils erfassen können. Die Sensormittel können beispielsweise als Fotodiode ausgebildet sein. Die Sensormittel können durch Erfassung der Intensität des in der zweiten Stellung der Spiegelelemente reflektierten Lichts Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der digitalen Mikrospiegelvorrichtung oder einzelner Spiegelelemente oder Gruppen von Spiegelelementen zulassen. Wenn ein Defekt der digitalen Mikrospiegelvorrichtung oder einzelner Spiegelelemente oder Gruppen von Spiegelelementen festgestellt wird, könnte die Beleuchtungsvorrichtung die Abgabe einer Mitteilung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs veranlassen, mit dem dieser auf den Defekt hingewiesen wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung Steuermittel umfasst, die die von den Sensormitteln erfasste Lichtintensität mit einem Sollwert oder einer bei einer zeitlich vorher durchgeführten Messung erfassten Lichtintensität vergleichen können. Dabei können die Steuermittel derart ausgebildet sein, dass sie auf Basis der erfassten Lichtintensität entscheiden können, ob einzelne Spiegelelemente oder Gruppen von Spiegelelementen funktionsfähig sind.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Solarzelle umfasst, die derart in der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, dass zumindest ein Anteil des in der zweiten Stellung der Spiegelelemente reflektierten Lichts auf die Solarzelle auftrifft. Durch diese Maßnahme kann der auf die Solarzelle auftreffende Anteil des Lichts in elektrische Energie zurückgewandelt werden.
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Es besteht alternativ oder zusätzlich die Möglichkeit, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein Spektrometer umfasst, das derart in der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, dass zumindest ein Anteil des in der zweiten Stellung der Spiegelelemente reflektierten Lichts auf das Spektrometer auftrifft. Durch ein Spektrometer kann die Farbe des auf das Spektrometer auftreffenden Lichts bestimmt werden. Wenn beispielsweise die Lichtquelle als RGB-Lichtquelle ausgebildet ist, bei der durch Mischung von rotem, grünem und blauem Licht ein weißer Farbeindruck erzeugt werden soll, kann mit dem Spektrometer überprüft werden, ob die Farbe des erfassten Lichts der gewünschten Farbe entspricht. Beispielsweise bei einer aus drei Laserdioden bestehenden RGB-Lichtquelle kann im Laufe der Zeit die Leistung einer der Laserdioden nachlassen, so dass sich die Farbe des von der RGB-Lichtquelle ausgehenden Lichts ändert. Das Spektrometer kann diese Änderung feststellen und daraufhin die Abgabe einer Mitteilung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs veranlassen, mit dem dieser auf die Farbänderung hingewiesen wird. Alternativ kann aber auch aktiv auf die Ansteuerung der einzelnen Laserdioden Einfluss genommen werden, um eine Angleichung der Farbe des von der RGB-Lichtquelle ausgehenden Lichts an die gewünschte Farbe zu erreichen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Solarzelle und/oder das Spektrometer derart, beispielsweise unter Zuhilfenahme mindestens eines teildurchlässigen Spiegels, in der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sind, dass von in der zweiten Stellung der Spiegelelemente reflektiertem Licht sowohl ein Anteil auf die Sensormittel, als auch ein Anteil auf die Solarzelle und/oder das Spektrometer auftrifft. Dadurch können sowohl die Funktionsfähigkeit der digitalen Mikrospiegelvorrichtung als auch das Vorliegen der gewünschten Farbe des von der Beleuchtungsvorrichtung ausgegebenen Lichts überprüft werden. Weiterhin kann auch ein Teil des von der Lichtquelle erzeugten Lichts in elektrische Energie zurückverwandelt werden.
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Gemäß Anspruch 9 ist vorgesehen, dass nacheinander einzelne Spiegelelemente oder Gruppen von Spiegelelementen in die zweite Stellung überführt werden und die Intensitäten des in diesen zweiten Stellungen auf die Sensormittel auftreffenden Lichts erfasst werden. Auf diese Weise können nach und nach sämtliche Spiegelelemente auf Funktionsfähigkeit überprüft werden.
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Es besteht dabei die Möglichkeit, dass das nacheinander stattfindende Überführen der Spiegelelemente oder Gruppen von Spiegelelementen in die zweite Stellung und das damit verbundende Erfassen der Intensitäten bei dem Startvorgang des Kraftfahrzeugs oder bei dem Einschalten der Beleuchtungsvorrichtung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann vor Beginn des eigentlichen Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der digitalen Mikrospiegelvorrichtung stattfinden, insbesondere so, dass der Benutzer diese Überprüfung nicht wahrnimmt.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
- 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
- 3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 abgebildete Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine lediglich schematisch angedeutete Lichtquelle 1, die Licht 2 aussendet. Die Lichtquelle 1 kann beispielsweise als Weißlichtquelle ausgebildet sein und mindestens eine blaue Leuchtdiode (LED) sowie zusätzliche Konvertermittel zur Erzeugung weißen Lichts aufweisen. Die Lichtquelle 1 kann alternativ als RGB-Lichtquelle ausgebildet sein und beispielsweise eine rote, eine grüne und eine blaue Laserdiode aufweisen, deren Licht nach einer Mischung einen weißen Farbeindruck hervorruft.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin eine lediglich schematisch angedeutete digitale Mikrospiegelvorrichtung 3, die insbesondere als handelsüblicher DMD-Chip ausgebildet ist. In an sich bekannter Weise weist die digitale Mikrospiegelvorrichtung 3 eine Vielzahl von Spiegelelementen 4 auf, von denen lediglich eines abgebildet ist. Die Spiegelelemente 4 sind dabei in einem zweidimensionalen Array angeordnet. Ein jedes der Spiegelelemente 4 kann einzeln oder in Gruppen zwischen mindestens zwei stabilen Zuständen hin und her bewegt werden. Dank der selektiven Ansteuerung jedes einzelnen Spiegelelements 4 der digitale Mikrospiegelvorrichtung 3 ist eine Segmentierung des einfallenden Lichts 2 möglich.
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In 1 ist das Spiegelelement 4 in einem ersten Zustand gestrichelt dargestellt. Dieser Zustand wird bei einem DMD-Chip On-State genannt. In dem ersten Zustand ist das Spiegelelement 4 beispielsweise um einen Winkel von +12° gegenüber der Vertikalen in 1 verkippt. Weiterhin ist in 1 das Spiegelelement in einem zweiten Zustand strichpunktiert dargestellt. Dieser Zustand wird bei einem DMD-Chip Off-State genannt. In dem zweiten Zustand ist das Spiegelelement 4 beispielsweise um einen Winkel von -12° gegenüber der Vertikalen in 1 verkippt.
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In 1 ist ein dritter Zustand durchgezogen dargestellt. Dieser Zustand wird bei einem DMD-Chip Flat-State genannt. In dem dritten Zustand ist das Spiegelelement 4 nicht gegenüber der Vertikalen in 1 verkippt. Der Flat-State wird in der in 1 abgebildeten Ausführungsform nicht genutzt. Es besteht jedoch durchaus die Möglichkeit, Ausführungsformen der Erfindung vorzusehen, bei denen auch der dritte Zustand genutzt wird.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin schematisch dargestellte Auskoppelmittel 5, die beispielsweise als eine Projektionsoptik ausgebildet sind. Diejenigen Spiegelelemente 4, die sich in dem ersten Zustand befinden, reflektieren das einfallende Licht 2 so, dass es als reflektiertes Licht 2' durch die Auskoppelmittel 5 aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin schematisch dargestellte Sensormittel 6, die beispielsweise als eine Fotodiode ausgebildet sind. Diejenigen Spiegelelemente 4, die sich in dem zweiten Zustand befinden, reflektieren das einfallende Licht 2 so, dass es als reflektiertes Licht 2" auf die Sensormittel 6 auftrifft. Die Sensormittel 6 sind geeignet, die Intensität des auf sie auftreffenden Lichts 2" zu erfassen.
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Die Beleuchtungsvorrichtung kann weiterhin nicht abgebildete Steuermittel umfassen oder die erfasste Lichtintensität an fahrzeugseitige Steuermittel übermitteln. Die Steuermittel können aus der erfassten Intensität des in der zweiten Stellung der Spiegelelemente 4 reflektierten Lichts 2" Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der digitalen Mikrospiegelvorrichtung oder einzelner Spiegelelemente oder Gruppen von Spiegelelementen ziehen. Beispielsweise kann dabei die von den Sensormitteln erfasste Lichtintensität mit einem Sollwert oder einer bei einer zeitlich vorher durchgeführten Messung erfassten Lichtintensität verglichen werden.
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Dabei können die Steuermittel derart ausgebildet sein, dass sie auf Basis der erfassten Lichtintensität entscheiden können, ob einzelne Spiegelelemente oder Gruppen von Spiegelelementen funktionsfähig sind. Wenn ein Defekt der digitalen Mikrospiegelvorrichtung oder einzelner Spiegelelemente oder Gruppen von Spiegelelementen festgestellt wird, können die Steuermittel die Abgabe einer Mitteilung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs veranlassen, mit dem dieser auf den Defekt hingewiesen wird.
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Die Steuermittel können so ausgebildet oder programmiert sein, dass sie zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Spiegelelemente 4 die Lichtquelle 1 einschalten und nacheinander einzelne Spiegelelemente 4 oder Gruppen von Spiegelelementen 4 in die zweite Stellung überführen. Beispielsweise kann dies zeilenweise oder spaltenweise erfolgen. Nach Überführung einzelner Spiegelelemente 4 oder Gruppen von Spiegelelementen 4 in die zweite Stellung werden jeweils die Intensitäten des in diesen zweiten Stellungen auf die Sensormittel 6 auftreffenden Lichts 2" gemessen. Auf diese Weise können nach und nach sämtliche Spiegelelemente 4 auf Funktionsfähigkeit überprüft werden.
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Es besteht dabei die Möglichkeit, dass das nacheinander stattfindende Überführen der Spiegelelemente 4 oder Gruppen von Spiegelelementen 4 in die zweite Stellung und das damit verbundende Erfassen der Intensitäten bei dem Startvorgang des Kraftfahrzeugs oder bei dem Einschalten der Beleuchtungsvorrichtung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann vor Beginn des eigentlichen Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 3 stattfinden. Um zu vermeiden, dass der Benutzer diese Überprüfung wahrnimmt, kann als Wechselfrequenz für das Umschalten von beispielsweise einer Gruppe von Spiegelelementen 4 zu einer anderen Gruppe von Spiegelelementen 4 eine Frequenz im Kilohertzbereich vorgesehen werden.
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Bei der Ausführungsform gemäß 2 umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zusätzlich zu den Sensormitteln 6 ein Spektrometer 7, auf das ebenfalls ein Teil des in der zweiten Stellung der Spiegelelemente 4 reflektierten Lichts 2" auftreffen kann. Dazu ist beispielweise ein als Strahlteiler dienender teildurchlässiger Spiegel 8 vorgesehen, der einen Teil des Lichts 2" auf die Sensormittel 6 hindurchtreten lässt und einen anderen Teil reflektiert, so dass er von einem Spiegel 9 auf das Spektrometer 7 reflektiert werden kann. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das von dem teildurchlässigen Spiegel 8 ausgehende Licht 2" direkt auf das Spektrometer 7 auftrifft.
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Durch das Spektrometer 7 kann die Farbe des auf das Spektrometer 7 auftreffenden Lichts 2" bestimmt werden. Wenn beispielsweise die Lichtquelle 1 als RGB-Lichtquelle ausgebildet ist, bei der durch Mischung von rotem, grünem und blauem Licht ein weißer Farbeindruck erzeugt werden soll, kann mit dem Spektrometer 7 überprüft werden, ob die Farbe des erfassten Lichts 2" der gewünschten Farbe entspricht. Beispielsweise bei einer aus drei Laserdioden bestehenden RGB-Lichtquelle kann im Laufe der Zeit die Leistung einer der Laserdioden nachlassen, so dass sich die Farbe des von der RGB-Lichtquelle ausgehenden Lichts 2 ändert.
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Die Steuermittel können anhand der von dem Spektrometer 7 erfassten Lichtfarbe diese Änderung feststellen und daraufhin die Abgabe einer Mitteilung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs veranlassen, mit dem dieser auf die Farbänderung hingewiesen wird. Alternativ kann aber auch aktiv auf die Ansteuerung der einzelnen Laserdioden Einfluss genommen werden, um eine Angleichung der Farbe des von der RGB-Lichtquelle ausgehenden Lichts 2 an die gewünschte Farbe zu erreichen.
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Bei der Ausführungsform gemäß 3 umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zusätzlich zu den Sensormitteln 6 und dem Spektrometer 7 eine Solarzelle 10, auf die ebenfalls ein Teil des in der zweiten Stellung der Spiegelelemente 4 reflektierten Lichts 2" auftreffen kann. Dazu ist beispielweise ein weiterer teildurchlässiger Spiegel 11 vorgesehen, der einen Teil des Lichts 2" auf das Spektrometer 7 reflektiert und einen anderen Teil hindurchtreten lässt, so dass er von einem Spiegel 9 auf die Solarzelle 10 reflektiert werden kann. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das von dem teildurchlässiger Spiegel 11 ausgehende Licht 2" direkt auf die Solarzelle 10 auftrifft.
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Die Solarzelle 10 kann auf sie auftreffendes Licht 2" in elektrische Energie zurückverwandeln.
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Es besteht durchaus die Möglichkeit, dass bei der Ausführungsform gemäß 2 die Beleuchtungsvorrichtung anstelle des Spektrometers 7 eine Solarzelle 10 umfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- von der Lichtquelle ausgehendes Licht
- 2'
- in der ersten Stellung des Spiegelelements reflektiertes Licht
- 2"
- in der zweiten Stellung des Spiegelelements reflektiertes Licht
- 3
- digitale Mikrospiegelvorrichtung
- 4
- Spiegelelement
- 5
- Auskoppelmittel
- 6
- Sensormittel
- 7
- Spektrometer
- 8, 11
- teildurchlässiger Spiegel
- 9
- Spiegel
- 10
- Solarzelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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