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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtsteuerungsvorrichtung für eine räumliche Abgrenzung mehrerer Lichtfunktionen, wobei zumindest eine der mehreren Lichtfunktionen als ein Abblendlicht, Abbiegelicht oder Projektionslicht für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
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Aktuelle Scheinwerfersysteme für Kraftfahrzeuge teilen ihre Lichtverteilung über mehrere Lichtquellen in einzelne Lichtfunktionen ein. Diese Lichtfunktionen sind häufig als ein Abblendlicht, Fernlicht oder Abbiegelicht ausgebildet. Um eine entsprechende Lichtfunktion realisieren zu können, werden oft verschiedene Submodule von Scheinwerfersystemen innerhalb eines Scheinwerfers verbaut. Dies führt meist dazu, dass für jede einzelne Lichtfunktion eine separate Lichterzeugung nötig wird.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2015 012 416 A1 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung zum Projizieren eines vorgebbaren Lichtmusters. Die Beleuchtungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, ein vorgebbares Lichtmuster mittels der Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs in eine Umgebung des Fahrzeugs zu projizieren. Dabei erfolgt ein Ermitteln einer Projektionsfläche in der Umgebung des Fahrzeugs, ein Ermitteln oder Bereitstellen einer Position eines vorbestimmten Beobachters und ein pixelweises Steuern einer Leuchteinheit der Beleuchtungsvorrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Projektionsfläche und der ermittelten Position des vorbestimmten Beobachters zum Erzeugen des vorgebbaren Lichtmusters.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2015 013 600 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs. Mittels einer Steuereinrichtung des Scheinwerfers soll eine variabel einstellbare Lichtverteilung in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erzeugt werden. Dazu wird jeweils wenigstens eine Eigenschaft der Lichtverteilung an wenigstens zwei Stützstellen der Lichtverteilung vorgegeben. Wenigstens eine weitere Eigenschaft der Lichtverteilung wird an weiteren Stellen der Lichtverteilung bestimmt in Abhängigkeit von der vorgegebenen Eigenschaft der Lichtverteilung an den zwei Stützstellen. Die einstellbare Lichtverteilung wird durch ein Steuern wenigstens einer Ablenkeinrichtung des Scheinwerfers und/oder durch das Steuern wenigstens einer Lichtquelle des Scheinwerfers in Abhängigkeit von der jeweiligen Eigenschaft der Lichtverteilung erzeugt.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, mehrere Lichtfunktionen einfacher bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Lichtsteuerungsvorrichtung für eine räumliche Abgrenzung mehrerer Lichtfunktionen, wobei zumindest eine der mehreren Lichtfunktionen als ein Abblendlicht, Abbiegelicht oder Projektionslicht für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Die Lichtsteuerungsvorrichtung beinhaltet eine Lichtemissionseinheit, die eine Lichtquelle aufweist. Mittels einer Steuereinheit werden eine Lichtstärke und eine Abstrahlcharakteristik eines Lichts der Lichtemissionseinheit eingestellt, wodurch in einer Ausbreitungsrichtung des Lichts nach der Lichtemissionseinheit ein Bereich beleuchtbar ist. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, die Lichtemissionseinheit derart anzusteuern, dass in Abhängigkeit von der mindestens einen Lichtfunktion ausschließlich ein Teilbereich des Bereichs beleuchtet wird, wobei dem Teilbereich eine der mehreren Lichtfunktionen zugeordnet ist.
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Die Lichtemissionseinheit kann einen Laser oder eine LED als Lichtquelle aufweisen. Die Lichtquelle kann ferner als ein Verbund vieler LED-Elemente innerhalb eines Matrix-LED-Systems ausgebildet sein. Auch ein lumineszierendes Material kann als Lichtquelle zum Einsatz kommen. Vorzugsweise werden mehrere LED-Elemente eingesetzt, um eine hochauflösende Lichtverteilung erzeugen zu können. Die Lichtquelle kann ferner als ein Laserlicht, organische Leuchtdiode, Halogenlampe oder Gasentladungslampe ausgeführt sein. Durch ein Erhöhen des Leistungsverbrauchs der Lichtquelle oder Hinzuschalten von weiteren Lichtquellen kann die Steuereinheit die Lichtstärke der Lichtemissionseinheit beeinflussen. Durch gezieltes Zu- und Abschalten von Lichtquellen aus einem Verbund mehrerer Lichtquellen kann mithilfe der Steuereinheit ebenfalls die Abstrahlcharakteristik der Lichtemissionseinheit gesteuert werden.
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Einzelne Lichtquellen können innerhalb der Lichtemissionseinheit in verschiedene Raumrichtungen ausgerichtet sein. Dies bedeutet, dass die jeweils abgestrahlten Lichtstrahlen der einzelnen Lichtquellen sich in unterschiedliche Raumwinkelsegmente ausgehend von der Lichtemissionseinheit ausbreiten können. Durch eine Reduzierung des Leistungsverbrauchs der Lichtquelle beziehungsweise der Lichtemissionseinheit kann das abgestrahlte Licht der Lichtemissionseinheit gedimmt werden. Die Lichtemissionseinheit ist vorzugsweise derart ausgestaltet, sodass das von der Lichtemissionseinheit abgestrahlte Licht hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung und Lichtintensität beeinflusst werden kann. Beispielsweise könnten im Strahlengang nach der Lichtemissionseinheit eine oder mehrere Blenden angeordnet sein, welche das von der Lichtemissionseinheit abgestrahlte Licht nur innerhalb eines vorgegebenen Bereiches passieren lassen. Dabei können die Blenden verschiebbar ausgeführt sein, sodass der vorgegebene Bereich flexibel eingestellt werden kann. So kann zum Beispiel ein Lichtbündel in Form eines Kegels in ein anderes Lichtbündel umgewandelt werden, welches zum Beispiel parallel verläuft bzw. gerichtet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Lichtemissionseinheit und/oder die Lichtquelle mit einem verschiebbaren Modul verbunden sind. In diesem Fall könnte mittels des verschiebbaren Moduls die Position und/oder die Ausrichtung der Lichtemissionseinheit geändert werden.
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In vielen Fällen ist der Bereich in Ausbreitungsrichtung des Lichts nach der Lichtemissionseinheit als ein Kegel ausgebildet. Mit entsprechend optischen Elementen kann jedoch dieser Lichtkegel in ein paralleles oder divergentes Lichtbündel umgewandelt werden. Der Bereich ist somit insbesondere jener Raum, welcher nach der Lichtemissionseinheit von Licht durchflutet wird. Der Teilbereich des Bereichs wird von dem Bereich umgeben. Damit weist der Teilbereich eine geringere räumliche Ausdehnung auf als der Bereich. Dies bedeutet, dass der Bereich einen lichtdurchfluteten Raum darstellen kann, der sich dadurch ergibt, wenn keine Steuerung durch die Steuereinheit erfolgt. Damit beschreibt der Bereich insbesondere einen maximalen Bereich, der von der Lichtemissionseinheit mit Licht erfasst werden kann. Dieser Bereich kann unterschiedliche räumliche Ausgestaltungsformen annehmen. Die Steuereinheit kann auf die Lichtemissionseinheit insbesondere derart einwirken, sodass ein Teilbereich, der kleiner ist als der maximale Bereich, ausgeleuchtet wird. Das heißt der Bereich kann in mehrere Teilbereiche aufgeteilt werden. Dabei kann die Steuereinheit die Lichtemissionseinheit so ansteuern, dass ausschließlich die ausgewählten Teilbereiche mit Licht durchflutet werden. So kann beispielsweise bei einem kegelförmigen Bereich ein oberer Abschnitt dieses Bereichs ausgeblendet werden. In diesem Fall wäre der Teilbereich jener verbleibende Bereich, welcher noch ausgeleuchtet wird.
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Die Steuerung der Lichtemissionseinheit kann jedoch auch derart erfolgen, dass mehrere Teilbereiche ausgeleuchtet werden, die räumlich nicht zusammenhängend sind. So könnte beispielsweise bei einem kegelförmigen Bereich ein erster Teilbereich mit einer quadratischen Grundfläche und ein zweiter Teilbereich mit einer elliptischen Grundfläche ausgeleuchtet werden. Diese beiden Teilbereiche können räumlich voneinander getrennt sein. Bevorzugt können mehrere Teilbereiche zugleich ausgeleuchtet werden. Dabei ist insbesondere jedem dieser Teilbereiche eine der mehreren Lichtfunktionen zugeordnet. Aus praktischen Gründen ist es häufig sinnvoll, die geometrische Ausgestaltung der jeweiligen Teilbereiche nicht zu komplex zu wählen. Im Falle einer Projektion des Lichts des Teilbereichs auf eine Ebene kann die geometrische Form des Teilbereichs in Form einer Grundfläche visualisiert werden. Insbesondere werden die Teilbereiche derart gewählt, sodass im Nachgang der Lichtemissionseinheit eine rechteckige Fläche beleuchtet werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich die mehreren Lichtfunktionen in ihrer Ausdehnung, Intensität und/oder Frequenz. Die Ausdehnung der Lichtfunktionen beschreibt insbesondere eine maximale Länge, eine maximale Breite sowie eine maximale Tiefe einer Lichtverteilung. Mittels einer variablen Lichtstärke kann eine Lichtintensität der Lichtemissionseinheit beeinflusst werden. Damit beschreibt die Intensität insbesondere eine Helligkeit der mehreren Lichtfunktionen. So weist zum Beispiel ein Fernlicht eine größere räumliche Ausdehnung sowie eine höhere Intensität als ein Abblendlicht auf. Zudem ist die räumliche Abstrahlcharakteristik bei dem Fernlicht in der Regel anders ausgestaltet als bei dem Abblendlicht. Ist eine Lichtfunktion als eine Animation, also als eine bewegte Grafik, ausgeführt, so wird dies in der Regel durch mehrere Lichtverteilungen realisiert. Dabei werden diese mehreren Lichtverteilungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgestrahlt. Die Frequenz der bewegten Grafik beschreibt insbesondere einheitliche Zeitdifferenzen zwischen den mehreren Lichtverteilungen für die bewegte Grafik. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass mehrere Lichtfunktionen durch die Lichtsteuerungsvorrichtung realisiert werden können. Zugleich können die mehreren Lichtfunktionen in ihrer Ausdehnung, Intensität oder Frequenz unterschiedlich ausgestaltet werden. Ändert sich beispielsweise bei einer Animation die räumliche Ausdehnung einer Lichtverteilung in Abhängigkeit von der Zeit, so kann der Lichtverteilung eine Amplitude als maximale räumliche Ausdehnung in einer Richtung zugeordnet werden. D.h. eine Lichtfunktion in Form mehrerer animierte Lichtverteilungen kann sich von anderen Lichtfunktionen auch hinsichtlich ihrer Amplitude unterscheiden.
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In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass der Teilbereich einteilig ausgeführt ist. Grundsätzlich kann sich eine Lichtfunktion auf mehrere Teilbereiche beziehen, die räumlich nicht zusammenhängen. Dies ist jedoch in vielen Fällen eher unpraktisch. Daher sieht diese Variante der vorliegenden Erfindung vor, dass der Teilbereich, dem eine der mehreren Lichtfunktionen zugeordnet ist, einteilig ausgeführt ist. Damit kann eine einfachere Zuordnung der Teilbereiche zu den Lichtfunktionen sowie eine vereinfachte Steuerung erzielt werden. Damit kann beispielsweise innerhalb eines Scheinwerfers auf einer Projektionsfläche der beleuchtete Bereich leichter in mehrere Teilbereiche unterteilt werden. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass für jede einzelne der mehreren Lichtfunktionen genau ein einteiliger Teilbereich zugeordnet ist. In diesem Fall würde die Anzahl der Teilbereiche der Anzahl der mehreren Lichtfunktionen entsprechen. Dies kann die Steuerung der Lichtemissionseinheit erheblich vereinfachen.
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In einer weiteren Variante der Erfindung umfasst der Bereich mehrere Teilbereiche und die mehreren Teilbereiche sind vertikal übereinander und/oder horizontal nebeneinander angeordnet. Zur Steuerung der Lichtemissionseinheit kann es nachteilig sein, wenn die mehreren Teilbereiche ohne System bzw. durcheinander angeordnet sind. Daher ist es vorteilhaft, die mehreren Teilbereiche anhand eines Regelsystems anzuordnen. In dieser Variante der Erfindung sind die Teilbereiche entweder vertikal übereinander, horizontal nebeneinander oder mittels einer Kombination dieser beiden Möglichkeiten angeordnet. Damit können die mehreren Teilbereiche mittels kartesischer Koordinaten parametrisiert werden. Dies kann ein Erkennen und Ansteuern eines Teilbereichs durch die Steuereinheit beschleunigen.
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In einer weiteren Variante der Erfindung sind die mehreren Teilbereiche unmittelbar nebeneinander und/oder übereinander angeordnet. Die Vorteile zu der zuvor genannten Variante gelten sinngemäß auch für diesen Abschnitt. In dieser Variante der Erfindung weisen die mehreren Teilbereiche keine leeren Zwischenräume, die unbeleuchtet sind, auf. Da in dieser Variante der Erfindung die mehreren Teilbereiche unmittelbar nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind, berühren sich angrenzende Teilbereiche. Damit können evtl. die einzelnen Teilbereiche nicht mehr solche wahrgenommen werden, jedoch kann die Steuereinheit die einzelnen Teilbereiche feststellen und der entsprechenden Lichtfunktion zuordnen. Dadurch kann der Bereich im Nachgang der Lichtemissionseinheit möglichst klein ausgestaltet werden. Dies kann eine kompakte Bauweise der Lichtsteuerungsvorrichtung innerhalb eines Scheinwerfers ermöglichen.
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In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Lichtemissionseinheit derart anzusteuern, dass eine Auswahl der mehreren Teilbereiche beleuchtet wird, wobei die mehreren Teilbereiche der Auswahl sich räumlich nicht aneinander anschlie-βen. Diese Variante kann dann vorteilhaft sein, wenn mehrere der Lichtfunktionen zugleich aktiviert werden sollen. Sollen beispielsweise zwei Lichtfunktionen aktiviert werden, deren jeweiligen Teilbereiche sich räumlich nicht aneinander anschließen, so kann dies nur dann realisiert werden, wenn die Steuereinheit diese Teilbereiche zugleich beleuchten kann, obwohl sich die jeweiligen Teilbereiche in diesem Beispiel räumlich nicht aneinander anschließen. Sind beispielsweise drei Teilbereiche gegeben, die übereinander angeordnet sind, kann dem oberen Teilbereich die Lichtfunktion Abblendlicht, dem mittleren Teilbereich die Funktion Abbiegelicht und dem unteren Teilbereich die Funktion Projektionslicht zugeordnet sein. Soll nun beispielsweise die Lichtfunktion Abblendlicht und Projektionslicht gleichzeitig aktiviert werden, so ist ein Ausleuchten der entsprechenden Teilbereiche nötig. Die dazu auszuleuchtenden Teilbereiche ergeben sich durch den oberen Teilbereich sowie durch den unteren Teilbereich. Da der mittlere Teilbereich nicht beleuchtet werden soll, ist es äußerst vorteilhaft, wenn die Steuereinheit diese beiden Teilbereiche, die räumlich voneinander getrennt sind und sich nicht anschließen, gleichzeitig ausleuchten kann. Damit ist es möglich, unterschiedliche Lichtfunktionen miteinander zu kombinieren und gleichzeitig zu aktivieren.
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In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Lichtemissionseinheit derart anzusteuern, dass ein einziger Teilbereich beleuchtet wird. In vielen Fällen ist es erforderlich oder gewünscht, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils nur eine einzige Lichtfunktion aktiv ist. Entspricht die Anzahl der Teilbereiche genau der Anzahl der unterschiedlichen Lichtfunktionen, so kann in diesem Fall eine Lichtfunktion nur durch eine entsprechende Ausleuchtung des dazugehörigen Teilbereichs aktiviert werden. Soll dabei zugleich zu einem Zeitpunkt nur eine einzige dieser mehreren Lichtfunktionen aktiv sein, so ist es erforderlich, dass nur ein einziger Teilbereich der mehreren Teilbereiche beleuchtet wird. In diesem Fall ist das genau jener Teilbereich, der der dazugehörigen Lichtfunktion zugeordnet ist. Soll in dem Beispiel des vorangegangenen Absatzes nur das Abblendlicht aktiviert sein, wird die Lichtemissionseinheit von der Steuereinheit so gesteuert, dass nur und ausschließlich der obere Teilbereich mit Licht ausgeleuchtet wird. Dies führt in diesem Beispiel dazu, dass nur die Lichtfunktion Abblendlicht aktiv sein würde. Damit ist es möglich, eine scharfe Abgrenzung und genaue Zuordnung der Lichtfunktionen beziehungsweise Teilbereiche zu erzeugen.
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In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die mehreren Lichtfunktionen das Abblendlicht, das Fernlicht und das Abbiegelicht beinhalten. Mithilfe des Abblendlichts kann bei einem Kraftfahrzeug ein vorderer Fahrzeugbereich derart ausgeleuchtet werden, sodass entgegenkommende Kraftfahrzeuge nicht zu sehr geblendet werden. Das Fernlicht ermöglicht das Erzeugen eines größeren Sichtfelds für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs. Mithilfe des Abbiegelichts kann die Intension des Abbiegens beziehungsweise eines Spurwechsels zusätzlich zu einem Blinker in Form einer Pfeilanimation auf der Fahrbahn verdeutlich werden. All diese unterschiedlichen Lichtfunktionen können durch eine einzige Lichtsteuerungsvorrichtung realisiert werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass mehrere unterschiedliche Lichtfunktionen innerhalb eines einzigen Scheinwerfers realisiert werden können. Unter Umständen kann dadurch die Anzahl der Scheinwerfer sowie weiterer Bauteile reduziert werden. dadurch können sich ebenso entsprechende Kostenvorteile ergeben.
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In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung weist die Lichtemissionseinheit mehrere Mikrospiegel und/oder eine Flüssigkristallanzeige zur Steuerung der Abstrahlcharakteristik auf. Mikrospiegel sind häufig auch als DMD-Spiegel bekannt. Im Englischen sind sie als „Digital Mirror Device“ bekannt. Die Mikrospiegel sind häufig in hoher Anzahl innerhalb eines Arrays angeordnet. Jeder dieser Mikrospiegel kann seine Ausrichtung separat verändern. Dadurch ist es möglich, dass Lichtstrahlen ausgehend von der Lichtquelle durch die Mikrospiegel in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden können. Sollen beispielsweise bestimmte Teile eines Lichtkegels nicht beleuchtet werden, so können die dazugehörigen Mikrospiegel so eingestellt werden, dass diese die Lichtstrahlen in Richtung eines Absorbers lenken. Darüber hinaus kann mithilfe der Mikrospiegel die jeweilige Ausbreitungsrichtung der dazugehörigen Lichtstrahlen, also die Abstrahlcharakteristik der Lichtemissionseinheit, gezielt gesteuert werden. Dadurch kann eine gezielte Ausleuchtung der jeweiligen Teilbereiche ermöglicht werden.
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Eine Flüssigkristallanzeige (englisch: Liquid Crystal Display, LCD) ist vorzugsweise eine Anzeige, deren Funktion darauf beruht, dass Flüssigkeitskristalle die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen, wenn ein bestimmtes Maß an elektrischer Spannung angelegt wird. LCD-Anzeigen beziehungsweise Flüssigkristallanzeigen beinhalten Segmente, die unabhängig voneinander ihre Transparenz ändern können. Dadurch kann mit elektrischer Spannung in jedem Segment die Ausrichtung der Flüssigkristalle gesteuert werden. Damit können bestimmte Segmente der Flüssigkristallanzeige als Lichtquellen aktiviert oder deaktiviert werden. Damit kann mittels einer Flüssigkristallanzeige die Abstrahlcharakteristik der Lichtemissionseinheit beeinflusst werden. Die Flüssigkristallanzeige kann in der Regel einen größeren Bereich ausleuchten als dies mithilfe der Mikrospiegel der Fall ist. Je nach gewünschten Anforderungen kann die Lichtemissionseinheit mehrere Mikrospiegel oder eine Flüssigkristallanzeige aufweisen. Eine Kombination von der Flüssigkristallanzeige mit den Mikrospiegeln in der Lichtemissionseinheit ist ebenfalls möglich.
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In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem beleuchteten Teilbereich ein Ausgangssignal zur Projektion einer der mehreren Lichtfunktionen auf einer externen Ebene zu erzeugen. Da dem beleuchteten Teilbereich eine der mehreren Lichtfunktionen zugeordnet ist, ist eine sinnvolle Weiterverarbeitung des ausgeleuchteten Teilbereichs sinnvoll. Dazu kann vorzugsweise ein Ausgangssignal bereitgestellt werden, welches beispielsweise durch einen Scheinwerfer durch eine Projektion auf einer externen Ebene umgesetzt wird. Diese externe Ebene ist vorzugsweise eine Fahrbahn, auf der sich ein Kraftfahrzeug befindet. Zur Erzeugung des Ausgangssignals können der räumliche Bereich beziehungsweise die entsprechenden Teilbereiche mittels einer lichtempfindlichen Oberfläche abgegrenzt sein. So könnte beispielsweise durch das Beleuchten einer dieser lichtempfindlichen Oberflächen das Ausgangssignal erzeugt werden. Dieses Ausgangssignal könnte im weiteren Verlauf durch die Steuereinheit beziehungsweise durch den Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs zur Erzeugung einer der mehreren Lichtfunktionen weiter verarbeitet werden. Würde zum Beispiel von der lichtempfindlichen Oberfläche ein unterer Anteil davon beleuchtet werden, so könnte daraus ein entsprechendes Ausgangssignal für ein Projektionslicht erzeugt werden. Im Gegensatz zu einer Stelle der lichtempfindlichen Oberfläche, welche beispielsweise die Lichtfunktion Fernlicht repräsentieren würde, könnte ein anderes Ausgangssignal erzeugt werden. Dies würde beispielsweise dazu führen, dass für die Lichtfunktion Fernlicht eine höhere Lichtstärke bereitgestellt werden würde als im Fall der Lichtfunktion Projektionslicht. In der Regel soll das Projektionslicht in der Nähe des Kraftfahrzeugs, also in einem Bereich von wenigen Metern um das Kraftfahrzeug herum, eine gewünschte Form auf die Fahrbahn projizieren. Das Fernlicht ist in der Regel dazu ausgebildet, ein im Vergleich dazu größeren Bereich vor dem Kraftfahrzeug großflächig auszuleuchten. Bei derartig gewünschten Lichtfunktionen kann es sinnvoll sein, der Lichtfunktion Fernlicht eine höhere Lichtstärke als für die Lichtfunktion Projektionslicht zuzuordnen.
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Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Scheinwerfersystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Lichtsteuerungsvorrichtung zur Projektion der zumindest einen Lichtfunktion in eine Umgebung des Scheinwerfersystems bereit. Die Zuteilungen der verschiedenen Lichtfunktionen werden durch die Lichtsteuerungsvorrichtung realisiert. Zur vollständigen Darstellung beziehungsweise zur Realisierung der entsprechenden Lichtfunktionen wird die Lichtsteuerungsvorrichtung vorzugsweise innerhalb eines Scheinwerfersystems eingebaut. Damit ist es möglich, aus einem Bereich, beispielsweise einem Lichtkegel, mehreren Teilbereichen entsprechende Lichtfunktionen zuzuordnen, welche im weiteren Verlauf durch ein Scheinwerfersystem auf einer Fahrbahn dargestellt werden können. Damit können innerhalb eines einzigen Scheinwerfers mehrere Lichtfunktionen zugleich realisiert werden. Vorzugsweise können mehrere Lichtfunktionen durch einen einzigen Scheinwerfer dargestellt werden, da die Lichtsteuerungsvorrichtung den mehreren Teilbereichen mehreren Lichtfunktionen zuordnen kann. Es ist möglich, die Zuordnung der Teilbereiche zu den Lichtfunktionen zu verändern oder anzupassen. Das heißt die Zuordnung muss nicht fest vorgegeben werden und kann variabel erfolgen. Gegebenenfalls können zusätzliche Scheinwerfer und damit zusätzliche Bauteile eingespart werden. Somit könnte ein einziger Scheinwerfer zur Ausleuchtung einer Fahrbahn sowie zugleich zur Projektion von informativen Symbolen, wie zum Beispiel von Abbiegepfeilen als Teil des Abbiegelichts, eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Kraftfahrzeug mit einem Scheinwerfersystem zur Darstellung der Lichtfunktionen auf der externen Ebene bereit. Vorzugsweise wird das Scheinwerfersystem in dem Kraftfahrzeug eingesetzt und dort entsprechend verbaut. Somit können die entsprechenden Lichtfunktionen auf einer Fahrbahn, welche die externe Ebene darstellt, projiziert werden. Bevorzugt werden hochauflösende Scheinwerfer zur Darstellung von hochauflösenden Lichtverteilungen eingesetzt. Ein hochauflösender Scheinwerfer kann etwa 3000 LED-Elemente enthalten, wobei jedes LED-Element einzeln gesteuert werden kann. Die genannten Vorzüge der Beispiele der vorangegangenen Varianten dieser Erfindung gelten ebenfalls für diese Variante.
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Die vorliegende Erfindung stellt ebenso ein Verfahren zum Erzeugen mehrerer Lichtfunktionen bereit, wobei zumindest eine der mehreren Lichtfunktionen als ein Abblendlicht, Abbiegelicht oder Projektionslicht für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Dazu werden eine Lichtstärke und eine Abstrahlcharakteristik einer Lichtemissionseinheit zum Beleuchten eines Bereichs eingestellt, der in Ausbreitungsrichtung des Lichts nach der Lichtemissionseinheit angeordnet ist. Die Lichtemissionseinheit wird derart gesteuert, dass in Abhängigkeit der Lichtfunktion ausschließlich ein Teilbereich des Bereichs beleuchtet wird, wobei dem Teilbereich eine der mehreren Lichtfunktionen zugeordnet ist. Der mit Licht ausgeleuchtete Bereich beziehungsweise die entsprechend ausgeleuchteten Teilbereiche können mit einer lichtempfindlichen Oberfläche begrenzt werden. Ist die lichtbegrenzende Oberfläche als eine Ebene ausgeführt, so können darauf entsprechende Teilflächen beleuchtet werden, die mit den entsprechenden Teilbereichen korrespondieren. Damit können den Teilbereichen entsprechende Teilflächen auf der lichtempfindlichen Oberfläche zugeordnet werden. In diesem Fall können die mehreren Lichtfunktionen den entsprechenden Teilflächen zugeordnet werden. Da in diesem Beispiel eine Teilfläche einen entsprechenden Teilbereich repräsentiert, kann die Zuordnung der entsprechenden Lichtfunktionen einfacher ausgestaltet werden. Die lichtbegrenzende beziehungsweise lichtempfindliche Oberfläche kann anstatt in Form einer Ebene auch gewellt oder gekrümmt sein. In diesem Fall wären die entsprechenden Teilflächen ebenfalls gekrümmt. Dies stellt jedoch nur eine beispielhafte Ausführungsmöglichkeit dar, wie dem Teilbereich eine der mehreren Lichtfunktionen zugeordnet werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
- 1 eine schematische beispielhafte Darstellung der Lichtsteuerungsvorrichtung;
- 2 eine beispielhafte Aufteilung des Bereichs in verschiedene Teilbereiche; und
- 3 mehrere skizzenhaft dargestellte Lichtverteilungen.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist beispielhaft ein prinzipieller Aufbau einer Lichtsteuerungsvorrichtung 15 gezeigt. Die Lichtsteuerungsvorrichtung 15 umfasst in diesem Beispiel eine Lichtemissionseinheit 11. Im Bereich der Lichtemissionsvorrichtung ist eine Linse 13, eine Lichtquelle 10 sowie mehrere Mikrospiegel 14 angeordnet. Die Lichtquelle 10 emittiert in diesem Fall mehrere Lichtstrahlen 16 in Richtung der Mikrospiegel 14. Die Lichtquelle 10 kann beispielsweise als ein LED-Modul, fluoreszierende Fläche, Glühbirne, Quelle für Laserlicht oder eine andere Art von Lichtquelle sein. Die Mikrospiegel 14 können vorzugsweise von einer Steuereinheit 12 angesteuert werden. Insbesondere kann die Steuereinheit 12 die Ausrichtung der jeweiligen Mikrospiegel 14 ändern beziehungsweise beeinflussen. Die Mikrospiegel 14 können nicht nur wie in 1 gezeigt vertikal übereinander, sondern darüber hinaus in einem flächigen Array angeordnet sein. Je nachdem wie die Mikrospiegel 14 von der Steuereinheit 12 angesteuert werden, können die Lichtstrahlen 16 in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden. Zudem kann die Steuereinheit 12 ebenfalls die Lichtstärke der Lichtquelle 10 beeinflussen. Damit kann die Steuereinheit 12 die Lichtquelle 10 dimmen. Vorzugsweise werden die Lichtstrahlen 16 durch die Mikrospiegel 14 in Richtung einer optischen Einheit abgelenkt. In diesem Fall ist die optische Einheit als Linse 13 ausgebildet. Die Linse 13 kann konkav, konvex oder jede andere beliebige Form aufweisen. Auch ein Prisma als optische Einheit ist denkbar.
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Im weiteren Verlauf verlassen die Lichtstrahlen 16 die Lichtemissionseinheit 11. Die Lichtstrahlen 16.1 und 16.4 stellen den Bereich dar, der durch die Lichtemissionseinheit 11 ausgeleuchtet werden kann. Dieser Bereich ist in diesem Beispiel in drei Teilbereiche FL, ABL und PR unterteilt. In jedem dieser Teilbereiche FL, ABL und PR ist eine spezielle der mehreren Lichtfunktionen zugeordnet. In diesem Beispiel ist der obere Teilbereich der Lichtfunktion Fernlicht zugeordnet. Der mittlere Teilbereich ist der Lichtfunktion Abblendlicht zugeordnet. Der untere Teilbereich wird in diesem Beispiel der Lichtfunktion Projektionslicht zugeordnet. Damit umfasst der von der Lichtemissionseinheit 11 ausgeleuchtete Bereich insgesamt drei Teilbereiche FL, ABL und PR.
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Damit können in diesem Beispiel drei Lichtfunktionen, nämlich Fernlicht, Abblendlicht und Projektionslicht mittels der Lichtsteuerungsvorrichtung 15 eingeteilt werden. Die konkrete Umsetzung beziehungsweise Realisierung einer jeweiligen Lichtfunktion erfolgt in der Regel im Nachgang der Lichtsteuerungsvorrichtung 15. Aus diesem Grund schließt sich vorzugsweise nach der Lichtsteuerungsvorrichtung 15 ein weiterer Bereich an, in dem das Licht beziehungsweise eventuell erzeugte Ausgangssignale verarbeitet werden. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn die Lichtsteuerungsvorrichtung 15 innerhalb eines Scheinwerfersystems verbaut ist. Soll beispielsweise während einer Fahrt vor dem Kraftfahrzeug ein Stoppzeichen auf der Fahrbahn projiziert werden, so würde die Steuereinheit 12 die Mikrospiegel 14 derart ansteuern, dass die von der Lichtquelle 10 ausgesandten Lichtstrahlen 16 so abgelenkt werden, dass im Nachgang nach der Lichtemissionseinheit 11 ausschließlich der untere Teilbereich PR beleuchtet wird, der der Lichtfunktion Projektionslicht zugeordnet wäre. Dies bedeutet, dass die Mikrospiegel 14 ihre Ausrichtung derart verändern können, dass die Lichtstrahlen 16 nach der Linse 13 beziehungsweise nach der Lichtemissionseinheit 11 zwischen den begrenzenden Lichtstrahlen 16.3 und 16.4 verlaufen. Dieser von diesen beiden Lichtstrahlen begrenzte Bereich stellt den Teilbereich PR dar. Würde das Licht der Lichtquelle 10 derart abgelenkt werden, so wäre nur die Lichtfunktion Projektionslicht realisiert. Die anderen beiden Lichtfunktionen Fernlicht und Abblendlicht wären in diesem Fall nicht aktiv.
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Es ist jedoch auch möglich, dass die Steuereinheit 12 die Lichtstrahlen 16 der Lichtquelle 10 mit Hilfe der Mikrospiegel 14 derart ablenkt, dass sowohl der Teilbereich PR und zugleich der Teilbereich FL ausgeleuchtet werden. In diesem Fall wären zwei der drei Lichtfunktionen zugleich aktiv. Natürlich können ebenso auch alle drei Lichtfunktionen zugleich aktiviert werden, indem der gesamte Bereich ausgeleuchtet wird. In diesem Fall wären alle drei Teilbereiche FL, ABL und PR ausgeleuchtet.
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Aufgrund des Welle-Teilchen-Dualismus kann man für den Begriff Licht auch den Begriff Photonen verwenden. Die Steuereinheit in der Lichtsteuerungsvorrichtung 15 kann die Lichtstrahlen 16 beziehungsweise die Photonen den unterschiedlichen Teilbereichen FL, ABL und PR zuordnen. Wenn zum Beispiel nur das Abblendlicht aktiviert werden soll, wird die Lichtemissionseinheit 11 durch die Steuereinheit 12 so angesteuert, dass die Lichtstrahlen 16 beziehungsweise die Photonen ausschließlich den Teilbereich ABL beleuchten. Dieser Teilbereich ist in 1 durch die Lichtstrahlen 16.2 und 16.3 begrenzt. Das heißt diejenigen Lichtstrahlen 16, welche in dem Teilbereich ABL sind, werden im weiteren Verlauf nach der Lichtsteuerungsvorrichtung 15 zu der Lichtfunktion Abblendlicht verarbeitet. Dies kann ebenfalls durch die Steuereinheit 12 oder auch durch eine weitere Steuereinheit in einem nachgelagerten Scheinwerfersystem erfolgen. Diese Beispiele zeigen, wie mithilfe der Lichtsteuerungsvorrichtung 15 das Licht der Lichtquelle 10 in mehrere Lichtfunktionen eingeteilt werden kann. Da das Ausleuchten der verschiedenen Teilbereiche aufgrund der Zuordnung der Teilbereiche zu ihrer jeweiligen Lichtfunktion bestimmt ist, kann die Lichtsteuerungsvorrichtung 15 durch entsprechendes Ablenken der Lichtstrahlen 16 die weitere Verarbeitung beziehungsweise Umsetzung der Lichtstrahlen 16 beeinflussen. Zusätzlich kann die Steuereinheit 12 die Lichtstärke der Lichtquelle 10 beeinflussen und somit auch die Lichtstärke der jeweiligen Lichtfunktionen.
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In 2 ist beispielhaft ein Querschnitt des in 1 gezeigten Bereichs dargestellt. In 2 ist der Bereich durch die Lichtstrahlen 16.1 sowie 16.4 begrenzt. Die in 2 gezeigten Teilbereiche FL, ABL und PR sind hier als Flächen dargestellt. Werden die ausgeleuchteten Teilbereiche auf eine Ebene projiziert, ergeben sich jeweils zu den Teilbereichen FL, ABL und PR dazugehörige Teilflächen. Das heißt eine der mehreren Lichtfunktionen kann direkt einer einzigen der Teilflächen zugeordnet werden. Dennoch wird vornehmlich von Teilbereichen gesprochen, wobei je nach Zusammenhang ein räumlicher Bereich oder eine Fläche gemeint sein kann. Diese unterschiedlichen Teilbereiche können anhand eines vertikalen Öffnungswinkels 21 definiert sein. Dies gilt analog für einen entsprechenden horizontalen Öffnungswinkel 20. Das von der Lichtemissionseinheit 11 ausgesandte Licht kann mit unterschiedlichen optischen Elementen in seiner Ausbreitungsrichtung gesteuert werden. So kann beispielsweise mit einer Blende oder einem System von mehreren Blenden das Licht einer punktförmigen Lichtquelle in ein paralleles, divergentes oder konvergentes Lichtbündel umgewandelt werden. Vorzugsweise kann die Steuereinheit 12 in diesem Fall nicht nur die Mikrospiegel 14, sondern darüber hinaus auch das Blendensystem steuern. Das heißt die Lichtsteuerungsvorrichtung 15 kann anstelle einer stationären Linse 13 ebenso dynamisch steuerbare optische Elemente, wie zum Beispiel das dargestellte Blendensystem aufweisen.
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Im Beispiel der 2 ist beispielsweise den vertikalen Öffnungswinkeln 21 0 bis -0,57 der Teilbereich FL zugeordnet. Im Bereich des vertikalen Öffnungswinkels 21 von -0,57 bis -1,2 ist in 2 der Teilbereich ABL dargestellt. Die verschiedenen Teilbereiche FL, ABL und PR können zusätzlich durch entsprechende horizontale Öffnungswinkel 20 bestimmt sein. So ist beispielsweise in der 2 im linken oberen Bereich anhand eines weiteren horizontalen Öffnungswinkels 22 ein zusätzlicher Teilbereich FL' dargestellt. Somit könnte durch entsprechende vertikale Öffnungswinkel 21 und horizontale Öffnungswinkel 20 der Bereich in ein schachbrettartiges Muster eingeteilt werden. In diesem Fall ist jedoch die Einteilung in die drei Teilbereiche FL, ABL und PR bereits ausreichend. Jedoch zeigt der neue Teilbereich FL` deutlich, dass die Lichtsteuerungsvorrichtung 15 neben diesen drei beispielhaft gezeigten Teilbereichen FL, ABL und PR prinzipiell viele weitere Teilbereiche erzeugen kann. Somit kann die Lichtsteuerungsvorrichtung 15 das von der Lichtemissionseinheit 11 abgestrahlte Licht deutlich mehr als drei Lichtfunktionen zuordnen.
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In 3 sind beispielhaft verschiedene Lichtverteilungen, die auch unterschiedlichen Lichtfunktionen resultieren, dargestellt. Allein 3 zeigt keine genauen Lichtverteilungen, sondern nur prinzipielle grundlegende beispielhafte Lichtverteilungen. In einem Teil 30 ist jener Bereich dargestellt, der durch ein LCD-Modul ausgeleuchtet werden kann. Jener Bereich, der durch ein DMD-Modul ausgeleuchtet werden kann, ist durch einen Bereich 33 dargestellt. Innerhalb dieses Bereichs 33 können beispielsweise durch die Mikrospiegel 14 die unterschiedlichen Lichtfunktionen Fernlicht, Abblendlicht und Projektionslicht umgesetzt beziehungsweise dargestellt werden. Dabei zeigt ein Bereich 31 eine grundlegende Lichtverteilung der Lichtfunktion Abblendlicht. Im Falle der Lichtfunktion Fernlicht wird der Bereich 31 durch einen weiteren Bereich 32 ergänzt. Diese beiden Bereiche 31 und 32 ergeben zusammen die Lichtfunktion Fernlicht. Würde beispielsweise in dem Bereich 33 nur der Teilbereich ABL ausgeleuchtet werden, so würde dies zu der Lichtverteilung des Abblendlichts, dargestellt durch den Bereich 31, führen. Würde zusätzlich der Teilbereich FL ausgeleuchtet werden, so ergäbe die entsprechend umgesetzte Lichtfunktion eine Lichtverteilung, welche die Bereiche 31 und 32 umfasst.
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Die vorangegangenen Ausführungen und Beispiele zeigten deutlich, dass mithilfe der Lichtsteuerungsvorrichtung 15 das Licht einer Lichtquelle 10 mehreren Lichtfunktionen zugeordnet werden kann. Damit kann es gelingen, die Lichtstrahlen 16 unterschiedlichen Lichtfunktionen zuzuordnen. Vereinfacht gesagt, kann das Licht der Lichtquelle 10 je nach Anforderungen unterschiedlich eingeteilt werden. Mithilfe der Lichtsteuerungsvorrichtung 15 kann weiterhin eine Trennung zwischen den einzelnen Lichtfunktionen gewährleistet werden. Zugleich kann diese Abtrennung zu den einzelnen Lichtfunktionen mithilfe eines einzigen Bauteils, der Lichtsteuerungsvorrichtung 15, erreicht werden. Somit kann die Zuverlässigkeit der einzelnen Lichtfunktionen weiterhin sichergestellt werden. Im Idealfall ist nur noch eine einzige Lichtquelle 10 sowie ein einziger Scheinwerfer nötig, um mehrere Lichtfunktionen realisieren zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015012416 A1 [0003]
- DE 102015013600 A1 [0004]
