-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Kommunikationsvorrichtung für ein Fahrzeug.
-
Das autonome Fahren wird in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Da von einem auf den anderen Moment aber nicht alle Fahrzeuge gleichzeitig autonom gesteuert werden und sich Motorräder, Fußgänger oder Radfahrer ebenfalls nicht autonom bewegen, wird es immer der Fall sein, dass autonome und nichtautonome Verkehrsteilnehmer gemeinsam im Straßenverkehr miteinander auskommen müssen. Dadurch, dass der Fahrzeuginsasse nicht mehr selbst die Steuerung des Fahrzeuges übernimmt, fällt die Kommunikation mit dem Fahrzeugführer weg. Diese ist jedoch insbesondere dann nötig, wenn unübersichtliche Verkehrssituationen ein Kommunizieren der beteiligten Fahrzeuge untereinander erfordern.
-
Mit der Einführung autonomer Fahrzeuge wird eine neue Art der Kommunikation zwischen autonomen Fahrzeugen und nichtautonomen Verkehrsteilnehmern im Straßenverkehr notwendig werden, da der Fahrzeuginsasse diese nicht mehr übernehmen kann. Grund hierfür ist, dass dieser kein aktiver Verkehrsteilnehmer mehr ist, sobald das Fahrzeug die Fahraufgabe selbst bewältigt. Im Zuge der Entwicklung des autonomen Fahrens werden Kommunikationsfunktionen zur besseren Verständigung zwischen Mensch und Maschine benötigt. Auch um die Kommunikation zwischen manuell, teilautonom und vollautonom gesteuerten Fahrzeugen zu verbessern, werden zusätzliche Funktionen benötigt.
-
Hinzu kommen Nachteile beziehungsweise Probleme, die während des autonomen Fahrens auftreten. Diese sind einerseits die mangelhafte Kommunikation zwischen Mensch und Maschine und andererseits das potenziell fehlende Vertrauen des Fahrers in vollautonome Vorgänge im Automobil, aus Angst, nicht in den Vorgang eingreifen zu können. Um diese Nachteile zu umgehen, sollten neue Kommunikationswege geschaffen werden, die bei verschiedenen Nutzungsszenarien des autonomen Fahrvorgangs eine Information der Fahrzeuginsassen ermöglichen. Andere Verkehrsteilnehmer sollten ebenfalls über die weitere Vorgehensweise eines autonom gesteuerten Fahrzeugs informiert werden. So sollten Informationen an die Fahrzeuginsassen und auch umliegende Verkehrsteilnehmer gegeben werden, um eine eineindeutige Situationsbeschreibung und ein Aktionsverständnis beim Menschen und den interpretierten Vorgängen bei der Maschine zu erreichen. Vielen Fahrern fehlt im Falle des (teil-) autonomen Fahrens aufgrund des Misstrauens in die Technik ein Rückmeldungskanal, um mit gutem Gewissen die Kontrolle beim autonomen Fahren aus der Hand zu geben.
-
Weiterhin wurden bei Entwicklung von autonomen Fahrzeugen bisher keine oder nur unzureichende Konzepte zur Integration in den Straßenverkehr erarbeitet, welche das Zusammenspiel, insbesondere die Kommunikation zwischen autonomen und nichtautonomen Verkehrsteilnehmern thematisieren. Es fehlt insbesondere die Rückmeldung an nichtautonome Verkehrsteilnehmer, dass ein autonomes Fahrzeug den Verkehrsteilnehmer detektiert hat und diesen entsprechend nach der Straßenverkehrsordnung behandeln wird. Dies bedeutet im Speziellen die Rückmeldung an das nichtautonome Fahrzeug, dass das autonome Fahrzeug Vorfahrt gewähren wird. Besonders in dem Fall, in dem keine eindeutige Vorfahrtsregelung vorherrscht, beispielsweise, wenn an einer rechts-vor-links Kreuzung an jeder der vier Einmündungen ein Fahrzeug wartet, bedarf es der Kommunikation untereinander, damit andere Verkehrsteilnehmer über die weitere Vorgehensweise eines autonom gesteuerten Fahrzeugs informiert werden.
-
Eine Kommunikationsvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der
DE 10 2014 226 254 A1 bekannt. Die darin beschriebene Kommunikationsvorrichtung kann beispielsweise Lichtsignale in Richtung auf einen Fußgänger senden. Die Lichtsignale können farbig sein, insbesondere rot und grün. Für die Erzeugung von Lichtsignalen in eine bestimmte Richtung kann die Kommunikationsvorrichtung Leuchtdioden (LED) umfassen.
-
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Kommunikationsvorrichtung der eingangs genannten Art, die effektiv Lichtsignale in unterschiedliche Richtungen ausgeben kann. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Kommunikationsvorrichtung angegeben werden.
-
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Kommunikationsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
-
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen spaltenweise ansteuerbare Beeinflussungsmittel umfassen, die selektiv mindestens einen Anteil des von der mindestens einen Lichtquelle ausgehenden Lichts so ablenken oder reflektieren können, dass der mindestens eine Anteil des Lichts aus der Kommunikationsvorrichtung austritt, wobei im Betrieb der Kommunikationsvorrichtung jeweils mindestens zwei Spalten der Beeinflussungsmittel so angesteuert werden, dass das von diesen Spalten abgelenkte oder reflektierte Licht aufgrund von Beugungseffekten in einer Richtung senkrecht zu den Spalten eine Beleuchtungsstärkeverteilung mit einem Maximum nullter Ordnung aufweist. Durch die spaltenweise ansteuerbaren Beeinflussungsmittel können mit einfachen Mitteln Lichtsignale in vorgegebene Richtungen ausgegeben werden. Die Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen können insbesondere in definierbare Raumwinkel charakteristische Lichtsignale abstrahlen und vorzugsweise ein eindeutiges Adressieren eines Beobachters realisieren. Durch die Ansteuerung mehrerer Spalten werden Beugungseffekte ausgenutzt, so dass ein insbesondere sehr schmales Maximum nullter Ordnung in der Beleuchtungsstärkeverteilung des von den Beeinflussungsmitteln ausgehenden Lichts erreicht werden kann. Dies führt dazu, dass die von der Kommunikationsvorrichtung adressierbaren Kanäle sehr schmal sein können.
-
Es besteht die Möglichkeit, dass die mindestens zwei im Betrieb der Kommunikationsvorrichtung angesteuerten Spalten zueinander beabstandet sind, insbesondere wobei bei mehr als zwei entsprechend angesteuerten Spalten die Abstände zwischen den angesteuerten Spalten gleich groß sind. Dadurch wird die Entstehung von Beugungseffekten, die zu einem schmalen Maximum nullter Ordnung führen, unterstützt.
-
Alternativ besteht durchaus auch die Möglichkeit, dass die mindestens zwei im Betrieb der Kommunikationsvorrichtung angesteuerten Spalten nicht zueinander beabstandet sind, sondern unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Auch dadurch kann ein Maximum in der Beleuchtungsstärkeverteilung des von den Beeinflussungsmitteln ausgehenden Lichts schmaler sein, als wenn nur eine einzige Spalte angesteuert wird. Dies insbesondere deshalb, weil bei der Ansteuerung lediglich einer sehr schmalen Spalte Beugungseffekte auftreten können, die zu einer Verbreiterung des Maximums in der Beleuchtungsstärkeverteilung führen.
-
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens drei, vorzugsweise fünf oder mehr, Spalten im Betrieb der Kommunikationsvorrichtung angesteuert werden. Durch die Erhöhung der Anzahl der entsprechend angesteuerten Spalten kann die Breite des Maximums nullter Ordnung verkleinert werden.
-
Es besteht die Möglichkeit, dass die Beeinflussungsmittel als digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD beziehungsweise Digital Micromirror Device) oder als LCoS (Liquid Crystal on Silicon) oder als LC-Display ausgebildet sind oder dass die Beeinflussungsmittel eine digitale Mikrospiegelvorrichtung oder ein LCoS oder ein LC-Display umfassen. Die vorgenannten Ausführungsformen der Beeinflussungsmittel ermöglichen die Ausbildung kleiner Adressierungssegmente, die auf sie auftreffendes Licht geeignet beeinflussen, insbesondere ablenken beziehungsweise reflektieren können.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen eine Auskoppeloptik umfassen, durch die im Betrieb der Kommunikationsvorrichtung der mindestens eine von den Beeinflussungsmitteln ausgehende Anteil des Lichts hindurch aus der Kommunikationsvorrichtung austritt, wobei die Auskoppeloptik insbesondere so gestaltet ist, dass ein erster Anteil und ein zweiter Anteil des Lichts, die sich nach Wechselwirkung mit den Beeinflussungsmitteln in die gleiche Richtung bewegen, nach Hindurchtritt durch die Auskoppeloptik in unterschiedliche Richtungen aus der Kommunikationsvorrichtung austreten. Es kann damit ein in einen definierbaren Raumwinkel charakteristisch abstrahlendes Lichtmodul geschaffen werden, das vorzugsweise ein eindeutiges Adressieren eines Beobachters ermöglicht, der das Lichtmodul daraufhin als selbstleuchtend wahrnimmt. Dieses Lichtmodul ermöglicht es insbesondere, in verschiedene Raumrichtungen verschieden farbige Lichtsignale zu übermitteln, so dass nur Verkehrsteilnehmer, die sich im entsprechenden Raumwinkel befinden, das Lichtsignal wahrnehmen können. Auch das parallele Ansteuern mehrerer Raumwinkel mit verschiedenen Informationen ist möglich. So erscheint das Lichtmodul je nach Betrachtungswinkel in verschiedenen Farben. Es besteht auch die Möglichkeit, gezielt Bereiche nicht zu adressieren.
-
Es besteht die Möglichkeit, dass die im Betrieb der Kommunikationsvorrichtung durch die Ansteuerung der mindestens zwei Spalten erzeugte Beleuchtungsstärkeverteilung in einer Richtung senkrecht zu den Spalten Maxima erster und minus erster Ordnung aufweist, die einen derartigen Abstand zu dem Maximum nullter Ordnung aufweisen, dass die den Maxima erster und minus erster Ordnung entsprechenden Anteile des Lichts nicht durch die Auskoppeloptik hindurch aus der Kommunikationsvorrichtung austreten. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Maxima erster und minus erster Ordnung sowie Maxima höherer Ordnungen das eindeutige Adressieren eines Beobachters stören.
-
Es besteht die Möglichkeit, dass die mindestens eine Lichtquelle eine Laserlichtquelle, insbesondere ein Halbleiterlaser, oder eine Leuchtdiode (LED) ist. Dadurch lassen sich die beispielsweise als digitale Mikrospiegelvorrichtung ausgebildeten Beeinflussungsmittel effektiv und gleichmäßig ausleuchten. Als Leuchtdiode kommt dabei insbesondere eine sehr gut kollimierte und kleine Leuchtdiode in Betracht.
-
Eine erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung kann den Vorteil bieten, dass sie vollständig auf kinetische Bauteile verzichtet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen nur einen sehr geringen Bauraum benötigen. Beispielsweise können die Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen lediglich zwei optische Komponenten aufweisen. Die Kommunikationsvorrichtung kann weiterhin ein geringes Gewicht aufweisen. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die Kommunikationsvorrichtung keine zusätzliche mechanische oder elektronische Blende benötigt.
-
Gemäß Anspruch 8 ist vorgesehen, dass die Kommunikationsvorrichtung Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen mit mindestens einer Lichtquelle und spaltenweise ansteuerbaren Beeinflussungsmitteln umfasst, wobei mindestens zwei Spalten der Beeinflussungsmittel so angesteuert werden, dass das von diesen Spalten abgelenkte oder reflektierte Licht aufgrund von Beugungseffekten in einer Richtung senkrecht zu den Spalten eine Beleuchtungsstärkeverteilung mit einem Maximum nullter Ordnung aufweist.
-
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform von Mitteln zur Erzeugung von Lichtsignalen einer erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung;
- 2 eine perspektivische Ansicht von Linsenmitteln einer erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung;
- 3 ein Detail gemäß dem Pfeil III in 2;
- 4 eine weitere perspektivische Ansicht der Linsenmittel gemäß 2;
- 5 einen Meridionalschnitt durch die Linsenmittel gemäß 2;
- 6 einen Sagittalschnitt durch die Linsenmittel gemäß 2;
- 7 einen Meridionalschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Linsenmittel;
- 8 einen Meridionalschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Linsenmittel;
- 9 einen Meridionalschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Linsenmittel;
- 10 einen Meridionalschnitt durch eine weitere Ausführungsform von Mitteln zur Erzeugung von Lichtsignalen einer erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung;
- 11 eine schematische Draufsicht auf ein Detail nicht erfindungsgemäß angesteuerter Beeinflussungsmittel;
- 12 eine schematische Draufsicht auf ein Detail erfindungsgemäß angesteuerter Beeinflussungsmittel;
- 13 Beleuchtungsstärkeverteilungen bei Ansteuerungen gemäß 11 und 12 sowie einen Meridionalschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Linsenmittel;
-
In den Figuren sind gleiche oder funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Bei den abgebildeten Ausführungsformen von Kommunikationsvorrichtungen und mit diesen ausgestatteten Fahrzeugen soll eine Kommunikation zwischen Mensch und Maschine bei der Integration von autonomen Fahrzeugen in das nichtautonome Verkehrsgeschehen ermöglicht werden. Insbesondere kann dabei ein einem Fahrzeug zur Verfügung stehendes, vollständiges Umgebungsmodell mit für die Fahraufgabe relevanten Informationen über Verkehrsteilnehmer und ihre Positionen sowie Intentionen vorausgesetzt werden.
-
Dafür kann eine Sensor-Daten-Fusion aus beliebigen Sensormitteln wie Radar, Lidar, Infrarotkamera, Kamera im sichtbaren Bereich oder Laserscanner sowie hinterlegtes Kartenmaterial verwendet werden. Eine Recheneinheit, die mit diesen Umfelddaten gespeist wird, kann ermitteln, in welchen Abstrahlwinkeln sich welcher Verkehrsteilnehmer aufhält und ob eine Kommunikation zur Verständigung und besseren Bewältigung einer bevorstehenden Verkehrssituation notwendig wird. Notwendige Abstrahlwinkel für Lichtsignale mit entsprechender Farbgebung werden nun über ein fahrzeuginternes Netzwerk transportiert und an die beispielsweise als Lichtmodul ausgebildeten Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen übermittelt. Dieses Lichtmodul ermöglicht es, in verschiedene Richtungen verschiedene Lichtsignale zu übermitteln, so dass nur Verkehrsteilnehmer, die sich in entsprechenden Raumwinkeln befinden, das Lichtsignal wahrnehmen können. Auch das parallele Ansteuern mehrerer Raumwinkel mit verschiedenen Informationen ist möglich. So erscheint das Lichtmodul je nach Betrachtungswinkel in verschiedenen Farben. Grün kann dabei signalisieren, dass das autonome Fahrzeug den entsprechenden Verkehrsteilnehmer detektiert hat. Rot kann dafür stehen, dass der Verkehrsteilnehmer detektiert wurde, aber er dem autonomen Fahrzeug Vorfahrt zu gewähren hat. Soll eine Person, die im Rahmen des Carsharings in das autonome Fahrzeug zusteigen muss, auf das richtige Fahrzeug, in das sie einsteigen möchte, hingewiesen werden, gibt das Lichtmodul die Möglichkeit, die Person gezielt mit einem Lichtsignal anzusprechen. Es kann vorgesehen sein, neben Carsharing-Funktionen auch Begrüßungs- oder Goodbye-Funktionen zu integrieren.
-
Das Lichtmodul lässt sich dabei an einer beliebigen Stelle am Fahrzeug platzieren. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise in der Platzierung an der A-, B- oder C- bzw. D-Säule. Aber auch das Aufteilen der zu bedienenden Raumwinkel in zwei oder mehrere Lichtmodule, so dass beispielsweise jeweils ein 90°-Bereich abgedeckt werden kann, ist hierbei denkbar.
-
Es besteht auch die Möglichkeit, die Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen im Fahrzeug vorne, beispielsweise im oberen Bereich der Windschutzscheibe anzuordnen. Alternativ können die Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen auch im oberen Bereich des Hecks des Fahrzeugs angeordnet werden. Weitere Unterbringungsmöglichkeiten sind eine Platzierung im Scheinwerfer oder im Radkasten, was insbesondere in der Nacht vorteilhaft ist. Der Blick eines Fußgängers ist nachts nämlich nicht mehr unbedingt auf den Fahrer gerichtet, weil dieser sich in der Regel im Dunklen befindet.
-
Die in 1 abgebildete Ausführungsform von Mitteln zur Erzeugung von Lichtsignalen einer erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle 1. Es besteht durchaus die Möglichkeit, zwei Lichtquellen vorzusehen, von denen beispielsweise eine rotes und eine andere grünes Licht aussenden kann. Die mindestens eine Lichtquelle 1 kann beispielsweise als Laserlichtquelle ausgebildet sein. Auch andere geeignete Lichtquellen sind möglich. Der mindestens Lichtquelle 1 ist eine nicht abgebildete Kollimationsoptik zugeordnet, die das von der mindestens einen Lichtquelle 1 ausgehende Licht 3 kollimiert.
-
Die in 1 abgebildete Ausführungsform von Mitteln zur Erzeugung von Lichtsignalen umfasst weiterhin eine als Beeinflussungsmittel dienende digitale Mikrospiegelvorrichtung 5 (DMD). Das von der Lichtquelle 1 ausgehende Licht 3 wird von den Kollimationsoptiken so geformt, dass es die aktive Fläche 6 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 im Wesentlichen vollständig ausleuchtet (dies ist in 1 lediglich schematisch angedeutet).
-
Es besteht durchaus die Möglichkeit anstelle einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung ein LCoS oder ein LC-Display zu verwenden.
-
In an sich bekannter Weise weist die digitale Mikrospiegelvorrichtung 5 eine Vielzahl von nicht abgebildeten Spiegelelementen auf, die jeweils einzeln oder in Gruppen zwischen zwei stabilen Zuständen hin und her bewegt werden können. In einem ersten Zustand findet eine Auskopplung in einen der Lichtquelle 1 zugeordneten Absorber 7 statt. In dem anderen Zustand wird das Licht 3 in Richtung auf eine in den 1 lediglich schematisch angedeutete Auskoppeloptik 9 reflektiert, durch die das Licht 3 hindurchtreten kann.
-
Dank der selektiven Ansteuerung jedes einzelnen Spiegelelements der digitale Mikrospiegelvorrichtung 5 ist eine Segmentierung des einfallenden Strahlenbündels möglich. Für die Segmentierung kann das Spiegelarray insbesondere spaltenweise geschaltet werden. Eine Spaltenreihe entspricht dabei einem adressierten Beleuchtungskanal im Fahrzeugaußenbereich.
-
Beispielsweise können die beiden stabilen Zustände eines jeden der Spiegelelemente durch ein Verkippen um +12° und ein Verkippen um -12° erreicht werden. In dem im 1 abgebildeten Aufbau wird das kollimierte Licht 3 in einem Winkel α von +24° zum Einfallslot auf der aktiven Fläche 6 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 eingekoppelt, so dass das reflektierte Licht 10 orthogonal zur aktiven Fläche 6 der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 reflektiert wird. Dadurch besteht beispielsweise auch die Möglichkeit, von beiden Seiten der Kippachse der Spiegelelemente Licht mit zwei verschiedenen Wellenlängen einzukoppeln.
-
2 bis 6 verdeutlichen die Auskoppeloptik 9. Diese umfasst erste Linsenmittel 11 und zweite Linsenmittel 12, durch die das reflektierte Licht 10 nacheinander hindurchtritt. Dabei sind die ersten Linsenmittel 11 an einem ersten zumindest abschnittsweise transparenten Substrat und die zweiten Linsenmittel 12 an einem zweiten zumindest abschnittsweise transparenten Substrat ausgebildet.
-
Die ersten Linsenmittel 11 weisen auf ihrer Eintrittsfläche eine Zylinderlinse 13 auf, deren Zylinderachse sich in sagittaler Richtung beziehungsweise in vertikaler Richtung in 2 erstreckt. Die Zylinderlinse 13 kann asphärisch ausgebildet sein. Die Austrittsfläche der ersten Linsenmittel 11 ist plan. Durch die Gestaltung der Zylinderlinse 13 wird das durch die ersten Linsenmittel 11 hindurchtretende Licht nur in meridionaler Richtung beziehungsweise nur in horizontaler Richtung in 2 abgelenkt, wohingegen es in sagittaler Richtung beziehungsweise in vertikaler Richtung in 2 unabgelenkt durch die ersten Linsenmittel 11 hindurch verläuft.
-
Die zweiten Linsenmittel 12 weisen auf ihrer Eintrittsfläche eine teiltorusförmige Linse 14 sowie auf ihrer Austrittsfläche eine teiltorusförmige Linse 15 auf, wobei die Tori der Linsen 14, 15 konzentrisch zueinander sind. Die Umfangsrichtung der Tori dieser Linsen 14, 15 erstreckt sich in einer meridionalen Ebene beziehungsweise in der horizontalen Ebene in 2. Durch die Gestaltung der Linsen 14, 15 wird das durch die zweiten Linsenmittel 12 hindurchtretende Licht nur in sagittaler Richtung beziehungsweise in nur vertikaler Richtung in 2 abgelenkt, wohingegen es in meridionaler Richtung beziehungsweise in horizontaler Richtung in 2 unabgelenkt durch die zweiten Linsenmittel 12 hindurch verläuft (siehe dazu auch 10).
-
Das von der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 auf die Zylinderlinse 13 reflektierte Licht 10, wird von dieser durch einen örtlich abhängigen Einfallswinkel in den gewünschten horizontalen Ablenkungswinkel gebrochen. Jedem Adressierungskanal der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 ist somit insbesondere ein anderer Einfallswinkel auf der Linsenoberfläche zugeordnet.
-
Dies ist in 10 für zwei unterschiedliche Anteile 10a, 10b des Lichts 10 verdeutlicht, die von unterschiedlichen Spalten von Spiegelelementen ausgehen. Der näher am Scheitelpunkt der Zylinderlinse 13 auftreffende Anteil 10a wird horizontal weniger stark abgelenkt als der näher am Rand der Zylinderlinse 13 auftreffende Anteil 10b.
-
Aufgrund der spiegelsymmetrischen Anordnung entsteht in Summe aller Einfallswinkel der ersten Linsenmittel 11 eine asphärisch geformte Zylinderlinse 13. Dabei ist diese genau so gestaltet, dass jedem Adressierungskanal genau ein Beleuchtungskanal im Beleuchtungsraum zugeordnet ist. Somit entstehen eine lückenlose Ausleuchtung des Beleuchtungsraums und eine homogene Verteilung aller Beleuchtungskanäle.
-
In 1 ist somit oberhalb der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 in Auskoppelrichtung des reflektierten Lichts 10 die Zylinderlinse 13 mit einer asphärischen Fläche angeordnet, die die kollimierten Strahlen je nach Abstand zur optischen Achse (der Pupillenhöhe), die in 1 in die Bildebene hineinläuft, in einem angepassten Winkel derart bricht, dass eine Gleichverteilung aller reflektierten Strahlenbündel auf einem definierten Öffnungswinkel der Gesamtoptik geschaffen wird.
-
Das optische System weist also einem Strahl mit einer gegebenen Strahlhöhe einen bestimmten Ablenkungswinkel zu. Am Kraftfahrzeug bedeutet dies, dass durch Wahl der Spalten einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 ein gerichteter Spot in verschiedene Bereiche der Horizontalen abgelenkt werden kann.
-
Die Linsen 14, 15 der zweiten Linsenmittel 12 sind in der meridionalen Ebene konzentrisch zu dem Mittelpunkt der Austrittsfläche der ersten Linsenmittel 11 angeordnet. Dadurch trifft das von der Austrittsfläche der ersten Linsenmittel 11 ausgehende Licht im Wesentlichen in radialer Richtung auf die teiltorusförmigen Oberflächen der Linsen 14, 15. Dies hat zur Folge, dass die Linsen 14, 15 die horizontale Verteilung des durch die Linsenmittel 11, 12 hindurchtretenden Lichts nicht beeinflussen (siehe dazu 10).
-
Die Linse 14 ist dabei in sagittaler Richtung weniger ausgedehnt als die Linse 15, wobei die Linsen 14, 15 insbesondere wie ein Teleskop das durch sie hindurchtretende Licht in sagittaler Richtung aufweiten. In der sagittalen Richtung sorgen die zweiten Linsenmittel 12 vorzugsweise für die geforderte Aufweitung des Lichts beziehungsweise des Strahlenbündels auf einen Öffnungswinkel von beispielsweise 90°. Die Geometrie der Linsen wird so abgestimmt, dass dabei die Kanalbreite b in einer Entfernung E von 25 m den Anforderungen entspricht, insbesondere dass b etwa gleich 10 cm ist (siehe dazu 10).
-
Die Linse 14 auf der Eintrittsfläche der zweiten Linsenmittel 12 weist eine aus 3 ersichtliche Struktur 16 auf. Diese besteht aus einer Vielzahl zueinander paralleler Nuten, die sich in Umfangsrichtung des Torus der zweiten Linsenmittel 12 erstrecken. Die Struktur 16 führt zu einer vertikalen nicht jedoch zu einer horizontalen Streuung des durch die Linse 14 hindurchtretenden Lichts. Somit trifft nicht nur der Punkt auf die Netzhaut eines sich außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Betrachters, der auf der optischen Achse zwischen Auge und Leuchtmodul liegt, sondern auch je ein weiterer Punkt pro Nut der Struktur 16. Die Summe aller Punkte führt dazu, dass der Betrachter eine Linie und nicht nur einen Punkt als sichtbare Fläche wahrnimmt.
-
Alternativ kann vorgesehen sein, die zweiten Linsenmittel 12 keine Struktur 16 aufweisen. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die zweiten Linsenmittel 12 das Licht in der Vertikalen auffächern, ähnlich wie die ersten Linsenmittel 11 das Licht in der Horizontalen auffächern. Dadurch wird die Kommunikationsvorrichtung in die Lage versetzt, zusätzlich zur horizontalen Auflösung auch in der Vertikalen aufzulösen.
-
Das Licht 10, das über geschaltete Spalten von Spiegelelementen der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 in Richtung auf die Auskoppeloptik gelenkt wird, verläuft in der Normalen zur digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 und trifft an einer bestimmten Stelle auf die ersten Linsenmittel 11. Die ersten Linsenmittel 11 sind so ausgelegt, dass sie diesen Anteil des Lichts 10 an dieser Stelle um einen vorgegebenen Winkel ablenken. Dabei wird zwar der auf die ersten Linsenmittel 11 auftreffende Anteil des Lichts 10 abgelenkt, dabei aber die Divergenz dieses Anteils nicht verändert. Die Höhe des Querschnitts des abgelenkten Anteils des Lichts entspricht auch nach Durchlaufen der ersten Linsenmittel 11 weiterhin der Spaltenhöhe der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5.
-
Damit dieser Querschnitt auch aus verschiedenen vertikalen Betrachtungshöhen eines bestimmten Winkelbereichs am Fahrzeug gesehen werden kann, sind die zweiten Linsenmittel 12 vorgesehen. Diese dienen dazu, den Querschnitt zusätzlich in der Vertikalen aufzuweiten. Bei dem Hindurchtritt durch die zweiten Linsenmittel 12 wird die zuvor erreichte horizontale Abstrahlcharakteristik nicht beeinflusst (siehe dazu auch 10).
-
Anders als es beispielsweise über einen Reflektor möglich wäre, wird bei den abgebildeten Ausführungsformen der Mittel zur Erzeugung von Lichtsignalen eine Funktionsteilung zwischen vertikaler und horizontaler Strahlverteilung auf getrennten optischen Substraten geschaffen, die große Vorteile bietet. Insbesondere erfolgt durch die konzentrische Anordnung im Meridionalschnitt keine Änderung der horizontalen Strahlverteilung durch die zweiten Linsenmittel 12.
-
Damit lässt sich nicht nur die Geometrie der zweiten Linsenmittel 12 im Sagittalschnitt individuell anpassen und modifizieren beispielsweise bei einer Änderung des vertikalen Öffnungswinkels oder der streuenden Struktur, sondern auch deren Größe. Eine individuelle Anpassung des Gesamtsystems an die Anforderungen an Bauraum, Design und Systembedingungen ist somit nun möglich. Dies wird durch die unterschiedliche Größenverhältnisse aufweisenden Linsenmittel 11, 12 der Auskoppeloptiken 9 in den 7 bis 9 verdeutlicht.
-
Das System benötigt einen hohen Grad an Kollimation des verwendeten kollimierten Lichts, insbesondere des verwendeten Laserlichts. Da dieses Laserlicht jedoch auf die Diagonale des Adressierungssegments beziehungsweise der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 aufgeweitet werden muss, ohne die Kollimation zu verlieren, sind vergleichsweise kleine Adressierungssegmente beziehungsweise Spiegelelemente notwendig, weil ansonsten eine zu große Kollimationsoptik für die Laserstrahlung verwendet werden muss. Diese Kollimationsoptik muss zudem die Laserstrahlung größer aufweiten als geometrisch benötigt, da die gaußförmige Intensitätsverteilung eines Laserstrahls sonst zu einer sehr inhomogenen Ausleuchtung des Adressierungssegments führen würde.
-
Aufgrund der wellenlängenabhängigen Brechung sollte zudem die Anzahl der Kanäle des Adressierungssegments größer gewählt werden als gefordert. Damit beschränkt sich die Auswahl der Adressierungssegmente auf digitale Mikrospiegelvorrichtungen (DMD), LcOS und LC-Displays mit kleiner Diagonale und hoher Kanalanzahl.
-
11 zeigt einen Ausschnitt einer aktiven Fläche 6 einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5, bei der lediglich eine Spalte 8 so angesteuert ist, dass sie das Licht 3 in Richtung auf die Auskoppeloptik 9 reflektiert. Weil die Spalte 8 aufgrund der vergleichsweise kleinen Spiegelelemente sehr schmal ist, treten an ihr Beugungseffekte auf.
-
13 zeigt schematisch eine Beleuchtungsstärkeverteilung 2 des an der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 reflektierten Lichts 3, wobei bei der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 lediglich eine Spalte 8 wie in 11 angedeutet angesteuert wird. Es zeigt sich, dass aufgrund von Beugungseffekten ein sehr breites Maximum entsteht, so dass die Kanalbreite b nach dem Austritt aus der Kommunikationsvorrichtung entsprechend groß ist.
-
12 zeigt einen Ausschnitt einer aktiven Fläche 6 einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5, bei der mehrere zueinander beabstandete Spalten 8, insbesondere fünf Spalten 8, so angesteuert werden, dass sie das Licht 3 in Richtung auf die Auskoppeloptik 9 reflektieren. Dabei ist jeweils zwischen zwei angesteuerten, auf die Auskoppeloptik 9 reflektierenden Spalten 8 eine Spalte 8' vorgesehen, die so angesteuert wird, dass sie das Licht 3 nicht in Richtung auf die Auskoppeloptik 9, sondern in den Absorber 7 reflektiert. Der Abstand zwischen den zur Reflexion auf die Auskoppeloptik beitragenden Spalten 8 ist somit jeweils gleich groß.
-
13 zeigt schematisch eine Beleuchtungsstärkeverteilung 4 des an der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 reflektierten Lichts 3, wobei bei der digitalen Mikrospiegelvorrichtung 5 eine Mehrzahl von Spalten 8 wie in 12 angedeutet angesteuert wird. Es zeigt sich, dass aufgrund von Beugungseffekten ein sehr schmales Maximum 40 nullter Ordnung entsteht, so dass die Kanalbreite b nach dem Austritt aus der Kommunikationsvorrichtung entsprechend klein ist.
-
Weiterhin zeigt sich, dass der Abstand a des Maximums 40 nullter Ordnung zu dem Maximum 4+1 erster und dem Maximum 4-1 minus erster Ordnung so groß ist, dass lediglich der auf das Maximum 40 nullter Ordnung entfallende Lichtanteil in die ersten Linsenmittel 11 eintritt und von diesen aus der Kommunikationsvorrichtung ausgekoppelt wird. Die Anteile höherer Ordnungen der Beleuchtungsstärkeverteilung 4 tragen somit nicht zu dem aus der Kommunikationsvorrichtung austretenden Licht 10 bei, so dass die Kanalbreite b den Anforderungen entspricht, insbesondere dass b etwa gleich 10 cm ist (siehe dazu auch 10).
-
Es besteht durchaus die Möglichkeit, andere Anzahlen von Spalten 8 so anzusteuern, dass sie das Licht 3 in Richtung auf die Auskoppeloptik 9 reflektieren. Die Anzahl der entsprechend angesteuerten Spalten kann beispielsweise drei oder sieben oder größer aber auch zwei oder vier oder größer sein.
-
Wenn ein anderer Kanal als der in 12 und 13 angedeutete mittige Kanal ausgewählt werden soll, werden entsprechend andere Spalten angesteuert. Wenn beispielsweise der rechts neben dem mittigen Kanal angeordnete Kanal ausgewählt werden soll, werden die rechts neben den in 12 angedeuteten angesteuerten Spalten 8 angeordneten Spalten 8' so angesteuert, dass sie das Licht 3 in Richtung auf die Auskoppeloptik 9 reflektieren.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lichtquelle
- 2
- Beleuchtungsstärkeverteilung
- 3
- von der Lichtquelle ausgehendes Licht
- 4
- Beleuchtungsstärkeverteilung
- 40
- Maximum nullter Ordnung
- 4+1
- Maximum erster Ordnung
- 4-1
- Maximum minus erster Ordnung
- 5
- digitale Mikrospiegelvorrichtung
- 6
- aktive Fläche der digitalen Mikrospiegelvorrichtung
- 7
- Absorber der Lichtquelle
- 8, 8'
- Spalten der digitalen Mikrospiegelvorrichtung
- 9
- Auskoppeloptik
- 10
- von der digitalen Mikrospiegelvorrichtung reflektiertes Licht
- 10a
- Anteil des Lichts 10
- 10b
- Anteil des Lichts 10
- 11
- erste Linsenmittel
- 12
- zweite Linsenmittel
- 13
- Zylinderlinse der ersten Linsenmittel
- 14
- teiltorusförmige Linse auf der Eintrittsfläche der zweiten Linsenmittel
- 15
- teiltorusförmige Linse auf der Austrittsfläche der zweiten Linsenmittel
- 16
- Struktur auf der Eintrittsfläche der zweiten Linsenmittel
- b
- Kanalbreite in einer Entfernung von 25 m
- E
- Entfernung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014226254 A1 [0006]
