DE102017220056A1

DE102017220056A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit lichtquelle

Info

Publication number: DE102017220056A1
Application number: DE102017220056.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Gammer; Benjamin Dollinger
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-05-16
Also published as: US10670217B2; US20190145598A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle (2), einem Mikrospiegel-Array (35), einer Beleuchtungsoptik (8) und einer optischen Sensoreinheit (7), wobei das von der Lichtquelle emittierte Beleuchtungslicht (3) auf das Mikrospiegel-Array (35) geführt und anteilig an einem jeweiligen der Mikrospiegelaktoren (1)
- in einer Ein-Kippstellung über die Beleuchtungsoptik (8) zu einer Beleuchtungsanwendung reflektiert wird; und
- in einer Aus-Kippstellung zu der optischen Sensoreinheit (7) reflektiert wird; wobei die Beleuchtungsvorrichtung für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass
- ein erster (1a) der Mikrospiegelaktoren (1), der sich in einer ersten (40a) der Betriebsperioden (40) in einem Ein-Zustand in der Ein-Kippstellung befindet, für ein erstes Testintervall (41a), das in der ersten Betriebsperiode (40a) untergebracht ist, in die Aus-Kippstellung gebracht wird; und
- ein zweiter (1b) der Mikrospiegelaktoren (1), der sich in der ersten Betriebsperiode (40a) in einem Aus-Zustand in der Aus-Kippstellung befindet, für das erste Testintervall (41a) in der Aus-Kippstellung bleibt; wobei mit der Sensoreinheit (7) eine während des ersten Testintervalls (41a) auf die Sensoreinheit (7) fallende Strahlungsleistung erfasst wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle zur Emission von Beleuchtungslicht, einem Mikrospiegel-Array und einer Beleuchtungsoptik.
Stand der Technik
Ein Mikrospiegel-Array ist aus einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Mikrospiegel aufgebaut, die als Aktoren unabhängig voneinander schalt- und damit verkippbar sind. Bei Projektionsanwendungen werden solche Mikrospiegel-Arrays als Bildgeber genutzt. Es entspricht also jeder Mikrospiegelaktor einem Pixel, wobei je nach Kippstellung das in jeweiligen Zeitpunkten darauf fallende Licht bestimmter Farbe (z. B. rot, grün oder blau) zur Bildgebung in einer Ein-Kippstellung auf die Projektionsfläche weitergeleitet wird, oder in einer Aus-Kippstellung auf einen Absorber (Beam Dump) geführt und „vernichtet“ wird.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvorrichtung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird dies mit einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Diese weist zunächst eine optische Sensoreinheit auf, zu welcher die Mikrospiegelaktoren das Licht in ihrer jeweiligen Aus-Kippstellung reflektieren. So kann ein Teil des Beleuchtungslichts zur Überwachung bzw. Überprüfung des Mikrospiegel-Arrays bzw. der Lichtquelle oder auch der optischen/elektrischen Funktionalität allgemein genutzt werden. Dabei werden erfindungsgemäß nicht einfach sämtliche Mikrospiegelaktoren, die sich in einem jeweiligen Zeitpunkt ohnehin in der Aus-Kippstellung befinden, vermessen, sondern wird von der momentan erzeugten Lichtverteilung entkoppelt eine bestimmte Konstellation bzw. ein Muster an Mikrospiegelaktoren vermessen.
Dieses Entkoppeln kommt bspw. darin zum Ausdruck, dass innerhalb einer Betriebsperiode ein erster Mikrospiegelaktor, der sich eigentlich im Ein-Zustand befindet in die Aus-Kippstellung gebracht wird (kurzfristig) und ein zweiter Mikrospiegelaktor, der sich im Aus-Zustand befindet, währenddessen in der Aus-Kippstellung verbleibt. Während dieses im Verhältnis zur Betriebsperiode kurzen Testintervalls reflektieren also sowohl der erste als auch der zweite Mikrospiegelaktor zur Sensoreinheit, werden sie also vermessen, auch wenn diese Mikrospiegelaktoren in dieser Betriebsperiode hinsichtlich der Lichtverteilung unterschiedlich genutzt werden.
Das Loslösen von der in der Betriebsperiode wiedergegebenen Lichtverteilung ist insoweit vorteilhaft, als ein bestimmtes Testmuster überprüft werden kann, also bspw. das Mikrospiegel-Array mit mehreren aufeinanderfolgenden Testintervallen systematisch „abgerastert“ werden kann. Würde umgekehrt immer nur das Positiv bzw. Negativ der Lichtverteilung vermessen werden, könnten einige der Mikrospiegelaktoren überproportional häufig und andere sehr selten oder auch gar nicht in die Überwachung eingehen, sodass ein etwaiger Fehler zumindest für einen längeren Zeitraum unentdeckt bleiben könnte.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wird bspw. eine für einen bestimmten Betrieb eingerichtete Beleuchtungsvorrichtung beschrieben, ist dies immer auch als Offenbarung eines entsprechenden Betriebsverfahrens bzw. zugehöriger Verwendungen zu lesen, was auch umgekehrt gilt.
Die „Betriebsperioden“ werden auch als Frames bezeichnet und bemessen sich gemäß der sogenannten Frame-Updaterate, diese kann bspw. bei 60 Hz liegen (siehe unten bezüglich weiterer Details bzw. Möglichkeiten). Die Frame-Updaterate gibt die Taktung vor, mit welcher sich die Lichtverteilung verändert bzw. verändert werden kann. Entsprechend ist ein jeweiliger Mikrospiegelaktor über eine jeweilige Betriebsperiode hinweg entweder im Ein- oder im Aus-Zustand, ist also bildlich gesprochen das zugeordnete Pixel ein- oder ausgeschaltet (es sind auch Graustufen möglich, siehe unten).
Für den hauptanspruchsgemäßen Betrieb wird in der Betriebsperiode, also innerhalb eines Frames, einerseits der erste Mikrospiegelaktor, der sich eigentlich im Ein-Zustand befindet, für das Testintervall in die Aus-Kippstellung gebracht und bleibt der zweite Mikrospiegelaktor, der sich in diesem Frame im Aus-Zustand befindet, in der Aus-Kippstellung. Dies bezieht sich zunächst auf einen Frame, über den laufenden Betrieb hinweg können also zur Erzeugung eines Testmusters bzw. einer Musterabfolge selbstverständlich auch Situationen eintreten, in denen (zufällig) aufgrund der gerade erzeugten Lichtverteilung bereits die richtigen (für das Muster benötigten) Aktoren in der entsprechenden Kippstellung sind. Umgekehrt wird es aber während anderer Betriebsperioden auch immer wieder notwendig sein, jeweilig im Ein- und im Aus-Zustand befindliche Aktoren zusammenzunehmen, um das gewünschte Muster losgelöst von der momentanen Lichtverteilung zu erzeugen.
Die Testmuster können bspw. aufeinanderfolgende Zeilen- oder Spaltenmuster bzw. auch Schachbrett- oder komplexere Muster sein, die im Zeitverlauf miteinander das Mikrospiegel-Array ausfüllen. Dies illustriert, weswegen sich die Muster umgekehrt jedenfalls nicht immer als Negativ bzw. Positiv der momentanen Lichtverteilung ergeben. Zur Veranschaulichung, eine bevorzugte Anwendung kann im Bereich der adaptiven Straßenausleuchtung liegen (siehe unten), sodass in einer „typischen“ Lichtverteilung ein Lichtfinger auf der Straße definiert sein kann, der bspw. bei vorausfahrendem oder entgegenkommendem Verkehr entsprechend beschnitten wird. Ein verhältnismäßig künstliches Spalten/Zeilen- bzw. Schachbrettmuster wird sich in der Lichtverteilung jedenfalls eher nicht finden.
Hauptanspruchsgemäß betrifft die Entkopplung zunächst den ersten und den zweiten Aktor, bevorzugt sind die Aktoren jeweils einer Gruppe zugehörig, werden also in einem jeweiligen Testintervall mehrere Aktoren gemeinsam vermessen. Auch in Abhängigkeit von dem erzeugten Muster bzw. der Anzahl der Aktoren insgesamt können je Testintervall bspw. mindestens 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 bzw. 100 Aktoren gemeinsam vermessen werden, mit möglichen (davon unabhängigen) Obergrenzen, die auch von der Größe des Arrays abhängen, bei bspw. höchstens 1×10^8, 1×10⁷, 1×10⁶, 100.000, 10.000, 5.000 bzw. 1.000 Aktoren je Gruppe und Testintervall. Bezogen auf die Anzahl an Aktoren des Arrays insgesamt können je Gruppe und Testintervall bspw. 0,1 %, 0,5 % bzw. 1 % der Aktoren gemeinsam vermessen werden, mit möglichen (davon unabhängigen) Obergrenzen bei bspw. höchstens 20 %, 10 % bzw. 5 %. Generell sind „ein“ und „eine“ im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmte Artikel und damit immer auch als „mindestens ein“ bzw. „mindestens eine“ zu lesen.
Es hängt im Einzelnen auch von dem Verhältnis ab, in dem die momentan erzeugte Lichtverteilung und das Testmuster zueinander stehen, wie viele der in einem jeweiligen Testintervall in einer jeweiligen Gruppe vermessenen Aktoren analog dem ersten oder analog dem zweiten Aktor eingestellt werden. In der Regel kann eine Gruppe aber bspw. mindestens 5, 10, 15 bzw. 20 Aktoren umfassen, die analog dem ersten Aktor für das erste Testintervall in die Aus-Kippstellung gebracht werden, und ebenso mindestens 5, 10, 15 bzw. 20 Aktoren, die analog dem zweiten Aktor im Aus-Zustand sind und für das erste Testintervall in der Aus-Kippstellung verbleiben. Obergrenzen können (davon unabhängig) jeweils bei bspw. höchstens 1×10⁷, 1×10⁶, 100.000, 10.000, 1.000 bzw. 500 liegen.
Dem Mikrospiegel-Array (im Folgenden auch „Array“) ist die Beleuchtungsoptik derart zugeordnet, dass das von unterschiedlichen Mikrospiegelaktoren („Aktoren“) in Ein-Kippstellung durch die Beleuchtungsoptik geführte Beleuchtungslicht in unterschiedliche Raumrichtungen gelangt. Die Lichtverteilung im Ortsraum in der Array-Ebene wird also in eine Lichtverteilung im Winkelraum des Fernfelds übersetzt. Durch selektives Ein-/Ausschalten eines jeweiligen Aktors kann dementsprechend eine jeweilige Raumrichtung bzw. ein Raumwinkelbereich selektiv mit Beleuchtungslicht versorgt werden, oder eben nicht.
Ein von bspw. einem Kamera- oder sonstigem Sensorsystem des Kraftfahrzeugs (Kfz) erfasstes, vorausfahrendes oder entgegenkommendes Fahrzeug kann dann bspw. gezielt aus dem Lichtkegel ausgenommen werden, indem die entsprechenden Aktoren ausgeschaltet (in die Aus-Kippstellung gebracht) werden. Dies soll ein vorteilhaftes und insoweit auch bevorzugtes Anwendungsgebiet illustrieren, den Erfindungsgedanken aber nicht in seiner Allgemeinheit beschränken.
Ein Überwachen der Lichtquelle kann bspw. von Interesse sein, um ein unerwünschtes Austreten von Strahlung mit hoher Strahldichte in einem Fehlerfall, etwa bei einer beschädigten Lichtquelle, erkennen und vermeiden zu können. Die Lichtquelle kann bspw. eine Pumpstrahlungsquelle und ein Leuchtstoffelement zur zumindest anteiligen Konversion der Pumpstrahlung aufweisen (siehe unten im Detail), und es könnte bei einem beschädigten, etwa gebrochenen/gerissenen Leuchtstoffelement, die in der Regel gebündelte Pumpstrahlung zur Beleuchtungsanwendung hin austreten. Dies kann beleuchtungsanwendungsseitig ein erhebliches photobiologisches Risiko darstellen, etwa für einen Betrachter eine Schädigung der Netzhaut und schlimmstenfalls einen Verlust der Sehkraft zur Folge haben. Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann bspw. eine Auswerteeinheit, die eine Unregelmäßigkeit in dem Messsignal der Sensoreinheit feststellt, eine Steuereinheit der Lichtquelle zumindest zu einer Leistungsreduktion oder auch einem vollständigen Abschalten veranlassen.
Insbesondere im Falle der bevorzugten Kfz-Beleuchtung können sich einerseits besonders strenge Sicherheitsanforderungen ergeben; andererseits kann die Lichtquelle auch einem besonderen Anforderungsprofil ausgesetzt sein, etwa aufgrund der Temperaturschwankungen, mechanischen Vibrationen etc. Bei einer Lichtquelle mit Leuchtstoffelement kann sich dieses mitunter auch im Gesamten aus einer mechanischen Halterung oder von einem Träger lösen, etwa aufgrund einer versagenden Fügeverbindungsschicht. Auch in diesem Fall könnte sich die Pumpstrahlung gebündelt zur Beleuchtungsanwendung hin ausbreiten. Im Übrigen muss sich aber eine unerwünschte/gefährliche Strahlungsausbreitung auch nicht zwingend aus einem Defekt der Lichtquelle selbst ergeben, sondern kann bspw. auch ein Defekt eines der optischen Elemente zur Strahlführung ursächlich sein.
Die Beleuchtungsoptik kann im Allgemeinen auch einen Reflektor aufweisen; bevorzugt ist eine ausschließlich refraktive Beleuchtungsoptik. Im Allgemeinen ist auch eine nicht-abbildende Beleuchtungsoptik denkbar, vorzugsweise ist sie jedoch abbildend. Die Beleuchtungsoptik kann bspw. eine Linse aufweisen, bevorzugt eine Sammellinse, wobei die Linse auch nach Art eines Linsensystems aus mehreren Einzellinsen aufgebaut sein kann (in Bezug auf die Durchleuchtung aufeinanderfolgend angeordnet). Bevorzugt ist eine Anordnung derart, dass die Beleuchtungsoptik das Mikrospiegel-Array, also die Aktoren, ins Unendliche abbildet.
Unabhängig von der Beschaffenheit der Beleuchtungsoptik im Einzelnen reflektiert ein jeweiliger Aktor in seiner Ein-Kippstellung das von der Lichtquelle darauf fallende Beleuchtungslicht durch bzw. über die Beleuchtungsoptik zur Beleuchtungsanwendung hin. In seiner Aus-Kippstellung reflektiert er das Beleuchtungslicht hingegen in ein Aus-Strahlenbündel, welches im Stand der Technik auf einen Beam Dump geführt wird. Das Aus-Strahlenbündel liegt neben der Beleuchtungsoptik (auch eine weitergehende Umlenkung ist möglich), gelangt also anders als das Ein-Strahlenbündel nicht zur Beleuchtungsanwendung hin. In der Praxis kann es zwischen dem Ein- und dem Aus-Strahlenbündel auch noch ein weiteres, sogenanntes Transient-Strahlenbündel geben. Dieses kann einem nicht ausgelenkten Zustand der Aktoren entsprechen, dem sogenannten Transient Flat State. Dieser wird jedenfalls bei Projektionsanwendungen nicht weiter genutzt, und auch vorliegend ist ein Ausklammern des Transient-Strahlenbündels möglich (vgl. das Ausführungsbeispiel), wenngleich nicht zwingend.
Das „Mikrospiegel-Array“ (auch Digital Micromirror Device, DMD) kann bspw. mindestens 10, 100, 500, 1.000, 5.000, 10.000 bzw. 30.000 Aktoren und (davon unabhängig) z. B. nicht mehr als 1×10^8, 1×10⁷ bzw. 1×10⁶ Aktoren aufweisen (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Die Aktoren sind bevorzugt Teil desselben Halbleiter-Bauteils (Chips). Sie sind nicht notwendigerweise vollständig unabhängig voneinander schaltbar, sondern können bspw. auch bereits Chip-seitig in Gruppen zusammengefasst sein. Es können also bspw. auch mehrere nebeneinander angeordnete Aktoren gemeinschaftlich einen Raumwinkelbereich versorgen, oder eben nicht, also dann sämtlich ein- oder ausgeschaltet sein. Auch hinsichtlich bestimmter Betriebsmodi, wie z. B. Fernlicht, Abblendlicht, Tagfahrlicht etc., ist auch ein bereits originäres gruppenweises Zusammenfassen möglich.
Die „optische Sensoreinheit“ weist mindestens einen optischen Sensor auf, bei dem es sich im Allgemeinen auch um einen CCD- bzw. CMOS-Bildsensor handeln kann, bevorzugt ist eine Fotodiode als Sensor (siehe unten). Der Sensor hat eine sensitive Sensorfläche, die darauf fallende Strahlung wird in ein Sensorsignal umgesetzt. Damit ist ein zumindest qualitativer, bevorzugt quantitativer Rückschluss auf die Strahlungsleistung möglich. Bevorzugt ist eine Anordnung derart, dass von jedem Aktor in seiner Aus-Kippstellung zumindest ein Teil des darüber geführten Beleuchtungslichts auf die Sensoreinheit fällt. In dem Aus-Strahlenbündel kann bspw. auch eine Optik vorgesehen sein, die bspw. nicht-abbildend, z. B. als Light Guide, oder auch abbildend ausgestaltet sein kann, etwa als Sammellinse bzw. entsprechendes Linsensystem.
In dem Testintervall wird dann die Strahlungsleistung von zumindest einem Teil des von den Aktoren in ihrer Aus-Kippstellung zu der Sensoreinheit geführten Beleuchtungslichts erfasst. Es muss also nicht das gesamte in der Aus-Kippstellung darüber geführte Beleuchtungslicht vermessen werden, zum Schutz der optischen Sensoreinheit kann sogar ein Filtern der optischen Sensoreinheit vorgelagert bevorzugt sein. Es kann bspw. ein Graufilter in dem Aus-Strahlenbündel angeordnet werden oder mit einem dichroitischen Spiegel das Beleuchtungslicht teils auf die Sensoreinheit und teils daneben, bspw. auf einen Absorber (Beam Dump) geführt werden.
Soweit generell davon die Rede ist, dass die Beleuchtungsvorrichtung für einen bestimmten „Betrieb eingerichtet ist“, meint dies, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist und in dieser die entsprechenden Abläufe hinterlegt sind. Eine solche Steuereinheit wird in der Regel eine digitale Komponente haben, etwa einen Microcontroller. Dieser kann zur Durchführung der beschriebenen Betriebsabläufe programmiert sein und das Array entweder direkt oder auch über eine zwischengeschaltete Treiberschaltung ansprechen. Bevorzugt wird über eine entsprechende Logikeinheit (insbesondere einen Microcontroller) dann auch eine Steuerung der Lichtquelle angesprochen bzw. die Lichtquelle direkt gesteuert. Eine Auswerteeinheit, welche die Auswertung der Strahlungsleistungsmessung übernimmt, kann integriert oder auch gesondert vorgesehen sein, wobei im letztgenannten Fall dann bevorzugt zumindest ein Datenaustausch mit der Steuereinheit erfolgt. Die Auswerteeinheit und eine Steuerung der Lichtquelle sind bevorzugt zumindest gekoppelt und gegebenenfalls auch integriert, um im Fehlerfall bedarfsweise eine Leistungsverringerung bzw. Abschaltung zu veranlassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Zeitdauer des Testintervalls zur Zeitdauer der Betriebsperiode in einem Verhältnis von höchstens 1:5, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 1:10, 1:15, 1:20, 1:25, 1:30, 1:35, 1:40, 1:45 bzw. 1:50. Eine entsprechende Begrenzung kann insoweit von Vorteil sein, als dann der eigentliche Bildeindruck bzw. der Eindruck, den ein Betrachter von der erzeugten Lichtverteilung hat, nicht gestört wird. Das Testmuster bzw. das Negativ erscheint also nur so kurz, dass dies unterhalb der menschlichen Wahrnehmungsschwelle liegt. Mögliche Untergrenzen des Verhältnisses von Testintervall zu Betriebsperiode können bspw. bei mindestens 1:400, 1:350, 1:300, 1:250, 1:200, 1:150 bzw. 1:100 liegen, limitierend können bspw. die Schaltfrequenzen der Aktoren werden.
Generell ist das Testintervall in der Betriebsperiode „untergebracht“, liegt es also vollständig in der Betriebsperiode und ist dabei kürzer als diese. Dies schließt im Allgemeinen selbstverständlich nicht aus, dass in einer darauffolgenden Betriebsperiode weiterhin bzw. nochmals dasselbe Testmuster vermessen wird, allerdings wird dies dann per definitionem als weiteres Testintervall der weiteren Betriebsperiode betrachtet. Bevorzugt ist ohnehin eine Änderung der Testmuster von Betriebsperiode zu Betriebsperiode bzw. sogar auch innerhalb einer jeweiligen Betriebsperiode, siehe unten im Detail.
In bevorzugter Ausgestaltung haben die Betriebsperioden jeweils eine Zeitdauer von mindestens 5 ms, weiter und besonders bevorzugt mindestens 8 ms bzw. 12 ms. Bevorzugte Obergrenzen können (davon unabhängig) bei in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 100 ms, 80 ms, 60 ms, 50 ms, 40 ms, 30 ms, 20 ms bzw. 18 ms liegen. Besonders bevorzugt können rund 15 ms sein, was einer Frequenz von etwa 66 Hz entspricht. Bezogen auf die Betriebsfrequenz können Obergrenzen bspw. bei 200 Hz, 150 Hz, 100 Hz, 90 Hz, 80 Hz bzw. 70 Hz liegen, mit möglichen (davon unabhängigen) Untergrenzen bei bspw. mindestens 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, 40 Hz bzw. 50 Hz. Besonders bevorzugt sind rund 60 Hz. Diese Angaben sind auch ausdrücklich als Definition von „Betriebsperiode“ zu betrachten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Testintervalle jeweils eine Zeitdauer von höchstens 500 ps, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 400 µs, 300 µs bzw. 200 µs. Durch eine entsprechende Begrenzung lässt sich einer störenden Beeinflussung des Bild- bzw. Lichtverteilungsinhalts vorbeugen. Im Prinzip können möglichst kurze Testintervalle von Interesse sein, technisch bedingt können aber Untergrenzen bspw. bei mindestens 50 ps, 75 ps, 100 ps, 125 µs bzw. 150 µs liegen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Beleuchtungsvorrichtung derart eingerichtet, dass die Lichtquelle im laufenden Betrieb zeitweilig abgeschaltet wird. Sie wird also innerhalb eines Frames bzw. zwischen zwei Frames aus- und dann wieder eingeschaltet (im selben oder darauffolgenden Frame). Eine entsprechende Zeitdauer, für welche die Lichtquelle dann ausgeschaltet ist, wird in der Regel (deutlich) kürzer als die Betriebsperioden sein, bspw. höchstens dem 0,5-, 0,4- bzw. 0,3-fachen der Betriebsperiode entsprechen (mit möglichen Untergrenzen bei bspw. mindestens dem 0,05- bzw. 0,1-fachen). Das Abschalten kann bspw. thermisch motiviert sein, also eine mittlere Belastung der Aktoren im Zeitverlauf reduzieren helfen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Lichtquelle während der ersten Betriebsperiode, dabei aber außerhalb des ersten Testintervalls, zeitweilig abgeschaltet. Dabei ist die Lichtquelle nicht über die gesamte Zeitdauer außerhalb des ersten Testintervalls abgeschaltet, sondern ist sie in der verbleibenden Betriebsperiode (vom ersten Testintervall abgesehen) anteilig ein- und anteilig ausgeschaltet. Der erste Aktor, der sich eigentlich im Ein-Zustand befindet, ist dann innerhalb der ersten Betriebsperiode anteilig auch noch außerhalb des ersten Testintervalls in der Aus-Kippstellung angeordnet.
Vereinfacht zusammengefasst ist der erste Aktor während der ersten Betriebsperiode noch ein wenig länger in der Aus-Kippstellung, als für die Messung erforderlich. Dies kann sich über eine schonende bzw. lebensdauererhaltende Betriebsweise motivieren, nämlich einem „Verbacken“ vorbeugen. Da sich aber der erste Aktor in der ersten Betriebsperiode eigentlich im Ein-Zustand befindet, wird, wenn er dann in der Aus-Kippstellung angeordnet ist, außerhalb des ersten Testintervalls die Lichtquelle bevorzugt zumindest zeitweilig abgeschaltet. So kann bspw. einer (wesentlichen) Beeinträchtigung des Kontrasts vorgebeugt werden. Generell kann sich das zeitweilige Abschalten der Lichtquelle auch über die Energieeffizienz bzw. den thermischen Haushalt der Lichtquelle motivieren. Wenngleich eine entsprechende Vorgehensweise vorliegend anhand des ersten Aktors beschrieben wurde, kann sie auch für alle übrigen Aktoren bevorzugt sein. In einer jeweiligen Betriebsperiode und dabei außerhalb des jeweiligen Testintervalls kann bspw. auch kurzzeitig die komplette Spiegelanordnung invertiert werden, also das Negativ zur momentan erzeugten Lichtverteilung (als Positiv) eingestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform verbleibt ein dritter Mikrospiegelaktor, der sich in der ersten Betriebsperiode im Ein-Zustand in der Ein-Kippstellung befindet, für das erste Testintervall in der Ein-Kippstellung und wird ein vierter Aktor, der sich im Aus-Zustand befindet, für das erste Testintervall in die Ein-Kippstellung gebracht. Der dritte und der vierte Aktor werden also in dem ersten Testintervall nicht vermessen, sind also nicht Teil der Gruppe, in welcher sich der erste und der zweite Aktor finden.
Betrachtet man als Testmuster die Aktoren des Arrays mit ihren jeweiligen Kippstellungen im Gesamten, sind der dritte und der vierte Aktor aber insoweit Teil des erzeugten Musters, als sie ein Negativ zu der vermessenen Gruppe als Positiv sind. Der dritte und der vierte Aktor können danach oder auch zuvor in einer anderen Gruppe vermessen werden, entweder gemeinsam oder jeweils in einer eigenen Gruppe. Wie im Falle des ersten und zweiten Aktors werden auch im Falle des dritten und vierten Aktors in der Regel mehrere Aktoren in dem Testintervall analog bewegt bzw. angeordnet. Es kann also bspw. mindestens 5, 10, 15 bzw. 20 analog dem vierten Aktor in die Ein-Kippstellung gebrachte Aktoren geben und ebenso z. B. mindestens 5, 10, 15 bzw. 20 Aktoren, die analog dem dritten Aktor in der Ein-Kippstellung verbleiben. Mögliche Obergrenzen hängen auch von der Größe des Arrays ab und können im Falle eines großen Arrays bspw. auch bei höchstens 1×10⁸, 1×10⁷ bzw. 1×10⁶ liegen, es sind aber niedrigere Obergrenzen von bspw. höchstens 100.000, 10.000 bzw. 5.000 möglich.
Generell kann ein bzw. können die anpruchsgemäßen Aktoren in der/den anspruchsgemäßen Betriebsperiode(n) bspw. als im „Ein-Zustand“ befindlich betrachtet werden, wenn er in der entsprechenden Betriebsperiode über mindestens 50 % der Zeitdauer, über welche Beleuchtungslicht anliegt, in der Ein-Kippstellung angeordnet ist. Umgekehrt liegt der „Aus-Zustand“ dann vor, wenn über mindestens 50 % dieser Zeitdauer die Aus-Kippstellung eingenommen wird. Im Falle beider Definitionen können bspw. mindestens 60 %, 70 % bzw. 80 % als weitere Untergrenzen bevorzugt sein (es können auch jeweils 100 % möglich sein, Obergrenzen können aber bspw. auch bei 95 % bzw. 90 % liegen).
Wie bereits eingangs erwähnt, bezieht sich der vorliegend in Rede stehende Betrieb zunächst auf eine bzw. einige Betriebsperioden (Frames), nicht zwingend auf die gesamte Betriebsdauer, und er betrifft auch nicht notwendigerweise sämtliche Aktoren. Es mag also über den laufenden Betrieb hinweg bspw. durchaus Situationen geben, in denen einer/einige der Aktoren „grau“ sind und nicht zwingend dem Ein- oder dem Aus-Zustand zugerechnet werden können (und diese Aktoren dann trotzdem als Teil des Musters mit vermessen oder „ausgeblendet“ werden). Es wird aber andererseits immer auch Betriebsperioden geben, in denen einer/einige der Aktoren eindeutig im Ein- oder im Aus-Zustand sind und anspruchsgemäß bewegt bzw. vermessen werden (oder eben nicht vermessen werden).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt es in einer zweiten, auf die erste folgenden Betriebsperiode ein zweites Testintervall, in dem der erste und der zweite Aktor dann nicht vermessen werden, also in der Ein-Kippstellung angeordnet sind. Es werden dann andere Aktoren vermessen, z. B. der dritte und/oder vierte Aktor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung, die eine Situation betrifft, in welcher der erste Aktor in der zweiten Betriebsperiode im Ein-Zustand und der zweite Aktor im Aus-Zustand ist, verbleibt ersterer für das zweite Testintervall in der Ein-Kippstellung und wird letzterer in diese gebracht. Wie auch im Falle der hauptanspruchsgemäßen Konstellation muss diese Situation selbstverständlich nicht in sämtlichen Betriebsperioden eingenommen werden, aber zumindest in einigen, auch in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Lichtverteilung zum jeweiligen Testmuster.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Aktoren rasterartig in Gruppen unterteilt und werden diese Gruppen nacheinander in einer Vielzahl aufeinanderfolgenden Testintervallen ausgewertet. Je Gruppe werden die Aktoren gemeinsam vermessen, vgl. auch die vorstehenden Anmerkungen im Einzelnen. Für die Testintervalle gelten dann hinsichtlich ihrer jeweiligen Zeitdauer, insbesondere im Verhältnis zur jeweiligen Betriebsperiode, bevorzugt ebenfalls die vorstehend genannten Werte. Das Raster kann bspw. nach Zeilen und Spalten aufgebaut sein (mit je Zeile und/oder je Spalte mindestens 2 Aktoren). Es ist aber auch eine komplexere Rasterung möglich, die Gruppen können bspw. jeweils für sich polygonförmig und einander flächig ergänzend vorgesehen sein, etwa nach Art eines Schachbretts bzw. auch eines Honigwaben-Rasters. Die Gruppen können vordefiniert sein, es ist dann also die Rasterung vorab festgelegt und wird nicht in Abhängigkeit von den bis dato ausgewerteten Gruppen verändert. Es wird dann bspw. so lange gemessen, bis das Feld mit der Abweichung aufgefunden ist.
Generell kann ein sequenzielles Vermessen bzw. Abrastern von Interesse sein, um bspw. defekte Aktoren bzw. Aktorengruppen zu lokalisieren. Andererseits kann das Auswerten auch einen Rückschluss auf die Lichtquelle selbst erlauben. Bevorzugt emittiert die Lichtquelle das Beleuchtungslicht an einer Abstrahlfläche mit einer Ortsverteilung, also aus einem bestimmten Flächenbereich heraus. Über den Flächenbereich muss die Bestrahlungsstärke nicht zwingend variieren, sie kann bspw. auch im Wesentlichen konstant sein und ein sog. Flat Top-Profil haben. Die Ortsverteilung auf der Abstrahlfläche korreliert bevorzugt mit einer Ortsverteilung auf dem Array, es ist also einem jeweiligen Aktor ein jeweiliger Bereich der Abstrahlfläche zugeordnet (und umgekehrt). Bevorzugt wird das Beleuchtungslicht über eine Optik auf das Array geführt, besonders bevorzugt wird die Abstrahlfläche auf das Array abgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lichtquelle eine Pumpstrahlungsquelle und ein bevorzugt dazu beabstandetes Leuchtstoffelement auf, womit sich sehr hohe Leuchtdichten realisieren lassen. Das Leuchtstoffelement konvertiert die Pumpstrahlung zumindest anteilig in ein Konversionslicht; dieses kann für sich (Vollkonversion) oder auch in Mischung mit anteilig nicht konvertierter Pumpstrahlung (Teilkonversion) das Beleuchtungslicht bilden, bevorzugt ist letzteres. Auch wenn dabei Pumpstrahlung zu der Beleuchtungsanwendung gelangt, ist dies im Unterschied zu den beschriebenen Fehlerfällen in der Regel unkritisch, weil die anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung aufgefächert ist, bspw. aufgrund von Streuprozessen im Leuchtstoffelement. Ist das Leuchtstoffelement beschädigt, etwa gebrochen, oder auch vollständig abgefallen, gelangt mehr und zudem gebündelte Pumpstrahlung zu der Beleuchtungsanwendung.
Als Pumpstrahlungsquelle ist eine Laserquelle bevorzugt, die bspw. auch aus mehreren Einzel-Laserquellen aufgebaut sein kann. Bevorzugt ist als Laserquelle bzw. Einzel-Laserquelle eine Laserdiode vorgesehen. Das Leuchtstoffelement weist einen wellenlängenkonvertierenden Leuchtstoff auf, z. B. Cer-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce). Der Leuchtstoff kann bspw. in Partikelform in ein Matrixmaterial eingebettet sein, es können aber auch agglomerierte Leuchtstoffpartikel oder auch ein Einkristall des Leuchtstoffs das Leuchtstoffelement bilden. Das Beleuchtungslicht ist generell bevorzugt Weißlicht, was sich bspw. mit dem gelbes Konversionslicht emittierenden YAG:Ce bei einer Teilkonversion mit blauem Pumplicht erreichen lässt.
Die Pumpstrahlung fällt auf eine Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements, und das Konversionslicht wird an einer Abstrahlfläche abgeführt. Im Allgemeinen ist auch ein Betrieb in Reflexion möglich, können die Einstrahl- und die Abstrahlfläche also zusammenfallen, an der entgegengesetzten Seitenfläche des Leuchtstoffelements könnte dann bspw. ein Spiegel angeordnet sein. Bevorzugt wird das Leuchtstoffelement in Transmission betrieben, liegen also die Einstrahl- und die Abstrahlfläche einander entgegengesetzt. An der Einstrahlfläche kann bspw. eine dichroitische Beschichtung vorgesehen sein, die für die darauf fallende Pumpstrahlung transmissiv ist, für das im Leuchtstoffelement daraufhin erzeugte Konversionslicht jedoch reflektiv. Die Abstrahlfläche des Leuchtstoffelements stellt die vorstehend genannte Abstrahlfläche der Lichtquelle dar, die dann bevorzugt auf das Array abgebildet wird.
Im Allgemeinen ist das Beleuchtungslicht aber selbstverständlich nicht notwendigerweise Weißlicht, es kann sich dabei bspw. auch um farbiges Licht oder sogar auch Infrarotlicht handeln. Auch farbiges Licht, etwa rotes, grünes oder blaues Licht, kann durch Kombination einer Laserquelle und eines Leuchtstoffelements erhalten werden. Generell kann aber auch eine andere Lichtquelle vorgesehen sein, etwa eine LED-Quelle, die bspw. matrixartig aufgebaut sein kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die Aktoren gruppenweise nacheinander vermessen werden, wird die Anzahl der je Iteration ausgewerteten Aktoren schrittweise verringert und die Abweichung damit lokalisiert. Dies ist im Allgemeinen auch in Kombination mit einer vordefinierten, rasterartigen Unterteilung möglich, bevorzugt ist in diesem Fall jedoch eine dynamische Anpassung der Gruppen, bestimmen sich also die im Folgenden auszuwertenden Aktoren nach den bis dato ausgewerteten Aktoren. Die Anzahl der Aktoren wird schrittweise verringert, nicht zwingend von jeder Iteration auf die darauffolgende, aber über mehrere Iterationen hinweg.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Array zur Lokalisierung der Abweichung in zwei Hälften unterteilt, wird die Abweichung einer der Hälften zugeordnet und wird diese verbleibende Hälfte erneut in zwei Hälften unterteilt, also das Array im Gesamten dann geviertelt. Die Abweichung wird dann erneut zugeordnet, wobei die Unterteilung in Hälften (dann 1/8, 1/16, 1/32 etc.) fortgesetzt werden kann, bis die Abweichung hinreichend genau lokalisiert ist. Wird dann bspw. festgestellt, dass die Abweichung nicht randseitig (am Rand der Aktorenanordnung) sitzt, sondern an eine andere, in der Iteration zuvor ausgeschlossene Hälfte grenzend, kann diese dann auch nochmals gesondert in der gleichen Weise durch Iterationen aufgelöst werden. Für die Zuordnung zu einer Hälfte wird tatsächlich die aktive, also von den Aktoren belegte Fläche des Arrays genommen und in zwei Teile mit im Wesentlichen gleich großen Flächeninhalten geteilt; bevorzugt sind die Flächeninhalte gleich groß (im Allgemeinen könnte aber bspw. der größere davon auch um nicht mehr als 15 %, 10 % bzw. 5 % vom kleineren abweichen). Die Hälften grenzen bevorzugt in einer geraden Trennfläche aneinander, können also bspw. im Falle einer rechteckförmigen aktiven Arrayfläche durch die Diagonale oder eine der mittigen Spiegelsymmetrieachsen des Rechtecks gebildet sein.
Bevorzugt gibt es bei sämtlichen diesen Testintervallen, egal ob im Falle der vordefinierten Raster oder des sukzessiven „Einkreisens“, jeweils Aktoren, die für das jeweilige Testintervall analog dem ersten und dem zweiten Aktor im ersten Testintervall angeordnet bzw. bewegt werden. Es wird bzw. werden also bevorzugt in jedem der Testintervalle einer oder einige Aktoren aus der Ein- in die Aus-Kippstellung gebracht (analog dem ersten Aktor) und können einer oder einige Aktoren in der Aus-Kippstellung verbleiben (analog dem zweiten Aktor). Bevorzugt ist in jeder Betriebsperiode ein Testintervall untergebracht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest in einigen der aufeinanderfolgenden Betriebsperioden jeweils auch mehrere Testintervalle untergebracht, also mindestens zwei Testintervalle. Es können dann also innerhalb derselben Betriebsperiode zwei unterschiedliche Muster vermessen werden. Bevorzugt sind nicht mehr als fünf, vier bzw. drei Testintervalle in derselben Betriebsperiode untergebracht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfasste Strahlungsleistung mit einem Soll-Wert abgeglichen und wird eine mögliche Abweichung über eine veränderte Ansteuerung des bzw. der betroffenen Aktoren im weiteren Betrieb zumindest teilweise ausgeglichen (kompensiert). Dies betrifft nicht den ansonsten selbstverständlich auch denkbaren Fall, dass einer oder einige der Aktoren vollständig weggeschaltet werden (ausgeschaltet bleiben), etwa im Falle einer lokalen Schädigung des Leuchtstoffelements und einer entsprechend lokalen Überhöhung der Pumpstrahlung. Bei der Kompensation werden die Aktoren hingegen noch weiter betrieben, wird aber mit diesem Betrieb einer Abweichung zumindest teilweise entgegengewirkt. Ist das entsprechende Pixel bspw. dunkler, als es eigentlich sein soll, so kann der entsprechende Aktor im Ein-Zustand dann entsprechend etwas länger in der Ein-Kippstellung bleiben, also umgekehrt für eine kürzere Zeitdauer in die Aus-Kippstellung gebracht werden. Bei einem zu hellen Pixel ist dies umgekehrt, kann der Aktor also in dem Ein-Zustand bewusst etwas länger in der Aus-Kippstellung gehalten werden. In einfachen Worten wird also ein Grauwert angepasst.
Bevorzugt kann eine gesamte Lichtverteilung als Soll-Wert hinterlegt sein, aus der also zu jedem Aktor oder zu jeder Gruppe von Aktoren ein jeweiliger Soll-Wert abgeleitet werden kann. Diese Lichtverteilung kann gemessen bzw. alternativ oder auch unterstützend simuliert sein, sie kann im Zuge einer Kalibrierung bei der Herstellung jeder einzelnen Beleuchtungsvorrichtung aufgenommen werden, oder aber auch an einem baugleichen Typ bzw. einer Beleuchtungseinheit aus demselben Los gemessen werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorliegend beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung, wobei mit der Sensoreinheit die während des ersten Testintervalls bzw. auch der weiteren Testintervalle auf die Sensoreinheit fallende Strahlungsleistung erfasst wird. Es wird ausdrücklich auf die vorstehende Offenbarung verwiesen, Teil des Verfahrens ist dann insbesondere auch ein entsprechendes Stellen der Aktoren etc.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung. Wenngleich im Allgemeinen auch Anwendungen im Projektionsbereich (Video, Kino), bei Effekt- und Entertainmentbeleuchtung oder auch im Architainmentbereich denkbar sind, betrifft die Erfindung in bevorzugter Ausgestaltung die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung zur Fahrzeugbeleuchtung, bevorzugt in einem Frontscheinwerfer (in einem Scheinwerfer können dabei auch mehrere Beleuchtungsvorrichtungen / Array-Anordnungen kombiniert sein). Im Allgemeinen ist auch ein Einsatz in einem Schiff bzw. auch Flugzeug oder Helikopter denkbar, bevorzugt ist ein Kraftfahrzeug (Kfz), insbesondere ein Personenkraftwagen (Pkw). Die bevorzugte Straßenausleuchtung ist bevorzugt adaptiv, es werden also bspw. andere Verkehrsteilnehmer zur Vermeidung einer Blendung selektiv von der Beleuchtung ausgenommen.
Ein Raumwinkelvolumen, welches der Beleuchtungslichtkegel maximal ausfüllen kann, ist segmentiert, bevorzugt in Zeilen und Spalten unterteilt, und es werden nur jene Segmente weggeschaltet bzw. in ihrer Intensität verringert, in denen der andere Verkehrsteilnehmer festgestellt wurde, bspw. ein anderes Kfz, oder auch ein Fußgänger oder Fahrradfahrer. Dabei können Aktoren auch gruppenweise zusammengefasst sein, bspw. mit je Gruppe mindestens 10, 50, 100 Aktoren und (davon unabhängig) z. B. nicht mehr als 1000 bzw. 500 Aktoren. Es lässt sich bspw. auch ein Kurvenlicht realisieren bzw. können Objekte (z. B. Wildtier am Fahrbahnrand oder auch Personen) auch gezielt beleuchtet werden, etwa zur Markierung (Gefahrenkennzeichnung).
In bevorzugter Ausgestaltung wird das Array in Abhängigkeit von einer Fahrzeugsensormessung betrieben, bevorzugt in Abhängigkeit von einem oder mehreren Kamerabildern. Die Kamerabilder können der Segmentierung des maximal zugänglichen Beleuchtungslichtkegels entsprechend unterteilt sein, wobei jedem Segment dann einer oder mehrere Aktoren des Arrays zugeordnet sind. Wird in einem Segment ein anderer Verkehrsteilnehmer festgestellt, werden die entsprechenden Aktoren in den Aus-Zustand gebracht.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt

1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, einem Aktor eines Mikrospiegel-Arrays und einer Sensoreinheit;
2 die Kippstellungen eines ersten Aktors während unterschiedlicher Betriebsperioden im zeitlichen Verlauf;
3 die Kippstellungen eines zweiten Aktors während der Betriebsperioden gemäß 2;
4 eine erste Möglichkeit zur sequenziellen Auswertung der Aktoren des Mikrospiegel-Arrays in aufeinanderfolgenden Testmustern;
5 eine zweite Möglichkeit zur sequenziellen Auswertung der Aktoren des Mikrospiegel-Arrays mit sequenziellen Testmustern.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einem Array 35, von dem exemplarisch ein Mikrospiegelaktor 1 gezeigt ist und das von einer Lichtquelle 2 mit Beleuchtungslicht 3 versorgt wird. Das Beleuchtungslicht 3 durchsetzt eine Sammellinse als Zuführoptik 4 und fällt in Form eines Zuführ-Strahlenbündels 5 auf das Mikrospiegel-Array 35. Aus Darstellungsgründen ist nur der eine Mikrospiegelaktor 1 des Arrays 35 gezeigt, dennoch wird das zugeführte/reflektierte Licht anhand der Strahlenbündel veranschaulicht, also bezogen auf das Array 35 im Gesamten.
Der Mikrospiegelaktor 1 ist im nicht ausgelenkten Zustand dargestellt. Er ist zwischen zwei Maximal-Kippstellungen, die strichliert angedeutet sind, hin und her verkippbar. Der nicht ausgelenkte Zustand wird als Transient Flat State bezeichnet, und vorliegend entspricht die eine Maximal-Kippstellung der Ein- und die andere der Aus-Kippstellung. In der Aus-Kippstellung reflektiert der Mikrospiegelaktor 1 das auf seine Spiegelfläche 6 fallende Beleuchtungslicht erfindungsgemäß auf eine Sensoreinheit 7. In der Ein-Kippstellung wird das Beleuchtungslicht hingegen durch eine Beleuchtungsoptik 8 (ein Linsensystem) geführt und damit vorliegend zur Erzeugung einer Lichtverteilung im Fernfeld genutzt, konkret zur adaptiven Straßenausleuchtung in einem Kfz-Frontscheinwerfer.
1 illustriert ferner, wie ein bedingt durch die Verkippbarkeit der Mikrospiegelaktoren 1 um vorliegend +/- 12° insgesamt zugänglicher Gesamt-Winkelbereich von 96° aufgeteilt sein kann. In diesem Gesamt-Winkelbereich sind zusätzlich zu dem Zuführ-Strahlenbündel 5 das Ein-Strahlenbündel 9 (zur Beleuchtungsoptik 8), das Aus-Strahlenbündel 10 (auf die Sensoreinheit 7) und das Transient-Strahlenbündel 11 dargestellt. Das Ein-Strahlenbündel 9 und das Aus-Strahlenbündel 10 sind über das Transient-Strahlenbündel 11 zueinander beabstandet, um für einen guten Kontrast soweit möglich unbeabsichtigte Reflexe aus dem Ein-Strahlenbündel 9 zu halten. Diese können im Transient Flat State vermehrt auftreten, weil die Spiegelflächen der Aktoren hier parallel zur Chip-Ebene liegen und so auch Reflexe von der übrigen Chipoberfläche (Verbindungsstege, Metallisierung etc.) eingetragen werden können.
Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung wird das in dem Aus-Strahlenbündel 10 geführte Beleuchtungslicht nicht in einem Absorber (Beam Dump) vernichtet, was ansonsten ggf. hinsichtlich einer Kontrastoptimierung vorteilhaft sein könnte. Stattdessen wird die Strahlung über eine Sammellinse als Sensoroptik 12 auf die Sensoreinheit 7 geführt und für eine Zustandsüberwachung der Lichtquelle 2 genutzt. Dies ist insoweit vorteilhaft, als eben einerseits ein Überwachen der Lichtquelle 2 möglich wird, dies aber andererseits zumindest keinen wesentlichen Effizienzverlust bedeutet.
Die Lichtquelle 2 ist aus einer Pumpstrahlungsquelle 20 und einem Leuchtstoffelement 22 aufgebaut. Als Pumpstrahlungsquelle 20 ist eine Laserdiode vorgesehen (auch mehrere Laserdioden sind möglich). Bei der davon emittierten Pumpstrahlung 21 handelt es sich vorliegend um blaues Laserlicht. Dieses fällt in der Regel kollimiert auf ein beabstandetes dazu angeordnetes Leuchtstoffelement 22, konkret dessen Einstrahlfläche 23.
Auf die Anregung mit der Pumpstrahlung 21 hin emittiert das Leuchtstoffelement 22 ein Konversionslicht, welches anteilig das Beleuchtungslicht 3 bildet und an der Abstrahlfläche 24 abgeführt wird. Die Abstrahlfläche 24 wird mit der Zuführoptik 4 auf das Array abgebildet. Vorliegend weist das Leuchtstoffelement YAG:Ce als Leuchtstoff auf, das Konversionslicht ist gelbes Licht. Die Pumpstrahlung 21 wird nur anteilig konvertiert (Teilkonversion), ein verbleibender Teil des blauen Laserlichts bildet in Mischung mit dem gelben Konversionslicht Weißlicht als Beleuchtungslicht 3.
Das Leuchtstoffelement 22 wird in Transmission betrieben, die Abstrahlfläche 24 liegt der Einstrahlfläche 23 entgegengesetzt. Zur Erhöhung der Effizienz ist an der Einstrahlfläche 23 eine dichroitische Beschichtung 25 vorgesehen, welche für die Pumpstrahlung 21 transmissiv, für das Konversionslicht jedoch reflektiv ist. Das Leuchtstoffelement 22 ist auf einem Träger angeordnet, bspw. aus Saphir, der aber nicht dargestellt ist. Auch wenn vorliegend anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung 21 zur Beleuchtungsanwendung gelangt, ist dies unkritisch, weil die Pumpstrahlung 21 beim Durchstrahlen des Leuchtstoffelements 22 aufgefächert wird, etwa aufgrund von Streuprozessen, also nicht gebündelt zur Beleuchtungsanwendung gelangt.
Es sind jedoch verschiedene Fehlerfälle denkbar, in denen es anwendungsseitig zu einem kritischen Austritt von Pumpstrahlung 21 kommen kann. Das Leuchtstoffelement 22 kann bspw. im Gesamten von einem (nicht dargestellten) Träger abfallen, die kollimierte Pumpstrahlung kann sich jedoch auch bereits durch einen Riss/Bruch des Leuchtstoffelements 22 ausbreiten. Die vorliegende Beleuchtungsvorrichtung ist zur Detektion eines solchen Fehlers eingerichtet, um dann im Fehlerfall ein Abschalten der Pumpstrahlungsquelle 20 oder ein zumindest teilweises Wegschalten der Beleuchtung über das Array zu veranlassen.
Die Sensoreinheit 7 weist einen Pumpstrahlungssensor 28 auf, der mit einem wellenlängenabhängigen Filter 29 versehen ist. Durch diesen gelangt nur Strahlung im Wellenlängenbereich der Pumpstrahlung 21 auf den Pumpstrahlungssensor 28, nicht das Konversionslicht. Der Pumpstrahlungssensor 28, vorliegend eine Fotodiode, ist also durch die Befilterung zur Erfassung im Spektralbereich der Pumpstrahlung eingerichtet. Analog aufgebaut könnte auch ein Konversionslicht-Sensor vorgesehen sein (nicht dargestellt), alternativ oder auch in Kombination mit dem Pumpstrahlungssensor 28. Auch ein nicht befilterter Sensor ist möglich.
Breitet sich nun bspw. in einem der Fehlerfälle mehr Pumpstrahlung in dem Zuführ-Strahlenbündel 5 zu dem Array 35 hin und damit auch in dem Aus-Strahlenbündel aus, erfasst der Pumpstrahlungssensor 28 eine erhöhte Strahlungsleistung. Es kann bspw. eine Abschaltung der Pumpstrahlungsquelle veranlasst werden.
Wie aus 1 ferner ersichtlich, ist der Sensoreinheit 7 ein Ausleseverstärker 30 zugeordnet, der an einer Versorgung 31 hängt. Das verstärkte Signal wird einem A/D-Wandler 32 zugeführt, also digitalisiert. Das digitalisierte Signal wird in einer Auswerteeinheit 33 überprüft, bspw. mit einem Soll-Wert abgeglichen. Das Blockschaltbild gemäß 1 ist schematisch zur Illustration einer Abfolge zu verstehen, der A/D-Wandler 32 und die Auswerteeinheit 33 können bspw. auch integriert ausgeführt sein.
In Abhängigkeit von einem Ergebnis des Abgleichs mit dem Soll-Wert übermittelt die Auswerteeinheit 33 einen entsprechenden Befehl an eine Steuereinheit 34 des Mikrospiegel-Arrays 35. Je nach Fehlerfall bzw. Abweichung kann ein unterschiedlicher Befehl umgesetzt werden. So kann bspw. im Falle einer erhöhten Pumpstrahlung aus Sicherheitsgründen ein vollständiges Wegschalten der betroffenen Aktoren 1 veranlasst werden. Ebenso kann auch ein entsprechender Befehl an eine (nicht dargestellte) Steuereinheit der Lichtquelle 2 ein Abdimmen (Notlaufbetrieb) oder auch vollständiges Abschalten veranlassen. Andererseits kann der an die Steuereinheit 34 des Arrays 35 ausgegebene Befehl auch eine veränderte Ansteuerung einiger Aktoren veranlassen, sodass bspw. eine Abweichung im gewünschten Helligkeitswert kompensiert wird (es wird ausdrücklich auf die Ausführungen in der Beschreibungseinleitung verwiesen).
Die 2 und 3 illustrieren nun im Einzelnen, wie bzw. wann die Aktoren vermessen werden. Dabei zeigt 2 die von einem ersten Aktor 1a im Zeitverlauf eingenommenen Kippstellungen und 3 die von einem zweiten Aktor 1b im Zeitverlauf eingenommenen Kippstellungen. Der Betrieb ist mit einer Frequenz, also einer Frame-Wiederholrate von 60 Hz, getaktet. Daraus resultieren Betriebsperioden 40, die jeweils eine Zeitdauer von rund 17 ms haben. In beiden Graphen ist auf der x-Achse die Zeit aufgetragen, und zwar normiert auf die Betriebsperiodendauer t_p . Auf der y-Achse ist jeweils die Kippstellung als 1 (Ein-Kippstellung) oder 0 (Aus-Kippstellung) gekennzeichnet.
Der erste Aktor 1a ist während der ersten Betriebsperiode 40a im Ein-Zustand, reflektiert also jedenfalls weitgehend über die erste Betriebsperiode 40a hinweg das Beleuchtungslicht durch die Optik 8 zur Beleuchtungsanwendung hin. Er trägt also insoweit aktiv zur erzeugten Lichtverteilung bei. Wie aus 2 ersichtlich, wird der erste Aktor 1a jedoch gegen Ende der ersten Betriebsperiode 40a für ein Testintervall 41a, das in der ersten Betriebsperiode 40a untergebracht ist, in die Aus-Kippstellung (0) gebracht. Damit reflektiert der erste Aktor 1a das Licht zu der Sensoreinheit 7.
Aus 3, insbesondere in Zusammenschau mit 2, ist ersichtlich, dass sich der zweite Aktor 1b während der ersten Betriebsperiode 40a im Aus-Zustand befindet, er ist in der Aus-Kippstellung (0). Während des Testintervalls 41a verbleibt der erste Aktor auch in der Aus-Kippstellung, wird dann also gemeinsam mit dem ersten Aktor 1a vermessen. Der erste Aktor 1a und der zweite Aktor 1b sind also Teil einer Gruppe Aktoren 1, die während des ersten Testintervalls 41a gemeinsam vermessen werden. Exemplarisch wird insoweit auf 4 verwiesen, der erste und der zweite Aktor 1a,b könnten bspw. Teil der zuerst vermessenen Neuner-Gruppe in dem Feld oben links sein. In diesem Beispiel wären also weitere sieben Aktoren Teil der Gruppe, die entweder analog dem ersten Aktor gesondert in die Aus-Kippstellung gebracht werden oder analog dem zweiten Aktor 1b in dieser verbleiben (vgl. auch die Anmerkungen in der Beschreibungseinleitung).
In einer zweiten Betriebsperiode 40b befindet sich der erste Aktor 1a wiederum im Ein-Zustand, trägt er also aktiv zur Lichtverteilung bei. Der zweite Aktor 1b befindet sich wiederum im Aus-Zustand, bestimmt die Lichtverteilung also nur passiv mit. Zur Illustration, bezogen auf die bevorzugte Kfz-Straßenausleuchtung: In einem dem ersten Aktor 1a zugeordneten Raumwinkelbereich wird während der hier gezeigten Betriebsperioden 40a,b Licht benötigt, wohingegen ein dem zweiten Aktor 1b zugeordneter Raumwinkelbereich von der Beleuchtung ausgenommen ist, bspw. zur Vermeidung einer Blendung der Insassen eines vorausfahrenden oder entgegenkommenden Fahrzeugs.
Bei dem erfindungsgemäßen Betrieb erfolgt die Vermessung der Aktoren 1 von der während der jeweiligen Betriebsperioden 40a,b erzeugten Lichtverteilungen entkoppelt. So werden während der ersten Betriebsperiode 40a der erste und der zweite Aktor 1a,b in dem ersten Testintervall 41a zusammen in die Aus-Kippstellung (0) gebracht, obwohl sie eigentlich in unterschiedlichen Zuständen sind, um dann gemeinsam vermessen zu werden. In der zweiten Betriebsperiode 40b ist die Situation umgekehrt, der erste und der zweite Aktor 1a,b sollen während des zweiten Testintervalls 41b nämlich nicht vermessen werden. Entsprechend kann der erste Aktor 1a, der sich in der Ein-Kippstellung (1) befindet, in dieser bleiben. Der zweite Aktor 1b wird für das zweite Testintervall 41b in die Ein-Kippstellung gebracht. Zur Illustration, vergleicht man dies wiederum mit 4, so entspräche die zweite Betriebsperiode 40b der mittleren oder rechten Abbildung, bei welcher der erste und der zweite Aktor 1a,b (die sich im linken oberen Quadranten befinden, siehe vorne) nicht mehr vermessen werden.
Aus den 2 und 3 ist ferner ersichtlich, dass es noch ein weiteres, kurzes eingeschobenes Intervall gibt. Dieses zusätzliche Klappen motiviert sich über eine Lebensdaueroptimierung des Arrays 35, verhindert nämlich ein „Verbacken“ der Aktoren 1 bei einer zu hohen thermischen Belastung. Vorliegend ist dieses Klappintervall jeweils ans Ende der Betriebsperiode 40a,b gelegt, hinter das jeweilige Testintervall 41a,b. Im Unterschied zu den Testintervallen 41a,b wird die Lichtquelle 2 während des Klappintervalls jeweils kurz abgeschaltet, wird also das Array 35 nicht beleuchtet.
Die in den 2 und 3 gezeigte Aufteilung ist exemplarisch, die Testintervalle 41a,b könnten, für sich oder auch gemeinsam mit den Klappintervallen, bspw. auch jeweils an den Anfang der jeweiligen Betriebsperiode 40a,b gesetzt bzw. auch mittig darin platziert werden. Auch die gezeigten Zeitdauerverhältnisse sind exemplarisch, insbesondere im Falle einer höheren thermischen Belastung können die Klappintervalle auch länger werden und die Lichtquelle 2 länger ausgeschaltet bleiben.
Gemäß den 2 und 3 ist in jeder der Betriebsperioden 40a,b jeweils ein Testintervall 41a,b untergebracht. Ebenso könnte in jeder der Betriebsperioden 40a,b aber auch ein weiteres bzw. weitere Testintervalle untergebracht werden bzw. kann es auch Betriebsperioden ohne Testintervall geben, was aber der Übersichtlichkeit halber nicht im Einzelnen dargestellt ist. Es wird auch ausdrücklich auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Im Folgenden wird anhand der 4 und 5 illustriert, wie mit einer Vielzahl solcher Messungen, die in einer Vielzahl aufeinanderfolgenden Testintervallen 41 bzw. Betriebsperioden 40 vorgenommen werden, nacheinander bestimmte Muster bzw. Raster vermessen werden.
Im Falle von 4 ist ein vordefiniertes Raster über das Array 35 gelegt. Die einzelnen Bereiche, also die jeweilig zugeordneten Aktoren, werden nacheinander vermessen, jeweils durch eine Schraffur gekennzeichnet (gibt den jeweilig vermessenen Bereich an). Vorliegend wird die Schadstelle, gekennzeichnet durch ein Pluszeichen (+), bei der dritten Messung aufgefunden, bei einer anderen Anordnung müssten entsprechend weniger/ weitere Messungen vorgenommen werden.
In 4 wird das Array 35 in zwei Hälften unterteilt, die nacheinander vermessen werden (jeweils schraffiert, in unterschiedlichen Richtungen). In einem nächsten Schritt wird dann jene der Hälften, in welcher die Abweichung festgestellt wurde (eine erhöhte Strahlungsleistung), erneut in zwei Hälften unterteilt, und wird die in diesen beiden Hälften gemessene Strahlungsleistung verglichen. Dies wird solange fortgesetzt, bis die Schadstelle mit hinreichender Genauigkeit lokalisiert ist.
Bezugszeichenliste

Mikrospiegelaktor	1
Erster Mikrospiegelaktor	1a
Zweiter Mikrospiegelaktor	1b
Lichtquelle	2
Beleuchtungslicht	3
Zuführoptik	4
Zuführ-Strahlenbündel	5
Spiegelfläche	6
Sensoreinheit	7
Beleuchtungsoptik	8
Ein-Strahlenbündel	9
Aus-Strahlenbündel	10
Transient-Strahlenbündel	11
Sensoroptik	12
Pumpstrahlungsquelle	20
Pumpstrahlung	21
Leuchtstoffelement	22
Einstrahlfläche	23
Abstrahlfläche	24
Beschichtung (dichroitisch)	25
Pumpstrahlungssensor	28
Filter (wellenlängenabhängig)	29
Ausleseverstärker	30
Versorgung	31
A/D-Wandler	32
Auswerteeinheit	33
Steuereinheit	34
Mikrospiegel-Array	35
Betriebsperioden	40
Erste Betriebsperiode	40a
Zweite Betriebsperiode	40b
Testintervalle	41
Erstes Testintervall	41a
Zweites Testintervall	41b

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle (2) zur Emission eines Beleuchtungslichts (3); einem Mikrospiegel-Array (35) mit mehreren Mikrospiegelaktoren (1), die in aufeinander folgenden Betriebsperioden (40) jeweils zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand schaltbar sind; einer Beleuchtungsoptik (8); und einer optischen Sensoreinheit (7); wobei das von der Lichtquelle (2) emittierte Beleuchtungslicht (3) auf das Mikrospiegel-Array (35) geführt und anteilig an einem jeweiligen der Mikrospiegelaktoren (1) - in einer Ein-Kippstellung über die Beleuchtungsoptik (8) zu einer Beleuchtungsanwendung reflektiert wird; und - in einer Aus-Kippstellung zu der optischen Sensoreinheit (7) reflektiert wird; wobei die Beleuchtungsvorrichtung für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass - ein erster (1a) der Mikrospiegelaktoren (1), der sich in einer ersten (40a) der Betriebsperioden (40) in einem Ein-Zustand in der Ein-Kippstellung befindet, für ein erstes Testintervall (41a), das in der ersten Betriebsperiode (40a) untergebracht ist, in die Aus-Kippstellung gebracht wird; und - ein zweiter (1b) der Mikrospiegelaktoren (1), der sich in der ersten Betriebsperiode (40a) in einem Aus-Zustand in der Aus-Kippstellung befindet, für das erste Testintervall (41a) in der Aus-Kippstellung bleibt; wobei mit der Sensoreinheit (7) eine während des ersten Testintervalls (41a) auf die Sensoreinheit (7) fallende Strahlungsleistung erfasst wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Zeitdauer des ersten Testintervalls (41a) zu einer Zeitdauer der ersten Betriebsperiode (40a) in einem Verhältnis von höchstens 1:5 steht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Betriebsperioden (40) jeweils eine Zeitdauer von mindestens 5 ms und höchstens 100 ms hat.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das erste Testintervall (41a) eine Zeitdauer von mindestens 50 µs und höchstens 500 µs hat.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass die Lichtquelle (2) im laufenden Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung zeitweilig abgeschaltet wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Lichtquelle (2) während der ersten Betriebsperiode (40a) außerhalb des ersten Testintervalls (41a) zeitweilig abgeschaltet wird und der erste Mikrospiegelaktor (1a) in der ersten Betriebsperiode (40a) über das erste Testintervall (41a) hinaus in der Aus-Kippstellung bleibt.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass - ein dritter der Mikrospiegelaktoren (1), der sich in der ersten Betriebsperiode (40a) in einem Ein-Zustand in der Ein-Kippstellung befindet, für das erste Testintervall (41a) in der Ein-Kippstellung bleibt; - und ein vierter der Mikrospiegelaktoren (1), der sich in der ersten Betriebsperiode (40a) in einem Aus-Zustand in der Aus-Kippstellung befindet, für das erste Testintervall (41a) in die Ein-Kippstellung gebracht wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass ein zweites Testintervall (41b) in einer zweiten Betriebsperiode (40b) untergebracht ist, welche auf die erste Betriebsperiode (40a) folgt, wobei der erste (1a) und der zweite Mikrospiegelaktor (1b) während des zweiten Testintervalls (41b) in der Ein-Kippstellung angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass - der erste Mikrospiegelaktor (1a), der sich während der zweiten Betriebsperiode (40b) in dem Ein-Zustand in der Ein-Kippstellung befindet, für das zweite Testintervall (41b) in der Ein-Kippstellung verbleibt; und - der zweite Mikrospiegelaktor (1b), der sich während der zweiten Betriebsperiode (40b) in dem Aus-Zustand in der Aus-Kippstellung befindet, für das zweite Testintervall (41b) in die Ein-Kippstellung gebracht wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für ein Auswerten derart eingerichtet ist, dass die Mikrospiegelaktoren (1) rasterartig in Gruppen unterteilt werden, wobei die Gruppen nacheinander in einer Vielzahl aufeinanderfolgenden Testintervallen (41) ausgewertet werden, und zwar je Testintervall (41) die Mikrospiegelaktoren (1) der jeweiligen Gruppe gemeinsam.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die aufeinanderfolgenden Testintervalle (41) jeweils in einer Vielzahl aufeinanderfolgenden Betriebsperioden (40) untergebracht sind, wobei bevorzugt in zumindest einigen der aufeinanderfolgenden Betriebsperioden (40) jeweils mehrere Testintervalle (41) untergebracht sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass die erfasste Strahlungsleistung mit einem Soll-Wert abgeglichen wird und eine mögliche Abweichung durch eine veränderte Ansteuerung des bzw. der betroffenen Mikrospiegelaktoren (1) im weiteren Betrieb zumindest teilweise ausgeglichen wird.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem mit der Sensoreinheit (7) eine während des ersten Testintervalls (41) auf die Sensoreinheit (7) fallende Strahlungsleistung erfasst wird.
Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Kfz-Scheinwerfer zur adaptiven Straßenausleuchtung, bei welcher andere Verkehrsteilnehmer zur Vermeidung einer Blendung von der Beleuchtung ausgenommen werden.
Verwendung nach Anspruch 14, bei welcher die Mikrospiegelaktoren (1) des Mikrospiegel-Arrays (35) in Abhängigkeit von einer Messung mit einem Fahrzeugsensor, insbesondere einem Kamerabild, selektiv in die Ein- oder die Aus-Kippstellung gebracht werden.