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Die Erfindung geht aus von einem Beleuchtungssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit einem solchen Beleuchtungssystem.
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Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, die als Zusatzausstattung einen sogenannten Adaptive Driving Beam (ADB, auch Advanced Driving Beam genannt) aufweisen, mit welchem die Sicherheit insbesondere von Fahrten bei Nacht deutlich erhöht werden kann. Beim Adaptive Driving Beam wird bei Vorliegen bestimmter Bedingungen (typischerweise Fahrt außer Orts, Fahrgeschwindigkeit von mehr als 50 km/h) grundsätzlich und dauerhaft mit einem Fernlicht gefahren, wobei jedoch andere Verkehrsteilnehmer und Hindernisse wie beispielsweise Schilder lokal ausgeblendet werden, sodass andere Verkehrsteilnehmer nicht durch das Fernlicht gestört werden.
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Bei dem bekannten Adaptive Driving Beam werden üblicherweise matrixförmig angeordnete lichtemittierende Dioden (LEDs) eingesetzt (sogenanntes Matrixlicht bzw. LED-Matrix-System), wobei jede LED einen Pixel der Matrix bildet und die LEDs Teil eines Moduls sind. Solche LED-Matrix-Systeme sind beispielsweise aus den deutschen Patentanmeldungen 10 2017 204 097.1 und 10 2017 204 527.2 bekannt. Einzelne oder Gruppen von LEDs können separat angesteuert und auf diese Weise gedimmt und ein- und ausgeschaltet werden. Mit Hilfe eines Kamerasystems und einer bildverarbeitenden Elektronik können entgegenkommende und vorausfahrende Fahrzeug erkannt werden, sodass die entsprechenden LEDs des LED-Matrixsystems ausgeschaltet werden können, um eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer zu verhindern.
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Aufgrund der relativ geringen Pixelanzahl von üblicherweise weniger als 1000 durch LEDs gebildeten Pixeln sind kleinere Änderungen wie beispielsweise eine Verschiebung der Lichtverteilung um weniger als ein Zehntel Grad im Fernfeld durch Ein- und Ausschalten von LEDs bei den bekannten Beleuchtungssystemen meist nicht realisierbar. In vertikaler Richtung werden derartige Verschiebungen der Lichtverteilung jedoch benötigt (wobei sogar Verschiebungen in der Größenordnung von 0,01° bis 0,1° Grad benötigt werden), um beispielsweise die horizontale Hell-Dunkel-Grenze einzustellen bzw. anzupassen, zum Beispiel an den aktuellen Beladezustand des Fahrzeugs, die von der Beschleunigung abhängige Neigung des Fahrzeugs, die Realisierung von sogenanntem Autobahnlicht, etc.
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Die erforderliche Anpassung der vertikalen Position der Lichtverteilung wird zur Zeit häufig nur sporadisch und grob durchgeführt, beispielsweise indem der Fahrer manuell ein Rädchen dreht, dessen in der Regel vier Einstellungen vier unterschiedlichen vertikalen Positionen der Lichtverteilung entsprechen. Oftmals werden relativ grobe elektromechanische Systeme, wie beispielsweise Schrittmotoren, eingesetzt, denen die für eine Verschiebung um nur einige, wenige Grad erforderliche genaue Justierbarkeit fehlt. Mit derartigen elektromechanischen Systemen wird typischerweise die gesamte Beleuchtungseinheit bzw. das gesamte Beleuchtungssystem bestehend aus den Lichtquellen, Kühlung, Primär- und Sekundäroptik und ggfs. Blenden verstellt. Solche elektromechanischen Systeme werden auch für - ebenfalls relativ grobe - horizontale Verschiebungen der Lichtverteilung eingesetzt, zum Beispiel um zum Erzeugen eines Abbiegelichts ausgeblendete bzw. eingeblendete Bereiche zu verschieben. Solche elektromechanischen Systeme, auch Shuttersysteme genannt, wurden bzw. werden auch zur Realisierung von ADB-Funktionen eingesetzt. Es besteht jedoch der Wunsch, derartige elektromechanische Verstellsysteme, die auch viel Bauraum benötigen, zu ersetzen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Beleuchtungssystem und einen Scheinwerfer bereitzustellen, mit welchen sich vorrichtungstechnisch einfach und mit geringem Bauraumbedarf auch relativ geringe Verstellungen/Verschiebungen der Lichtverteilung realisieren lassen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Scheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß weist ein Beleuchtungssystem eine oder mehrere Lichtquellen und eine Sekundäroptik auf. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem außerdem eine Primäroptik auf, welche wenigstens zwei Lichtleiter umfasst, die jeweils eine Einkoppelfläche und eine Auskoppelfläche aufweisen, wobei die Primäroptik in Strahlungsrichtung zwischen den einen oder mehreren Lichtquellen und der Sekundäroptik angeordnet ist. Jedem der Lichtleiter ist wenigstens eine Lichtquelle zugeordnet, deren Strahlungsfläche zu der Einkoppelfläche des Lichtleiters weist. Strahlungsfläche und Einkoppelfläche verlaufen vorzugsweise in etwa parallel zu einander, wobei jedoch weder die Strahlungsfläche noch die Einkoppelfläche planar sein muss. Die Sekundäroptik bildet die von den einen oder mehreren Lichtquellen bzw. der Primäroptik ausgehende Lichtverteilung auf eine Beleuchtungsebene, insbesondere im Fernfeld, ab.
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Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem kennzeichnet sich dadurch aus, dass die einen oder mehreren Lichtquellen und die Sekundäroptik relativ zueinander, insbesondere horizontal und/oder vertikal zueinander, verstellbar sind. Insbesondere sind die Primäroptik und die Sekundäroptik relativ zueinander, insbesondere horizontal und/oder vertikal zueinander, verstellbar. Eine Verstellung kann eine Verschiebung und/oder eine Verdrehung sein. Als Fernfeld wird ein Bereich bezeichnet, der weit von der Lichtquelle entfernt ist. Die Sekundäroptik ist insbesondere durch eine oder mehrere Linsen gebildet.
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Die Lichtleiter der Primäroptik können senkrecht zur Strahlungsrichtung, insbesondere in horizontaler Richtung, gleichmäßig oder unterschiedlich zueinander beabstandet und auch unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere können Einkoppelflächen der Lichtleiter den gleichen oder einen unterschiedlichen Querschnitt, beispielsweise einen runden, rechteckigen oder einen quadratische Querschnitt, aufweisen.
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Die Art der einen oder mehreren Lichtquellen ist frei wählbar. Vorzugsweise werden lichtemittierende Dioden (LEDs), Mikro-LEDs, Laser, Lichtquellen gemäß der LARP-Technologie (LARP - Laser Activated Remote Phosphor), OLEDs (Organic Licht Emitting Diodes - Organische Leuchtdioden), etc. eingesetzt. Sind mehrere Lichtquellen vorgesehen, so können verschiedene Arten von Lichtquellen vermischt verwendet werden, wobei insbesondere mittig die Lichtquellen derart ausgewählt und angeordnet sind, dass mittig eine höhere Leuchtdichte erzielt werden kann. Eine höhere Leuchtdichte kann insbesondere durch Einsatz von Lichtquellen nach der LARP-Technologie erzielt werden.
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Bevorzugterweise werden als die einen oder mehreren Lichtquellen LED(s) eingesetzt. Dabei kann die jeweilige LED in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.
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Bei Lichtquellen gemäß der LARP-Technologie wird ein von der eigentlichen Strahlungsquelle beabstandet angeordnetes Konversionselement, das einen Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht, mit einer Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl oder Pumpstrahl oder Pumplaserstrahl, bestrahlt, insbesondere mit dem Anregungsstrahl einer Laserdiode. Die Anregungsstrahlung wird vom Leuchtstoff zumindest teilweise absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung oder in ein Konversionslicht umgewandelt, deren/dessen Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Bei der sogenannten Down-Konversion wird die Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die Anregungsstrahlung konvertiert. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements blaue Anregungsstrahlung, insbesondere blaues Laserlicht, in rote und/oder grüne und/oder gelbe Konversionsstrahlung konvertiert werden. Bei einer teilweisen Konversion ergibt dann beispielsweise eine Überlagerung von nichtkonvertiertem blauen Anregungslicht und gelbem Konversionslicht weißes Nutzlicht. Das Konversionselement ist üblicherweise mit einem Substrat verbunden und bildet dann zusammen mit dem Substrat einen Konverter. Der Konverter kann hierbei transmittierend ausgestaltet sein, wobei dann eine Einkoppelseite und eine Auskoppelseite bei dem Konversionselement für die Strahlung vorgesehen sind. Alternativ kann der Konverter als reflektiver Konverter ausgestaltet sein, bei dem dann eine Seite als Ein- und Auskoppelseite dient. Hierbei ist das Substrat dann reflektierend ausgebildet.
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Die Lichtleiter der Primäroptik (auch Taper genannt) ermöglichen eine vom 1:1-Maßstab abweichende Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Lichtquelle. Zudem können damit z.B. dunkle Zwischenbereiche von benachbarten diskreten Lichtquellen überbrückt werden. Taper sind insbesondere aus Silikon hergestellt, insbesondere durch ein 1- oder 2-Komponenten Spritzgussverfahren, und können mit einer Präzision von 20µm justiert werden. Andere transparente Materialien wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Glas oder optisch thermoplastische Materialien können ebenfalls verwendet werden.
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Zur Verstellung der Primäroptik und/oder der Sekundäroptik weist das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem wenigstens einen Aktuator, insbesondere einen piezoelektrischen Aktuator, auf. Grundsätzlich kann jeder Aktuator eingesetzt werden, der den benötigten Verstellweg/Verfahrweg realisieren kann, wie zum Beispiel auch ein elektromotorischer Aktuator, ein hydraulischer Aktuator und/oder ein pneumatischer Aktuator. Sind sowohl die Primäroptik als auch die Sekundäroptik verstellbar, so kann der Primäroptik und der Sekundäroptik jeweils ein Aktuator, insbesondere ein piezoelektrischer Aktuator zuordnet werden. Mittels eines Aktuators mit einem piezoelektrischen Element lässt sich beispielsweise ein Hub und somit eine Verschiebung der Primäroptik bzw. der Sekundäroptik im Bereich von 20µm bis 200µm erzielen. Wird der Aktuator von einem Stack/Stapel aus piezoelektrischen Elementen gebildet, so lässt sich beispielsweise ein Hub von bis zu 1000µm erzielen. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen System, wie beispielsweise einem Elektromotor, stellt ein piezoelektrischer Aktuator ein wesentlich kleineres, d.h. weniger Bauraum benötigendes, Bauteil dar, das eine genauere Verschiebung der Primäroptik bzw. der Sekundäroptik ermöglicht. Mittels des insbesondere piezoelektrischen Aktuators lassen sich vorteilhafterweise auch fertigungsbedingte Toleranzen des Beleuchtungssystems ausgleichen.
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Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem die Primäroptik gegenüber der Sekundäroptik verstellbar, wobei der Durchmesser der Sekundäroptik senkrecht zur Strahlungsrichtung gesehen vorzugsweise derart ausgestaltet ist, dass bei sämtlichen möglichen Positionen bzw. Verstell-/Verfahrwegen der Primäroptik eine komplette Abbildung der Lichtverteilung ins Fernfeld möglich ist. Ein (nur) die Primäroptik verstellender Aktuator kann vorteilhafterweise so angeordnet werden, dass er von außen nicht sichtbar ist.
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Gemäß bevorzugter Ausgestaltung ist dabei (vorzugsweise nur) eine von den Auskoppelflächen der jeweiligen Lichtleiter gebildete Gesamtauskoppelfläche der Primäroptik, gegenüber der Sekundäroptik verstellbar. In diesem Fall bestehen die Lichtleiter der Primäroptik bevorzugt zumindest teilweise aus flexiblem Material, sodass mittels des Aktuators die Gesamtauskoppelfläche gegenüber der Sekundäroptik verstellt wird, d.h. verschoben und/oder verdreht wird, während der Rest der Primäroptik nicht verstellt werden muss. Dies hat den Vorteil, dass eine gegebenenfalls für die Lichtleiter vorgesehene Halterung nicht verschoben werden muss. Derartige flexible Primäroptiken sind beispielsweise in der
DE 10 2012 108 175 A1 und der
DE 10 2013 106 620 A1 beschrieben. Durch die Verschiebung der Gesamtauskoppelfläche der Primäroptik wird zusätzlich die Lichtverteilung geändert.
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Insbesondere bei einer Verstellung der Primäroptik ohne Lichtquellen etc. unterscheiden sich vorzugsweise die Größe der Strahlungsfläche einer jeden Lichtquelle und die Größe der Einkoppelfläche des der jeweiligen Lichtquelle zugeordneten Lichtleiters wesentlich voneinander. Dies hat den Vorteil, dass sich bei einer Verstellung der Primäroptik die in die Lichtleiter der Primäroptik eingekoppelte Menge an Licht nur unwesentlich ändert und die Lichtverteilung abgesehen von einer geänderten Position aufgrund der Verschiebung und/oder Verdrehung im Wesentlichen unverändert bleibt. Bevorzugterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem das Größenverhältnis von Einkoppelfläche eines Lichtleiters der Primäroptik zu Strahlungsfläche einer dem Lichtleiter zugeordneten Lichtquelle kleiner als 90% oder größer als 110%.
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Alternativ kann bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem die Primäroptik auch zusammen mit den einen oder mehreren Lichtquellen gegenüber der Sekundäroptik verstellbar sein. Zusammen mit der Primäroptik und den einen oder mehreren Lichtquellen werden bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise ferner eine Ansteuerungselektronik für die Lichtquellen und ein bevorzugt vorgesehenes Kühlsystem verstellt.
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Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem hat den Vorteil, dass die Verstellung von Primäroptik und Sekundäroptik zueinander nicht nur sporadisch nach Initiierung durch den Benutzer erfolgen kann, sondern dass schnelle und häufige Änderungen der Lichtverteilung und daher eine permanent optimierte Lichtverteilung realisiert werden können. Hierfür erfolgt die Verstellung von Primäroptik und/oder Sekundäroptik vorzugsweise automatisch in Abhängigkeit von Messdaten über Fahrzeugzustände und Umgebungsverhältnisse (letztere auch externe Sensordaten genannt), wie beispielsweise in Abhängigkeit von Daten von Neigungs- und Beschleunigungssensoren, Daten eines Kamerasystems mit Objekterkennungsfunktion, Daten von Lichtsensoren, die beispielsweise bei sich änderndem Wetter geänderte Lichtverhältnisse erkennen (z.B. bei Eintritt von Nebel), etc.
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Bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem kann es vorgesehen sein, die Primäroptik und die Sekundäroptik so zueinander zu verstellen, dass der Abstand zwischen der/den Strahlungsfläche(n) der einen oder mehreren Lichtleiter und den Einkoppelflächen der Lichtleiterprimäroptik in der Strahlungsrichtung verändert wird. Eine solche Abstandsänderung hat jedoch in der Regel keinen Einfluss auf eine Verdrehung bzw. eine Verschiebung der Lichtverteilung senkrecht zur Strahlungsrichtung, d.h. auf eine Positionierung der Lichtverteilung. Allerdings kann eine solche Abstandsänderung einen Einfluss auf die Lichtverteilung selbst haben, da der Abstand gegenüber dessen Nominalwert geändert wird. Ferner bewirkt eine Änderung des Abstands zwischen Strahlungsflächen(n) und Lichtleitereinkoppelflächen eine Änderung der Einkoppelung des Lichts in die Primäroptik und entsprechend eine Änderung der aus der Einkoppelung resultierenden Intensität der Lichtverteilung.
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Erfindungsgemäß ist ein Scheinwerfer mit einem Beleuchtungssystem gemäß einem der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Der Scheinwerfer wird vorzugsweise bei einem Fahrzeug eingesetzt. Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teilautonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein. Wird der Scheinwerfer für ein Fahrzeug eingesetzt, so handelt es sich dann bei diesem vorzugsweise um einen Frontscheinwerfer.
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Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem kann dabei nicht nur zur Realisierung von Funktionen eines Adaptive Driving Beams, sondern auch zur Realisierung von anderen Fahrzeuglichtfunktionen wie zum Beispiel Abblendlicht (LB - Low Beam) und Nebellicht (Fog), welche eine winkelmäßige Verschiebung/Verstellung der Lichtverteilung erfordern, verwendet werden.
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Neben Scheinwerfern kann das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem auch bei anderen Beleuchtungsanwendungen wie beispielsweise für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Beleuchtungen für den Gartenbau (Horticulture) etc. eingesetzt werden.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems,
- 2 beispielhafte Darstellungen von sich ergebenden Lichtverteilungen bei unterschiedlichen Stellungen der Primäroptik zur Sekundäroptik (2a): Verschiebung der Primäroptik nach unten, (2b): Nominalstellung (mittige Stellung) der Primäroptik), (2c): Verschiebung der Primäroptik nach oben),
- 3 Längsschnittdarstellung eines Lichtleiters der Primäroptik und der diesem zugeordneten Lichtquelle, wobei die Strahlungsfläche der Lichtquelle wesentlich größer (3a)) oder alternativ wesentlich kleiner (3b)) als die Einkoppelfläche des Lichtleiters ist, und
- 4 beispielhafte Kurvenverläufe von Intensität und Toleranzempfindlichkeit einer Lichtverteilung im Fernfeld in Abhängigkeit vom Flächenverhältnis von Lichtleitereinkoppelfläche zu Lichtquellenstrahlungsfläche.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 1 mit mehreren angedeutet dargestellten Lichtquellen 2. Jede der Lichtquellen 2 weist eine Strahlungsfläche 4 auf, durch die von der jeweiligen Lichtquelle 2 erzeugtes Licht abgestrahlt wird (vgl. 3).
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Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem 1 weist ferner eine Primäroptik 6 und eine Sekundäroptik 8 auf, die in der genannten Reihenfolge im Strahlengang bzw. in der Strahlungsrichtung 10 nach den Lichtquellen 2 angeordnet sind. Die Sekundäroptik 8 wird insbesondere durch eine Linse oder ein Linsensystem gebildet.
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Die Primäroptik 6 umfasst mehrere Lichtleiter 12 mit jeweils einer Einkoppelfläche 14 (vgl. 3) und einer Auskoppelfläche 16 (vgl. 1). Zusammen bilden die Auskoppelflächen 16 sämtlicher Lichtleiter 12 eine Gesamtauskoppelfläche 20, wobei die Auskoppelflächen 16 nicht explizit voneinander getrennt sein müssen. Die Lichtleiter 12 sind vorzugsweise konisch geformt und weiten sich in Richtung auf die Sekundäroptik 8 auf. Die Lichtleiter 12 werden insbesondere durch Taper mit seitlichen Führungsflächen gebildet, die eine Vergrößerung der „Lichtemissionsfläche“ erlauben. Bevorzugt ist die Gesamtaustrittsfläche 20 der Primäroptik 6 wesentlich größer als eine durch die Einkoppelflächen 14 gebildete, nicht näher bezeichnete Gesamteinkoppelfläche der Primäroptik 6. Die Lichtleiter 12 sind in einer ersten, zur Strahlungsrichtung 10 senkrechten Richtung 18, bei der es sich vorzugsweise um eine horizontale Richtung handelt, nebeneinander angeordnet, wobei sie unterschiedlich zueinander beabstandet sein können. Beispielhaft kann die Primäroptik 6 zwischen 5 und 100 Lichtleiter 12 in Form von Tapern aufweisen, die strahlungseingangsseitig zueinander in einem Abstand von beispielsweise 1mm bis 5mm angeordnet sind, wobei die individuellen Abstände unterschiedlich sein können. Die Primäroptik 6 kann eine Temperaturkompensation bzw. ein Kühlsystem aufweisen und gegenüber den Lichtquellen 2 temperaturkompensiert bzw. temperaturkompensierend angeordnet/aufgehängt sein.
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Der Primäroptik 6 ist ein Aktuator 22, vorzugsweise ein piezoelektrischer Aktuator, zugeordnet, der die Primäroptik 6 in einer zweiten, zur Strahlungsrichtung 10 und zur ersten Richtung 18 senkrechten Richtung 24 und/oder in der ersten Richtung 18 verstellen kann. Es kann auch ein Aktuator 22 je Freiheitsgrad vorgesehen sein. Bei der zweiten Richtung 24 handelt es sich vorzugsweise um eine vertikale Richtung, wobei es sich bei der ersten Richtung um eine horizontale Richtung handelt.
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Dem Aktuator 22 ist eine Ansteuerungselektronik 26 zugeordnet, die über Steuerung des dem Aktuator 22 zugeführten Stroms die Verstellung, insbesondere die Verschiebung, der Primäroptik 22 in die erste Richtung 18 und/oder die zweite Richtung 24 bewirkt.
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Die Ansteuerung des Aktuators 22 und somit die Verstellung der Primäroptik 6 erfolgt vorzugsweise automatisch durch die Ansteuerelektronik 26 in Abhängigkeit von Messdaten von Sensoren 28, wobei eine Kamera auch als Sensor im Sinne der Erfindung angesehen wird. Die Sensoren 28 erkennen beispielsweise ein außerhalb, insbesondere vor, dem Fahrzeug befindliches Objekt wie z.B. ein vorausfahrendes oder entgegenkommendes Fahrzeug, eine Neigung des Fahrzeugs, eine Beschleunigung des Fahrzeugs, wetterabhängige Lichtverhältnisse außerhalb des Fahrzeugs, etc.. Die Sensoren 28 sind mit der Ansteuerelektronik 26 schnurlos oder über entsprechende Leitungen verbunden. In 1 ist beispielhaft nur ein Sensor 28 dargestellt; es können jedoch selbstverständlich mehrere insbesondere unterschiedliche Sensoren 28 vorgesehen sein.
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2 zeigt beispielhafte, mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem 1 erzielbare Lichtverteilungen. 2b) zeigt die Lichtverteilung, die sich im Fernfeld ergibt, wenn sich die Primäroptik 6 (bzw. je nach Ausführungsform deren Gesamtauskoppelfläche 20) in Nominalstellung befindet. 2a) zeigt die Lichtverteilung, die sich im Fernfeld ergibt, wenn die Primäroptik 6 einschließlich der dieser zugeordneten Lichtquellen 2 (inkl. der Platine, auf welcher die Lichtquellen 2 angeordnet sind, und des Kühlsystems) mittels des Aktuators 22, um 1mm nach unten verschoben worden ist. Die gleiche Lichtverteilung ergibt sich, wenn nur die Sekundäroptik 8 gegenüber der Primäroptik 6 und den Lichtquellen 2 verschoben wird. Die Lichtverteilung verdreht/verschwenkt sich dabei um 1° nach oben um eine zu der Strahlungsrichtung senkrechte horizontale Achse herum. Entsprechend zeigt 2c) die Lichtverteilung, die sich im Fernfeld ergibt, wenn die Primäroptik 6 einschließlich der Lichtquellen 2 (inkl. der Platine, auf welcher die Lichtquellen 2 angeordnet sind, und des Kühlsystems) mittels des Aktuators 22 um 1mm nach oben verschoben worden ist. Die gleiche Lichtverteilung ergibt sich, wenn stattdessen nur die Sekundäroptik 8 verschoben wird. Die Lichtverteilung verdreht/verschwenkt sich dabei um 1° Grad nach unten. Wie in 2 beispielhaft gezeigt, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem 1 auf einfache und effiziente Weise kleinere Verdrehungen/Verschwenkungen der Lichtverteilung in der Größenordnung von insbesondere einem Bruchteil von einem Grad bis zu einem Grad relativ wenigen Graden um eine horizontale, zur Strahlungsrichtung senkrechte Achse durch Verschiebung der Primäroptik 6 im Mikrometerbereich bzw. unteren Millimeterbereich erzielen.
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Die Verdrehung/Verschwenkung der Lichtverteilung lässt sich besonders einfach und effizient ohne deutliche Änderung der Lichtintensität verwirklichen, wenn die Größe der Einkoppelfläche 14 eines Lichtleiters 12 der Primäroptik 6 und der Größe der Strahlungsfläche 4 der dem Lichtleiter 12 zugeordneten Lichtquelle 2 sich deutlich voneinander unterscheiden, wie dies beispielhaft in den 3a) und 3b) dargestellt ist. 3a) zeigt den Fall, dass die Strahlungsfläche 4 der Lichtquelle 2 wesentlich größer als die Einkoppelfläche 14 des Lichtleiters 12 ist. Dabei kann die Strahlungsfläche 4 der Lichtquelle 2 beispielsweise 1mm × 1mm oder auch 4mm × 4mm betragen und beispielsweise etwa 1,5 bis 2mal größer als die Einkoppelfläche 14 des Lichtleiters 12 sein. 3b) zeigt den Fall, dass die Einkoppelfläche 14 des Lichtleiters 12 wesentlich größer als die Strahlungsfläche 4 der Lichtquelle 2 ist. Dabei kann die Strahlungsfläche 4 der Lichtquelle 2 beispielsweise eine Größe von 1000µm × 1000µm haben und die Einkoppelfläche 14 des Lichtleiters 12 etwa 1,5 bis 2mal, idealerweise jedoch nur 1,1 bis 1,3mal, größer sein als die Strahlungsfläche 4. Die Formen und Querschnitte von Lichtleiter 12 und Lichtquelle 2 müssen grundsätzlich nicht identisch sein, beispielsweise kann ein Lichtleiter 12 einen quadratischen Querschnitt haben, während die ihm zugeordnete Lichtquelle 2 einen runden Querschnitt hat.
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Wie aus 3a) und 3b) deutlich wird, ändert sich die in den jeweiligen Lichtleiter 12 eingekoppelte Lichtmenge bei einer seitlichen, horizontalen Verschiebung oder bei einer vertikalen Verschiebung im Mikrometerbereich (durch Pfeile in 3a) und 3b) angedeutet) nicht oder jedenfalls nur unwesentlich, sodass sich die resultierende Lichtverteilung abgesehen von deren Position in ihrer Intensität nicht bzw. nicht wesentlich ändert. Die Verschiebung sollte dabei maximal so sein, dass in Strahlungsrichtung gesehen bei kleinerer Einkoppelfläche 14 (Ausgestaltung in 3a)) die Einkoppelfläche 14 nicht oder nur wenig seitlich oder vertikal über die Strahlungsfläche 4 hinausragt und bei größerer Einkoppelfläche 14 (Ausgestaltung in 3b)) die Strahlungsfläche 4 nicht oder nur wenig seitlich oder vertikal über die Einkoppelfläche 14 hinausragt.
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Wie den 3a) und 3b) ferner zu entnehmen ist, können in ein und derselben Primäroptik 6 unterschiedliche Lichtleiter 12 eingesetzt werden. Sowohl der in 3a) dargestellte Lichtleiter 12 als auch der in 3b) dargestellte Lichtleiter 12 weisen lichtquellenseitig einen Fortsatz 30 geringeren Durchmessers als der Rest des jeweiligen Lichtleiters 12 auf, wobei bei der Ausgestaltung in 3a) der Fortsatz 30 über eine nicht näher bezeichnete ringförmige Stufe in den Rest des Lichtleiters 12 übergeht, während sich bei der in 3b) gezeigten Ausgestaltung der Fortsatz 30 konisch bzw. kegelstumpfförmig zum Rest des Lichtleiters 12 aufweitet. 3a) und 3b) beziehen sich auf die Querschnitte von Lichtleiter 12 und Lichtquelle 2. Beliebige, auch unterschiedliche Formen von Lichtleiter 12 und/oder Lichtquelle 2 sind ebenfalls möglich, beispielsweise rund/konisch oder würfelförmig bzw. quaderförmig/kegelstumpfförmig.
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4 zeigt die Intensität der Lichtverteilung im Fernfeld (durchgezogene Linie) und die Sensitivität gegenüber Toleranzen bzw. die Empfindlichkeit der Intensität der Lichtverteilung auf einen gewissen Versatz der Strahlungsfläche 4 der Lichtquelle 2 zur Einkoppelfläche 14 des Lichtleiters 12 (auch: Intensitätsänderung bei einem gegebenen Versatz; gestrichelte Linie) in Abhängigkeit vom Größenverhältnis der Einkoppelfläche 14 eines Lichtleiters 12 zu der Strahlungsfläche 4 der dem Lichtleiter 12 zugeordneten Lichtquelle 2. 4 zeigt also relativ gesehen die Effizienz der Lichteinkopplung in die Primäroptik 6 in Abhängigkeit des Größenverhältnisses von Einkoppelfläche 14 zu Strahlungsfläche 4. 4 bestätigt, dass die Empfindlichkeit der Lichtintensität auf einen Versatz von Strahlungsfläche 4 zu Einkoppelfläche 14 insbesondere bei großen Größenunterschieden gering ist. Dies ist insbesondere bei einem Größenverhältnis von Einkoppelfläche 14 des Lichtleiters 12 zu Strahlungsfläche 4 der Lichtquelle 2 von weniger als 90% oder größer als 110% der Fall. Ferner ist aus 4 ersichtlich, dass Lichtquellen 2 mit einer großen Strahlungsfläche 4 von beispielsweise 1mm × 1mm bis 4mm × 4mm zu bevorzugen sind, da sie eine hohe oder sogar maximale Lichtintensität ergeben. Je nach Situation, insbesondere je nach Formung der eingesetzten Lichtleiter 12, kann es jedoch auch vorteilhaft sein, kleinere Lichtquellen 2 zum Beispiel mit einer Fläche von 100µm × 100µm einzusetzen, da in diesem Fall die eingebaute(n) Lichtquelle(n) 2 besser ausgenutzt werden können, was energieeffizienter ist.
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Bezugszeichenliste
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| Beleuchtungssystem |
1 |
| Lichtquelle |
2 |
| Strahlungsfläche |
4 |
| Primäroptik |
6 |
| Sekundäroptik |
8 |
| Strahlungsrichtung |
10 |
| Lichtleiter, Taper |
12 |
| Einkoppelfläche |
14 |
| Austrittsfläche |
16 |
| erste Richtung, |
|
| horizontale Richtung |
18 |
| Gesamtaustrittsfläche |
20 |
| Aktuator, |
|
| piezoelektrischer Aktuator |
22 |
| zweite Richtung, |
|
| vertikale Richtung |
24 |
| Ansteuerelektronik |
26 |
| Sensor |
28 |
| Fortsatz |
30 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012108175 A1 [0018]
- DE 102013106620 A1 [0018]
