DE102017219797A1

DE102017219797A1 - Lichtleitersystem mit Sensoren, Scheinwerfer mit Lichtleitersystem und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017219797A1
Application number: DE102017219797.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan SCHWAIGER; Joachim Stöhr
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Offenbart ist ein Lichtleitersystem mit mindestens einem Lichtleiter und mindestens einer Lichtquelle, die derart angeordnet sind, dass von der mindestens einen Lichtquelle emittiertes Licht durch den mindestens einen Lichtleiter geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitersystem ferner mindestens einen optischen Sensor zum Erfassen von Licht aufweist, und dem mindestens einen optischen Sensor das zu erfassende Licht über den mindestens einen Lichtleiter zugeführt wird. Vorzugsweise sind die mindestens eine Lichtquelle und der mindestens eine Sensor mit denselben Enden des mindestens einen Lichtleiters verbunden. Das offenbarte Lichtleitersystem kann zudem zur Übermittlung von Informationen bzw. Daten verwendet werden. Zudem sind eine Verwendung des Lichtleitersystems zur Übermittlung von Informationen, ein Scheinwerfer mit diesem Lichtleitersystem und einem Fahrzeug mit einem derartigen Scheinwerfer offenbart.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Lichtleitersystem mit mindestens einer Lichtquelle, mindestens einem Lichtleiter und mindestens einem Sensor, einer Verwendung des Lichtleitersystems zur Übermittlung von Informationen, einem Scheinwerfer mit diesem Lichtleitersystem und einem Fahrzeug mit einem derartigen Scheinwerfer.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, die als Zusatzausstattung einen Adaptive Driving Beam (ADB) aufweisen, manchmal auch als blendfreies Fernlicht bezeichnet. Hierfür können beispielsweise matrixartig angeordnete Licht emittierende Dioden (LEDs) eingesetzt sein, wobei die LEDs Teil eines Moduls sind. Jede einzelne oder Gruppen von LED(s) in dem Modul kann/können dabei separat ansteuerbar und dadurch ein- und ausschaltbar sowie dimmbar sein, was auch als pixeliertes Licht bezeichnet werden kann. In Kombination mit einem Kamerasystem und einer bildverarbeitenden Elektronik werden beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer, wie Gegenverkehr und vorausfahrende Fahrzeuge, und weitere im Umfeld des Fahrzeugs vorhandene Objekte erkannt und können somit zumindest bereichsweise ausgeblendet werden. Hierdurch ist denkbar, beispielsweise dauerhaft mit „Fernlicht“ zu fahren, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden, insbesondere wenn bestimmte Bedingungen vorliegen. Als Bedingungen können vorgesehen sein, dass das Fahrzeug außer Orts fährt und/oder eine Geschwindigkeit von über 50 km/h aufweist. Neben anderen Verkehrsteilnehmern können auch neben der Fahrbahn vorhandene Objekte, wie beispielsweise Schilder, Fußgänger, Fahrradfahrer lokal ausgeblendet werden.
In den Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen DE 10 2017 204 097.1 und der DE 10 2017 204 527.2 sind beispielsweise Lichtleitersysteme beschrieben, die als Lichtquellen mehrere LEDs und als Primäroptik mehrere Lichtleiter aufweisen, wobei die Lichtleiter das von den Lichtquellen emittierte Licht einer Sekundäroptik zuführen.
Für den Betrieb eines derartigen ADB-Systems und für die Realisierung weiterer Komfort- und/oder Sicherheitsfunktionen in einem Fahrzeug sind üblicherweise eine Reihe von Sensoren notwendig, darunter auch optische Sensoren, die optische Informationen in Form von Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung erfassen, das von außerhalb des Fahrzeugs auf das Fahrzeug einfällt.
Diese optischen Sensoren müssen zusätzlich im Fahrzeug verbaut und kalibriert, das heißt, ausgerichtet und/oder referenziert, werden, was zeitaufwendig ist, zusätzlichen Platz verbraucht und somit die Entwicklung und Herstellung der Fahrzeuge schwieriger und teurer macht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Platzverbrauch und die anfallenden Kosten bei der Integration von optischen Sensoren in einem Fahrzeug zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lichtleitersystem gemäß Anspruch 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtleitersystem mit mindestens einem Lichtleiter, mindestens einer Lichtquelle und mindestens einen Sensor bereitgestellt, wobei der mindestens eine Lichtleiter und die mindestens eine Lichtquelle derart angeordnet sind, dass von der mindestens einen Lichtquelle emittiertes Licht durch den mindestens einen Lichtleiter geleitet wird, und wobei der mindestens eine Sensor ein optischer Sensor zum Erfassen von Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung ist und diesem das zu erfassende Licht bzw. elektromagnetische Strahlung über den mindestens einen Lichtleiter zugeführt wird.
Dabei ist bevorzugt, dass die mindestens eine Lichtquelle und der mindestens eine Sensor mit denselben Enden des mindestens einen Lichtleiters verbunden sind. Im Speziellen bedeutet dies, dass bei einem einzelnen Lichtleiter Lichtquelle(n) und Sensor(en) an demselben Ende des Lichtleiters angeordnet sind. Umfasst das erfindungsgemäße Lichtleitersystem mehrere Lichtleiter, so sind die Lichtquelle(n) und Sensor(en) an denselben Enden der mehreren Lichtleiter angeordnet.
Das erfindungsgemäße Lichtleitersystem kann eine Lichtquelle aufweisen oder kann zwei oder mehrere Lichtquellen aufweisen. Die Anzahl der Lichtquellen, deren emittiertes Licht über den mindestens einen Lichtleiter geleitet wird, ist entsprechend dem der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzip nicht beschränkt. Aus praktischer Sicht kann die Anzahl der Lichtquellen allerdings aufgrund räumlicher Beschränkungen limitiert sein. Vorzugsweise ist die Anzahl der Lichtquellen pro Lichtleiter ausgewählt aus 1, 2, 5, 10, 20, 50 und 100, weiter bevorzugt 5 bis 25.
Dabei können die eine oder mehreren Lichtquellen in Bezug auf ihre jeweilige Form und/oder Farbe und/oder Leuchtdichte und/oder Betriebsmodus und/oder Art und/oder Größe und/oder Abstrahlcharakteristik (Lichtverteilung) gleich oder unterschiedlich sein und können ausgewählt sein aus Licht emittierende Diode (LED), Quantenstab-LED, Mikro-LED, Laser Activated Remote Phosphor (LARP) Strahlungsquelle, organische LED (OLED) und Laserquelle.
Eine Lichtquelle im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist nicht darauf beschränkt, dass sie lediglich Strahlung emittiert, die dem für das menschliche Auge sichtbaren Spektrum entspricht. Sie kann vielmehr auch Licht (Strahlung) im längerwelligen Bereich (IR-Bereich) und/oder kurzwelligeren Bereich (UV-Bereich) emittieren und kann somit auch als Strahlungsquelle bezeichnet werden.
Eine LED oder Leuchtdiode kann 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 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 (Lichtquelle) 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.
Bei der LARP Technologie wird ein von einer 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 Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Bei der 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.
Ferner ist vorgesehen, dass die Lichtquellen des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems jeweils lichtemittierende Flächen (Lichtemissionsflächen) aufweisen können. Die Formen der lichtemittierenden Flächen können gleich oder voneinander verschieden sein und können rund, quadratisch, elliptisch oder rechteckig sein oder können eine gleichförmige oder ungleichförmige Polygonform oder eine Freiform aufweisen. Die Lichtquellen des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems können auf einer planen Ebene so angeordnet sein, dass ihre Lichtemissionsflächen koplanar sind. Die Lichtquellen des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems können aber bezüglich ihrer Lichtemissionsflächen auch gegeneinander verkippt angeordnet sein.
Zudem können die Größen der lichtemittierenden Flächen gleich oder voneinander verschieden sein. Es kann vorgesehen sein, dass eine jeweilige Lichtquelle hinsichtlich ihrer Licht emittierenden Fläche eine Größe aufweist, die aus folgenden Größen ausgewählt ist: 0,02 mm², 0,05 mm², 0,1 mm², 0,3 mm², 0,5 mm², 0,7 mm², 1 mm², 2 mm² usw.
Die Leuchtdichten der Lichtquellen können ausgewählt sein aus 50 cd/mm², 100 cd/mm², 350 cd/mm² oder 1000 cd/mm². Dabei können die Leuchtdichten der Lichtquellen gleich oder voneinander verschieden sein. Somit können sich die Lichtquellen hinsichtlich ihrer optischen Performance unterscheiden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass sich die Lichtquellen hinsichtlich ihrer Lichtverteilung oder Abstrahlcharakteristik oder Polarisation unterscheiden.
Das erfindungsgemäße Lichtleitersystem weist zudem mindestens einen Lichtleiter auf. Das heißt, es kann einen Lichtleiter aufweisen oder kann zwei oder mehrere Lichtleiter aufweisen.
Der bzw. die Lichtleiter dienen dazu, das von der oder den Lichtquelle(n) emittierte Licht nach außen, das heißt, nach außerhalb des Lichtleitersystems zu leiten.
Der bzw. die Lichtleiter können zudem als eine Primäroptik fungieren, die das emittierte Licht einer Sekundäroptik zuführt. Somit können das erfindungsgemäß Lichtleitersystem zusammen mit einer geeigneten Sekundäroptik Bestandteil eines Scheinwerfers eines Fahrzeuges sein.
Ferner kann das erfindungsgemäß Lichtleitersystem so ausgestaltet sein, dass das von der mindestens einen Lichtquelle emittierte Licht vor dem Einkoppeln in den mindestens einen Lichtleiter durch zusätzliche optische Elemente vorgeformt wird.
Die Zahl der Lichtquellen und der Lichtleiter können gleich oder voneinander verschieden sein. So kann das von einer Lichtquelle emittierte Licht über einen einzelnen Lichtleiter oder auch über mehrere Lichtleiter geleitet werden. Demgegenüber kann ein einzelner Lichtleiter auch so angeordnet sein, dass er emittiertes Licht von zwei oder mehreren Lichtquellen leitet, entweder gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten. Dadurch können der Platzbedarf, die Kosten und das Gewicht des Lichtleitersystems verringert werden.
Die Einkoppelflächen des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems können gleich oder voneinander verschieden sein und können rund, quadratisch, elliptisch oder rechteckig sein oder können eine gleichförmige oder ungleichförmige Polygonform oder eine Freiform aufweisen. Die Lichtleiter können einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen oder einen sich konisch verbreiternden oder konisch verjüngenden Querschnitt oder einen sich entlang der Längserstreckung des Lichtleiters veränderbaren Querschnitt aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleitersystems mit mehreren Lichtleitern, können diese in Bezug auf ihren Durchmesser und/oder ihre Austrittsform voneinander verschieden sein. So kann beispielsweise der Lichtleiter, der einem Sensor Licht zuführt, einen geringeren Durchmesser aufweisen als die Lichtleiter desselben Lichtleitersystem, die Licht der Lichtquelle(n) nach außerhalb leiten. Dabei können einzelne Lichtleiter derart geringe Durchmesser aufweise, wie sie üblicherweise in der Faseroptik verwendet werden.
Bei der Verwendung mehrere Lichtleiter, können diese zudem so angeordnet sein, dass sie sich entlang zumindest eines Teils ihrer Längsausdehnung gegenseitig berühren.
Bei einer Ausführungsform mit mehreren Lichtleitern, werden diese vorzugsweise matrixartig angeordnet, d.h. mit einer definierten Anzahl an Lichtleiter in einer Reihe und einer definierten Anzahl an Reihen von Lichtleitern. Wenn die einzelnen Lichtleiter einer derartigen Matrix entweder nur Licht von einer oder mehreren Lichtquelle leiten oder Licht einem oder mehreren Sensoren zuführen, so ist in der Matrix die Anzahl der ersteren Lichtleiter vorzugsweise größer als die Anzahl der letzteren Lichtleiter.
Wird eine derartige Matrix in einem Scheinwerfer verwendet und enthält diese lediglich einen Lichtleiter zum Zuführen von Licht zu einem Sensor, so wird dieser Lichtleiter vorzugsweise am Rand der Matrix angeordnet, so dass die Gleichmäßigkeit des abgestrahlten Lichtbilds nicht beeinträchtigt wird.
Wenn der Lichtleiter zum Zuführen von Licht zu einem Sensor innerhalb der Matrix angeordnet ist, dann ist es bevorzugt, dass dieser Lichtleiter einen geringeren Durchmesser aufweist, so dass des abgestrahlten Lichtbild möglichst wenig beeinträchtigt wird.
Das erfindungsgemäße Lichtleitersystem weist zudem mindestens einen Sensor auf. Das heißt, es kann einen Sensor aufweisen oder kann zwei oder mehrere Sensoren aufweisen, wobei der oder die Sensor(en) optische Sensoren zum Erfassen von Licht (Licht im sichtbaren Bereich, im UV-Bereich und/oder im IR-Bereich) sind. Dem bzw. den Sensor(en) wird das zu erfassende Licht über den mindestens einen Lichtleiter zugeführt. Dabei wird das zu erfassende Licht dem Sensor von außen, das heißt, von außerhalb des Lichtleitersystem, zugeführt.
Der bzw. die Sensor(en) können ausgewählt sein aus einem Sensor, der Licht im sichtbaren Bereich erfasst, einem Infrarot (IR) Sensor und einem Ultraviolett (UV) Sensor. Im Speziellen kann der Sensor oder können die Sensoren unabhängig voneinander unterschiedliche einen oder mehrere Parameter erfassen, wie beispielsweise Helligkeit, Farbe, Spektrum etc. Die Parameter wie z.B. Helligkeit können beispielsweise auch wellenlängenabhängig oder wellenlängenselektiv erfasst werden (beispielsweise im sichtbaren, IR- oder UV-Bereich).
Sensor(en) und Lichtleiter können so angeordnet sein, dass jedem Sensor über jeweils einen Lichtleiter Licht zugeführt wird. Alternativ können Sensor(en) und Lichtleiter auch so angeordnet sein, dass ein einzelner Lichtleiter Licht mehreren Sensoren zuführt oder dass einem Sensor Licht über mehrere Lichtleiter zugeführt wird.
Im Speziellen können der oder die Sensor(en) zusammen mit der oder den Lichtquelle(n) auf einem geeigneten Träger, wie einer Platine, angeordnet und mit den einen der Enden der Lichtleiter verbunden sein. Die anderen der Enden der Lichtleiter sind aus dem Lichtleitersystem herausgeführt und können optional mit einer Sekundäroptik verbunden sein bzw. optisch an die Sekundäroptik gekoppelt sein, beispielsweise wenn die Enden der Lichtleiter auf der Fokusebene der Sekundäroptik liegen.
Indem bei dem erfindungsgemäßen Lichtleitersystem neben einer oder mehreren Lichtquellen zusätzlich ein oder mehrere optische Sensoren integriert sind, kann eine platzsparendes Lichtleitersystem bereitgestellt werden. Zudem kann ein derartiges Lichtleitersystem einfacher in beispielsweise einem Scheinwerfer eines Fahrzeuges integriert werden, so dass damit Zeit und Kosten eingespart werden können.
In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems kann der Lichtleiter so angeordnet sein, dass das von dem mindestens einen optischen Sensor zu erfassende Licht über einen Lichtleiter zugeführt wird, der von dem Lichtleiter verschieden ist, über den das von der mindestens einen Lichtquelle emittierte Licht geleitet wird.
Bei dieser Ausführungsform wird somit das von einer Lichtquelle emittierte Licht und das einem Sensor zugeführte Licht von unterschiedlichen Lichtleitern geleitet. Dies Ausführungsform hat den Vorteil, dass gleichzeitig von der Lichtquelle emittiertes Licht nach außen und dem Sensor zugeführtes Licht nach Innen geleitet werden können.
In einer weiteren speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems kann der Lichtleiter so angeordnet sein, dass das von dem mindestens einen optischen Sensor zu erfassende Licht über denselben Lichtleiter zugeführt wird, über den das von der mindestens einen Lichtquelle emittierte Licht geleitet wird.
In dieser Ausführungsform kann ein einzelner Lichtleiter oder können mehrere Lichtleiter sowohl dazu verwendet werden, zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem bestimmten Zeitintervall von einer oder mehreren Lichtquelle(n) emittiertes Licht nach außen zu leiten und zu einem anderen Zeitpunkt oder in einem anderen Zeitintervall Licht von außen einem oder mehreren Sensor(en) zuzuführen.
Auf Basis dieser Ausführungsform besteht eine Minimalkonfiguration des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems aus einer Lichtquelle, einem Sensor und einem Lichtleiter. Ein Beispiel dieser Ausführungsform wird später unter Bezug auf 2 näher erläutert. Diese Minimalkonfiguration kann hinsichtlich der Anzahl an notwendigen Komponenten weiter verringert werden, wenn eine Lichtquelle verwendet wird, die auch als Sensor fungieren kann, insbesondere als ein photo-elektrischer Sensor. Diese Ausführungsform wird später ausführlicher beschrieben.
Diese Ausführungsform ermöglicht eine Verringerung der Anzahl an Komponenten eines Lichtleitersystems, wodurch Platz und Kosten eingespart werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems kann mindestens eine der Lichtquellen auch als Sensor fungieren. Eine derartige Lichtquelle, die auch als Sensor fungieren kann, ist beispielsweise eine LED. Über den foto-elektrischen Effekt kann ein Halbleiter-Bauelement (LED) die auf sie einstrahlende elektro-magnetische Strahlung in elektrischen Strom umwandeln.
Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, eine Lichtquelle zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem bestimmten Zeitintervall als Sensor zu verwenden während sie zu einem anderen Zeitpunkt oder in einem anderen Zeitintervall als Lichtquelle eingesetzt wird.
So kann bei dieser Ausführungsform beispielsweise am Tag die Sensorfunktion der Lichtquelle aktiviert sein und bei Nacht die Lichtfunktion. Alternativ kann die Nutzung der Sensorfunktion oder Lichtfunktion auch von beliebigen anderen Parametern abhängig gemacht werden (z.B. durch manuelle oder autonome Aktivierung bestimmter Lichtfunktionen). Ist beispielsweise der Sensor in einem Spurhalteassistenten eingebunden und ist das erfindungsgemäße Lichtleitersystem in einem Blinkermodul verbaut, so kann beim Aktivieren des Blinkers die Sensorfunktion ausgeschaltet und die Lichtfunktion eingeschaltet werden.
Falls nicht die volle Lichtleistung der Lichtquelle benötigt wird, ermöglicht diese Ausführungsform zudem einen schnellen wechselweisen Einsatz der Licht- und Sensorfunktion. So ist es unter Nutzung der Pulsweitenmodulation (PWM-Betrieb) möglich, durch ein schnelles Umschalten zwischen Licht- und Sensorfunktion ein gepulstes Licht zu emittieren, das vom menschlichen Auge als Dauerlichtquelle wahrgenommen wird. In den kurzen Zeiträumen zwischen den einzelnen Lichtpulsen kann die Lichtquelle als Sensor fungieren. Der Aktivierungsdauer der beiden Funktionen kann sowohl „gleichberechtigt“ sein (jeweils ungefähr die halbe Zeit für Sensorfunktion und Lichtfunktion) als auch völlig ungleich (indem z.B. lediglich einmal pro Minute kurz die Sensorfunktion aktiviert wird). Neben dem oben beschriebenen sehr schnellen und für das menschliche Auge nicht wahrnehmbaren Wechsel kann alternativ auch ein langsamerer Wechsel durchgeführt werden, wie beispielsweise bei einem Blinker oder dergleichen.
Mit dieser Ausführungsform kann die Anzahl der Komponenten eines Lichtleitersystems weiter verringert werden ohne dessen Funktionalität zu verringern. Dadurch können der Platzbedarf und die Kosten bei der Integration bzw. Herstellung weiter verringert werden.
Zur Realisierung des oben genannten PWM-Betriebs kann das erfindungsgemäße Lichtleitersystem über eine entsprechende Steuereinheit verfügen oder mit einer derartigen Steuereinheit verbunden sein. Diese Steuereinheit ist ausgelegt zum Steuern des Wechsels der Betriebsart der Lichtquelle durch ein schnelles Umschalten zwischen Licht- und Sensorfunktion (PWM-Betrieb).
Ist diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems Bestandteil eines Adaptive Driving Beams (ADB) eines Fahrzeugs, kann der Sensor für die Steuerung des ADB verwendet werden und/oder kann für eine davon verschiedene Funktion wie beispielsweise als Helligkeitssensor für ein Abblendlicht oder für eine Tagfahrlichtfunktion, als Sensor für einen Spurhalteassistenten (LaneAssist) etc. verwendet werden.
Bei der Verwendung zur Steuerung eines ADB kann ein eingeschränkter Detektionsraumwinkel genutzt werden. Dabei wird bei dem von den Lichtquellen emittierten Licht die Lichtverteilung mittels der Primäroptik (den Lichtleitern) dergestalt auf einer (virtuellen) Zwischenebene abgebildet, dass eine nachgelagerte Sekundäroptik diese Ortsinformationen in Winkelinformationen des Fernfelds umsetzen kann. Dabei repräsentiert jedes Pixel, d.h. jeder Lichtleiter, einen definierten Raumwinkel (horizontal und vertikal). Umgekehrt ist ein Detektieren auch nur aus diesem Raumwinkel möglich, da nur dann das Licht in und durch den Lichtleiter auf den Sensor gelangt.
Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, das als Lichtquelle/Sensor fungierende Element im PWM-Betrieb in wechselweiser Funktion zu betreiben, so dass die Lichtquelle einen hohen Nutzungsgrad aufweist. Während der „Aus-Zeit“ der Lichtquelle wird dabei im Sensorbetrieb die Helligkeit gemessen. Zusätzlich kann im Sensorbetrieb auch die Farbe des erfassten Lichts gemessen werden, so dass zwischen entgegenkommenden Fahrzeugen (weißes Licht des Schweinwerfers) und vorausfahrenden Fahrzeugen (rotes Licht der Rückleuchte) unterschieden werden kann.
Bei dieser Ausführungsform ist es zudem möglich, dass die von der Lichtquelle in der Funktion als Sensor erfassten Sensordaten zur Regelung der Helligkeit der Lichtquelle verwendet werden. Hierfür kann das erfindungsgemäße Lichtleitersystem über eine geeignete Steuereinheit verfügen oder mit einer derartigen Steuereinheit verbunden sein.
Für die Steuerung des ADB kann ein Schwellenwert für den erfassten Helligkeitswert derart vorgegeben sein, dass bei einer typischen Helligkeit der Scheinwerfer und/oder Rückleuchten eines entgegenkommenden bzw. vorausfahrenden anderen Verkehrsteilnehmers (z.B. Auto, LKW, Krad, etc.) die jeweilige LED gedimmt oder ausgeschaltet wird, so dass dieser Verkehrsteilnehmer nicht geblendet wird. Zusätzlich kann die Dimmung angrenzender und eventuell weiter entfernterer LEDs gesteuert werden. Im einfachsten Fall ist es nicht notwendig, die Sensordaten speziell auszuwerten und zu analysieren und ist es ausreichend, bei einer Überschreitung des Schwellenwerts der Helligkeit die Lichtquelle des ihr zugeordneten Sensors zu deaktivieren (auszuschalten) oder zu dimmen, eventuell zusammen mit einer vordefinierten Anzahl angrenzender bzw. benachbarter Lichtquellen.
Generell und insbesondere bei hochauflösenden Systemen mit einer größeren Zahl an Lichtleitern und Lichtquellen/Sensoren (und damit Pixel) können anhand der Sensordaten spezielle Eigenschaften des Verkehrsteilnehmers ermittelt und zur Auswertung/Erkennung genutzt werden. Diese speziellen Eigenschaften können beispielsweise Position, Anzahl und Farbe der erfassten Lichtpixel sein sowie deren Abstand zueinander und deren relative und/oder absolute Änderungen, etc., was Rückschlüsse auf den Typ des Fahrzeuges (wie beispielsweise PWK oder Krad), dessen Entfernung und Fahrtrichtung zulässt. In einem komplexeren Modell können zusätzlich noch Informationen anderer Sensoren (z.B. zweiter Scheinwerfer, Kamera, Radar, Lidar, etc.) berücksichtigt und von einer geeigneten Steuereinheit ausgewertet werden.
In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems können mehrere Sensoren und/oder Lichtquellen auf einen einzelnen Lichtleiter zusammengeführt werden. Dabei können die angekoppelten Elemente (Sensoren bzw. Lichtleiter) entweder nur Sensoren oder nur Lichtleiter sein oder können hinsichtlich Anzahl und/oder Anordnung beliebig gemischt sein. Bevorzugt ist die Anordnung von einem als Lichtquelle funktionierenden Element und einem, welches als Sensor betrieben wird (unabhängig davon, ob es sich um unterschiedliche oder gleichartige Elemente handelt). Auf diese Weise können beispielsweise auch während des Betriebs einer Lichtquelle Messwerte erfasst und die Lichtquelle anhand der vom Sensor erfassten Werte permanent oder periodisch nachkalibriert werden.
Das Zusammenführen mehrere Elemente (Sensoren bzw. Lichtquellen) kann realisiert werden, indem beispielsweise die einzelnen Elemente über jeweils einen separaten Zuführlichtleiter mit dem einen Ende eines Lichtleiters gekoppelt sind. Alternativ kann der Lichtleiter an einem seiner Enden über mehrere Einkoppelflächen verfügen und können ein Sensor und eine Lichtquelle über diese Einkoppelflächen direkt mit dem einen Ende des Lichtleiters verbunden sein. Es ist denkbar, dass ein Lichtleiter über ein Vielzahl von Einkoppelflächen verfügt, zum Beispiel 2,3,4,5,6,7,8,9,10.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung können mehrere Elemente, wie Sensoren und Lichtquellen, mit dem einen Ende des Lichtleiters auch über dieselbe Einkoppelfläche verbunden sein.
Das erfindungsgemäße Lichtleitersystem und insbesondere die oben genannte Ausführungsform, bei der die Lichtquelle auch als Sensor fungieren kann, kann zudem auch für weitere Funktionen eingesetzt werden, das heißt, es ist nicht auf das Emittieren von sichtbarem Licht, wie z.B. einem ADB, beschränkt.
So kann das erfindungsgemäße Lichtleitersystem in einer speziellen Ausführungsform zur Übermittlung bzw. zum Austausch von Informationen bzw. Daten verwendet werden.
Insbesondere kann es zur Datenübertragung zwischen zwei, insbesondere (teil-)autonom fahrenden, Fahrzeugen verwendet werden. Eine spezielle Anwendung wäre hierbei die Übermittlung von Informationen an das nachfolgende Fahrzeug mittels beispielsweise IR-Signalen. So kann frühzeitig ein geplantes positives oder negatives Beschleunigen (mit entsprechender Codierung auch betreffend die Stärke der Beschleunigung) signalisiert werden. Die Signalübermittlung kann dabei direkt von einem Pedalpositionssensor bzw. von der Steuereinheit des vorausfahrenden Fahrzeuges initiiert werden, so dass die Informationen ohne nennenswerten zeitliche Verzögerung an das Nachfolgefahrzeug übermittelt wird. Damit kann ein ökonomischeres Fahrverhalten des Nachfolgefahrzeuges realisiert werden.
In einer weiteren speziellen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Lichtleitersystem dazu verwendet werden, mit verschiedensten Elementen der Verkehrsinfrastruktur wie beispielsweise Straßenbeleuchtungen, Signalanlagen, Bushaltestellen etc. zu kommunizieren, d.h. diesen Informationen zu übermitteln bzw. von diesen zu erhalten. Diese Kommunikation kann unabhängig von der Art und Weise der Lichtfunktion geschehen.
Das erfindungsgemäße Lichtleitersystem kann in beispielsweise einem Scheinwerfer verwendet werden. Der Scheinwerfer kann hierbei vorzugsweise für ein Fahrzeug eingesetzt sein. Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug, zum Beispiel eine Drohne, ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, 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.
Weitere Anwendungsbereiche für den Scheinwerfer können sein: Effektbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Studio- und Bühnenbeleuchtung, Allgemeinbeleuchtungen, Unterwasserbeleuchtungen, medizinische und therapeutische Beleuchtungen und Beleuchtungen für den Gartenbau (Horticulture).
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems mit einer Lichtquelle und einem optischen Sensor.
2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems, bei dem eine Lichtquelle und ein optischer Sensor über jeweils einen separaten Zuführlichtleiter mit dem einen Ende eines Lichtleiters gekoppelt sind.

In 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems 1 dargestellt. Das Lichtleitersystem weist eine Lichtquelle 3, einen optischen Sensor 4 und zwei Lichtleiter 2 auf. Jedes der Elemente Lichtquelle und Sensor ist dabei derart mit je einem der Lichtleiter 2 verbunden/gekoppelt, dass das von der Lichtquelle 3 emittierte Licht mittels des einen Lichtleiters 2 nach außerhalb des Lichtleitersystems übertragen werden kann und dass Licht von außerhalb des Lichtleitersystems mittels des anderen Lichtleiters 2 zu dem Sensor 4 übertragen werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Lichtleitersystem ist es allgemein von Vorteil, wenn der Abstrahlwinkel einer Lichtquelle, wie einer LED, mit dem Sensorwinkel übereinstimmt, d.h., dass Lichtquelle und Sensor denselben Raumwinkel abdecken. Dies ermöglicht eine Regelung der Lichtquelle hinsichtlich ihres Emissionswinkels. Dazu kann das erfindungsgemäße Lichtleitersystem über eine geeignete Steuereinheit verfügen oder mit einer derartigen Steuereinheit verbunden sein.
Die Lichtleiter bestehen vorzugsweise zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig oder vollständig aus Silikon, allerdings sind auch andere transparente Materialien wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Glas oder optisch thermoplastische Materialien denkbar, insbesondere abhängig von einem Abstand und einer Strahlungsintensität/Leuchtdichte der Lichtquelle, wie einer LED. Die Lichteiter können insbesondere durch ein Ein- oder Zwei-Komponenen Spritzgussverfahren gebildet werden.
In einer weiteren, besonders bevorzugten, Ausgestaltung (nicht dargestellt) sind an zumindest einem der Lichtleiter 2 eingangsseitig zumindest eine LED 3 und zumindest ein Sensor 4 angeordnet sein.
In 2 ist schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleitersystems 10 dargestellt, bei dem eine Lichtquelle 3 und ein optischer Sensor 4 über zwei separate Zuführlichtleiter, d.h. einen ersten Zuführlichtleiter 5 und einen zweiten Zuführlichtleiter 6, mit der einen Seite des Lichtleiters 2 gekoppelt sind. Somit wird über den einen Lichtleiter 2 sowohl das von der Lichtquelle 3 emittierte Licht nach außerhalb des Lichtleitersystems übertragen als auch Licht von außerhalb des Lichtleitersystems zu dem Sensor 4 übertragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung (nicht dargestellt) können an zumindest einem der Lichtleiter 5, 6 eingangsseitig zumindest eine LED 3 und zumindest ein Sensor 4 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

Lichtleitersystem	1, 10
Lichtleiter	2
Lichtquelle	3
optischer Sensor	4
erster Zuführlichtleiter	5
zweiter Zuführlichtleiter	6

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017204097 [0003]
DE 102017204527 [0003]

Claims

Lichtleitersystem mit mindestens einem Lichtleiter (2) und mindestens einer Lichtquelle (3), die derart angeordnet sind, dass von der mindestens einen Lichtquelle (3) emittiertes Licht durch den mindestens einen Lichtleiter (2) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitersystem (1, 10) mindestens einen optischen Sensor (4) zum Erfassen von Licht aufweist, und dem mindestens einen optischen Sensor (4) das zu erfassende Licht über den mindestens einen Lichtleiter (2) zugeführt wird.
Lichtleitersystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Lichtquelle und der mindestens eine Sensor mit denselben Enden des mindestens einen Lichtleiters verbunden sind.
Lichtleitersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das von dem mindestens einen optischen Sensor (4) zu erfassende Licht über einen Lichtleiter zugeführt wird, der von dem Lichtleiter verschieden ist, über den das von der mindestens einen Lichtquelle (3) emittierte Licht geleitet wird.
Lichtleitersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das von dem mindestens einen optischen Sensor (4) zu erfassende Licht über denselben Lichtleiter (2) zugeführt wird, über den das von der mindestens einen Lichtquelle (3) emittierte Licht geleitet wird.
Lichtleitersystem nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Lichtquelle und der mindestens eine Sensor über separate Zuführlichtleiter mit demselben Ende eines Lichtleiters verbunden sind.
Lichtleitersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lichtquellen (3) gleichartig oder voneinander verschieden sind und ausgewählt sind aus Licht emittierende Diode (LED), Mikro-LED, Laser Activated Remote Phosphor (LARP) Strahlungsquelle, organische LED (OLED) und Laserquelle.
Lichtleitersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der optische Sensor ausgewählt ist aus einem Sensor der Licht im sichtbaren Bereich erfasst, einem Infrarot (IR) Sensor und einem Ultraviolett (UV) Sensor.
Lichtleitersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens eine der Lichtquellen (3) auch als Sensor fungiert.
Lichtleitersystem nach Anspruch 8, wobei die von der Lichtquelle in der Funktion als Sensor erfassten Sensordaten zur Regelung der Helligkeit der Lichtquelle und gegebenenfalls zusätzlich auch zur Regelung der Helligkeit angrenzender Lichtquellen verwendet werden.
Lichtleitersystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Lichtquelle abwechselnd als Lichtquelle und als Sensor fungiert, vorzugsweise zu regelmäßigen Zeitpunkten mittels Pulsweitenmodulation oder zu unregelmäßig Zeitpunkten auf Anforderung.
Lichtleitersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Abstrahlwinkel der Lichtquelle mit dem Sensorwinkel übereinstimmt.
Scheinwerfer mit einem Lichtleitersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
Fahrzeug mit einem Scheinwerfer gemäß Anspruch 12.
Verwendung des Lichtleitersystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Übermittlung von Informationen.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei die Informationen an einen Verkehrsteilnehmer oder an Elemente der Verkehrsinfrastruktur übermittelt werden.