DE102018113829A1

DE102018113829A1 - Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung sowie Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018113829A1
Application number: DE102018113829.6A
Authority: DE
Inventors: Henrik Hesse; Christian Hüster
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung, wobei Lichtquellen (2) einer Lichtquelleneinheit (1) angesteuert werden, so dass durch Dimmen der Lichtquellen (2) eine berechnete Gesamtlichtverteilung (L) einer vorgegebenen Solllichtverteilung (L) angenähert wird, wobei bei Änderung der Solllichtverteilung (L) die Annäherung der berechneten Gesamtlichtverteilung (L) an die Solllichtverteilung (L) ausschließlich durch Dimmen derjenigen Lichtquellen (2) erfolgt, deren Licht in dem Raumwinkelbereich der Solllichtverteilung (L) geführt wird, in dem sich die Beleuchtungsstärke verändern soll.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung, wobei Lichtquellen einer Lichtquelleneinheit angesteuert werden, so dass durch Dimmen der Lichtquellen eine berechnete Gesamtlichtverteilung einer vorgegebenen Solllichtverteilung angenähert wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge enthaltend eine Lichtquelleneinheit mit einer Anzahl von einzeln ansteuerbaren Lichtquellen, eine lichtstromabwärts zu der Lichtquelleneinheit angeordnete Primäroptikeinheit eine lichtstromabwärts zu der Primäroptikeinheit angeordnete Blendeneinheit mit einer Anzahl von einzeln ansteuerbaren Blendenelementen, eine lichtstromabwärts zu der Blendeneinheit angeordnete Sekundäroptikeinheit, mittels derer ein von der Blendeneinheit abgegebenes Lichtfeld abbildbar ist zu einer vorgegebenen Solllichtverteilung, eine Ansteuereinheit zur Bestimmung von Einstellwerten für die Lichtquellen und die Blendenelemente entsprechend einer berechneten Gesamtlichtverteilung, die einer vorgegebenen Solllichtverteilung angenähert ausgebildet sein soll.
Aus der DE 10 2013 020 549 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die eine Lichtquelleneinheit, eine Primäroptikeinheit, eine Blendeneinheit sowie eine Sekundäroptikeinheit umfasst. Die Lichtquelleneinheit weist ein Lichtquellenfeld mit einer Mehrzahl von Lichtquellen auf, die matrixartig angeordnet sind. Die Blendeneinheit weist eine Mehrzahl von einzeln ansteuerbaren Blendenelementen auf, die in einem Blendenfeld matrixartig angeordnet sind. Während die Lichtquelleneinheit das für eine vorgegebene Lichtverteilung notwendige Licht bereitstellt, blendet die Blendeneinheit Bereiche des von der Lichtquelleneinheit bereitgestellten Lichtes aus, welches nicht für die Lichtverteilung genutzt werden soll. Um die Energieeffizienz der Beleuchtungsvorrichtung zu verbessern, sieht die bekannte Beleuchtungsvorrichtung vor, dass die Lichtquellen des Lichtquellenfeldes einzeln ansteuerbar sind, so dass nur die diejenigen Lichtquellen eingeschaltet werden, die zum Erzeugen der Lichtverteilung benötigt werden. Die bekannte Beleuchtungsvorrichtung ist zur Erzeugung von relativ breiten Lichtverteilungen, wie Abblendlicht- oder Fernlichtverteilungen, vorgesehen.
Aus der DE 10 2016 002 558 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelleneinheit, einer Primäroptikeinheit, einer Blendeneinheit sowie einer Sekundäreinheit bekannt, mittels derer eine vorgegebene Lichtverteilung eines Scheinwerfers erzeugbar ist. Die Lichtquelleneinheit umfasste eine Lichtquelle, die eine Lichtverteilung entsprechend einer gaußschen Beleuchtungsstärkekurve erzeugt. Die Lichtquelle wird mittels einer Ansteuereinheit maximal angesteuert und dann heruntergedimmt, bis eine Soll-Lichtverteilung für die gewünschte Lichtfunktion erreicht ist. Umfasst die Lichtquelleneinheit mehrere Lichtquellen, werden die einzelnen Lichtquellen maximal angesteuert, so dass sich eine berechnete Gesamt-Lichtverteilung ergibt. Diese gaußsche Kurve erfährt dann durch Herunterdimmen der Lichtquellen einen immer flacheren Verlauf, bis die Soll-Lichtverteilung erreicht ist. Die gewünschte Soll-Lichtverteilung wird somit durch gleichmäßiges Herunterdimmen aller Lichtquellen erreicht. Bezüglich einer homogenen Lichtverteilung ermöglicht das bekannte Verfahren einen energieeffizienten Einsatz der Lichtquellen, d. h. es wird nicht mehr Lichtenergie erzeugt als notwendig ist. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist jedoch, dass die Energieeffizienz bei inhomogenen Lichtverteilungen bzw. lokal sich ändernden Lichtverteilungen, wie beispielsweise bei einem dynamischen Fernlicht oder der Integration einer Lichtfunktion in einer vorhandenen Lichtverteilung, vergleichsweise gering ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung und eine Beleuchtungsvorrichtung derart anzugeben, dass die Energieeffizienz auch bei Erzeugung von dynamischen Lichtverteilungen oder zeitlich begrenzt aktivierten Lichtfunktionen verbessert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung der Solllichtverteilung die Annäherung der berechneten Gesamtlichtverteilung an die Solllichtverteilung ausschließlich durch Dimmen derjenigen Lichtquellen erfolgt, deren Licht in dem Raumwinkelbereich der Solllichtverteilung geführt wird, in dem sich die Beleuchtungsstärke verändern soll.
Nach der Erfindung erfolgt eine partielle Ansteuerung der Lichtquellen, wenn eine bereits eingestellte Soll-Lichtverteilung aufgrund geänderter Umgebungs- oder Fahrzeugparameter verändert werden soll; beispielsweise bei einem dynamischen Fernlicht, demgemäß ein entgegenkommender Verkehrsteilnehmer ortsabhängig ausgeblendet werden soll oder bei Integration eines Markierungslichtes, Begegnungslichtes, Fahrspurmarkierungslichtes oder dergleichen in eine vorhandene Abblendlichtverteilung. Es werden nur diejenigen Lichtquellen angesteuert, deren emittiertes Licht in den Raumwinkelbereich der Soll-Lichtverteilung geführt wird, in dem die Beleuchtungsstärke angepasst bzw. modifiziert werden soll. Vorteilhaft kann hierdurch eine bessere Anpassung der erzeugten Gesamt-Lichtverteilung an die vorgegebene Soll-Lichtverteilung erfolgen, wobei die Soll-Lichtverteilung in der Regel nicht die Form einer gaußschen Kurve aufweist, sondern vorzugsweise mehrere lokale Maxima aufweist. Vorteilhaft kann sowohl die Energieeffizienz verbessert als auch der Ansteuerungsaufwand reduziert werden, da die Lichtquelleneinheit nur partiell angesteuert werden muss. Demnach muss in der Regel nur ein Teil der Lichtquellen auf- oder abgedimmt werden, während ein anderer Teil der Lichtquellen die gleiche Lichtleistung abgibt, d. h. bei Änderung der Soll-Lichtverteilung geben diese Lichtquellen die gleiche Lichtleistung ab.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Erzeugung von dynamischen Lichtverteilungen, die beispielsweise abhängig sind von einer Straßenbreite oder Anzahl der Fahrspuren, Beleuchtungsstärkewerte in definierten Teilbereichen der Soll-Lichtverteilung ermittelt. In Abhängigkeit von den Beleuchtungsstärken in den Teilbereichen werden dann die Lichtquellen ermittelt, die zur Bereitstellung des Lichtes in den jeweiligen Teilbereichen verantwortlich sind. Es werden dann die entsprechenden Einstellwerte zur Ansteuerung der Lichtquellen berechnet und die Lichtwerte der Lichtquellen überlagert, so dass eine resultierende Gesamt-Lichtverteilung berechnet wird. Diese wird mit der Soll-Lichtverteilung verglichen. Beispielsweise kann durch ein iteratives Optimierungsverfahren die Differenz zwischen der Soll-Lichtverteilung und der berechneten Gesamt-Lichtverteilung minimiert werden. Liegt die Abweichung der berechneten Gesamtlichtverteilung zu der Soll-Lichtverteilung unterhalb einer vorgegebenen betragsmäßig maximalen Abstandsschwelle, sind die Einstellwerte für die Lichtquellen zur Erzeugung der berechneten Gesamtlichtverteilung bestimmt, so dass abschließend die Lichtquellen und vorzugsweise Blendenelemente einer Blendeneinheit entsprechend der berechneten Einstellwerte angesteuert werden. Vorteilhaft kann hierdurch stets eine optimale Energieeffizienz der Lichtquellen bei sich verändernden Lichtverteilungen erzielt werden. Vorteilhaft ist ferner, dass der Speicheraufwand relativ gering ist, da nur die Daten der einzelnen Lichtquellen abgespeichert werden müssen. Wenn die Lichtquellen gleich ausgebildet sind, lässt sich der Speicheraufwand weiter reduzieren.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die bereits eingestellte Soll-Lichtverteilung eine Grundlichtverteilung, wie beispielsweise eine Abblendlichtverteilung. Soll in diese Grundlichtverteilung eine Zusatz-Lichtfunktion, wie beispielsweise ein Begegnungs- oder Markierungslicht, zeitweise integriert werden, erfolgt eine Neuberechnung der Soll-Lichtverteilung, wobei bei Änderung der Soll-Lichtverteilung eine geänderte Ansteuerung nur solcher Lichtquellen erfolgt, die das Licht für den Teilbereich zur Verfügung stellen, in dem sich die Beleuchtungsstärkenwerte der Soll-Lichtverteilung verändert. Die Anpassung der Soll-Lichtverteilung erfolgt somit unter partieller Ansteuerung der Lichtquellen.
Nach der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Einstellwerte für die einzelnen Lichtquellen und/oder der einzelnen Blendenwerte jeweils unabhängig voneinander. Ein erster Teil der Lichtquellen wird mit einem geänderten Ansteuerungssignal beaufschlagt. Ein zweiter Teil der Lichtquellen wird mit dem gleichen Ansteuerungssignal beaufschlagt. Der erste Teil der Lichtquellen wird beispielsweise aufgehellt bzw. aufgedimmt, wenn eine Markierungslichtfunktion als Zusatzlichtfunktion erzeugt werden soll. Ein erster Teil der Lichtquellen wird abgedimmt bzw. abgedunkelt angesteuert, wenn bei einer Fernlichtverteilung ein Verkehrsteilnehmer ausgeblendet werden soll.
Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Gesamtlichtverteilung eine Mehrzahl von durch unabhängige Ansteuerung der Lichtquellen erzeugte Teilbereiche aufweist, wobei die Einstellwerte für die Ansteuerung der Lichtquellen in Abhängigkeit von für die jeweiligen Teilbereiche der Solllichtverteilung vorgegebenen Beleuchtungsstärken und/oder Beleuchtungsstärkeänderungen ermittelt werden.
Nach der Erfindung erfolgt eine Berechnung der vorgegebenen Gesamt-Lichtverteilung durch Überlagerung von jeweils mittels der einzelnen Lichtquellen erzeugten Einzel-Lichtverteilungen, wobei die Einzel-Lichtverteilungen eine unterschiedliche Form und/oder Beleuchtungsstärkemaxima aufweisen. Einstellwerte für die Ansteuerung der Lichtquellen und somit die hierdurch erzeugten Einzel-Lichtverteilungen der Lichtquellen sind abhängig von Beleuchtungsstärkewerten in Teilbereichen einer Soll-Lichtverteilung, an der sich die berechnete Gesamt-Lichtverteilung annähern soll. Weist ein Teilbereich der Soll-Lichtverteilung aufgrund der Aktivierung einer Zusatzlichtfunktion, wie beispielsweise einer Markierungslichtfunktion, im Vergleich zu benachbarten Teilbereichen eine höhere Beleuchtungsstärke auf, werden nur diejenigen Lichtquellen aufgehellt, deren emittiertes Licht in den Teilbereich der Zusatzlichtfunktion geführt wird. Die Einstellwerte der Lichtquellen, deren Licht in die benachbarten Teilbereiche geführt wird, bleiben unverändert. Vorteilhaft kann durch partiell aktivierte Ansteuerung der Lichtquellen eine Optimierung der Energieeffizienz insbesondere auch bei dynamischen Lichtverteilungen erreicht werden. Es wird somit partiell über die gesamte Lichtverteilung nur so viel Licht zur Verfügung gestellt, wie benötigt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind bei Änderung der Soll-Lichtverteilung nur solche Lichtquellen ansteuerbar, deren emittiertes Licht durch eine Optikeinheit in den Teilbereich der zu ändernden Soll-Lichtverteilung geführt wird, in dem sich die Beleuchtungsstärkewerte ändern sollen. Es erfolgt somit eine partielle Ansteuerung der Lichtquelleneinheit in Abhängigkeit von dem Ort der Zusatzlichtfunktion innerhalb der bereits erzeugten Grundlichtverteilung.
Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte energieeffizientere Ansteuerung der Lichtquelleneinheit.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Lichtquellen und/oder die Blendenelemente in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Fahrzeugs angesteuert Vorteilhaft kann hierdurch der Komfort für den Fahrer verbessert werden, so dass beispielsweise bei höherer Fahrgeschwindigkeit die Lichtfunktion, insbesondere Zusatzlichtfunktion, lichtintensiver und/oder größer dimensioniert sein kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Blendeneinheit als eine Flüssigkristall-Einheit ausgebildet mit einem Feld von Flüssigkristallelementen. Vorteilhaft kann durch Ansteuerung der Flüssigkristallelemente eine Lichtbegrenzung auf ein bestimmtes Lichtfeld der Blendeneinheit erfolgen, welches durch Sekundäroptikeinheit auf dem Messschirm bzw. die Straße abgebildet wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Anzahl der Blendenelemente bezogen auf eine Fläche größer als die Anzahl der Lichtquellen bezogen auf dieselbe Fläche. Die Blendenelementendichte ist somit größer als die der Lichtquellendichte. Somit die Auflösung der Blendeneinheit größer als die der Lichtquelleneinheit, so dass zur Erzeugung derselben Lichtverteilung bzw. Zusatzlichtfunktion in der Regel - mit Ausnahme der Fernlichtverteilung - ein Lichtfeld der Blendeneinheit kleiner ist als eine der Lichtquelleneinheit zugewandte Ausleuchtfläche der Blendeneinheit. Die Ausleuchtfläche wird durch das auf die Blendeneinheit treffende Licht der Lichtquelleneinheit gebildet, dessen abgestrahltes Licht durch die Primäroptikeinheit so geformt worden ist, dass die Ausleuchtfläche eingangsseitig der Blendeneinheit entsteht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
2 eine Darstellung eines Lichtquellenfeldes einer Lichtquelleneinheit mit matrixartig angeordneten Lichtquellen und deren Zuordnung zu Teilfeldern einer vorgegebenen Soll-Lichtverteilung, die sich aus einer Abblendlichtverteilung und einer Begegnungslichtfunktion als Zusatzlichtfunktion zusam m ensetzt,
3 eine Darstellung von Lichtverteilungskurven entlang einer horizontalen Linie,
4 ein Ansteuerablaufplan nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
5 ein Ansteuerablaufplan nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist vorzugsweise als ein Scheinwerfer zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, beispielsweise einer Abblendlichtverteilung, Fernlichtverteilung, vorgesehen. Zusätzlich ist die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer Zusatzlichtfunktion, wie beispielsweise Markierungs-, Begegnungs-, Fahrspurmarkierungs- und Baustellenlicht, geeignet. Die Zusatzlichtfunktion unterscheidet sich von der Lichtverteilung, die als Grundlichtverteilung dient, dadurch, dass sie eine vergleichsweise kleine räumliche Dimension aufweist. Während die Grundlichtverteilung eine horizontale Breite im Winkelbereich von 20° bis 40° aufweist, ist die horizontale Raumwinkelbreite der Zusatzlichtfunktion im Bereich von maximal 10° bzw. vorzugsweise maximal 5°.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelleneinheit 1 mit einer Mehrzahl von Lichtquellen 2 auf. Die Lichtquellen 2 sind als halbleiterbasierte Lichtquellen, vorzugsweise als LED-Lichtquellen, ausgebildet. In Hauptabstrahlrichtung H vor der Lichtquelleneinheit 1 ist eine Primäroptikeinheit 3 mit einer Mehrzahl von Primäroptikelementen 4 angeordnet. Die Lichtquellen 2 sind in einem Lichtquellenfeld 20 von drei Zeilen und acht Spalten angeordnet. Das Lichtquellenfeld 20 ist somit matrixartig angeordnet. Die Lichtquellen 2 des Lichtquellenfeldes 20 sind jeweils einzeln ansteuerbar ausgebildet.
In Hauptabstrahlrichtung H vor der Primäroptikeinheit 3 und/oder lichtstromabwärts zu derselben ist eine Blendeneinheit 5 mit einer Mehrzahl von Blendenelementen 6 angeordnet. Die Blendeneinheit 5 ist als eine Flüssigkristall-Blendeneinheit ausgebildet, wobei die Blendenelemente 6 durch einzeln ansteuerbare Flüssigkristallelemente gebildet sind. Die Blendenelemente 6 sind in einem vorzugsweise ebenen Feld ebenfalls matrixartig angeordnet.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Blendeneinheit auch durch eine Mikrospiegel-Einheit gebildet sein mit einer Mehrzahl von Mikrospiegelelementen.
Lichtstromaufwärts zu der Flüssigkristall-Einheit 5 ist ein Polarisator 7 und lichtstromabwärts zu der Flüssigkristall-Einheit 5 ein Analysator 8 angeordnet. Eine Polarisationsebene des Analysators 8 ist gegenüber der Polarisationsebene des eingangsseitigen Polarisators 7 um 90° gedreht ausgebildet. In Abhängigkeit von der Ansteuerung der jeweiligen Blendenelemente 5 wird somit mittels des Analysators 8 Licht absorbiert oder in Hauptabstrahlrichtung H hindurchgelassen. Die Lichtintensität oder die Höhe der Beleuchtungsstärke hängt von der Verdrehung der durch die jeweiligen Flüssigkristallelemente 6 bewirkten Polarisation ab. Bei nicht angelegter Spannung an dem Flüssigkristallelement 6 wird die Polarisation des einfallenden Lichtes um 90° oder 270° verdreht. Bei angelegter Maximalspannung wird die Polarisationsrichtung des Lichtes nicht verdreht. Bei einer angelegten Spannung unterhalb der Maximalspannung erfolgt nur eine Verdrehung der Polarisation im Bereich von 0° bis 90°, so dass mittels des Analysators 8 Licht unterhalb des Maximalwertes hindurchgelassen werden kann.
Die Anzahl der Blendenelemente 5 pro Fläche, wobei sich die Fläche in einer Erstreckungsebene E der Blendeneinheit 5 erstreckt, ist größer als die Anzahl der Lichtquellen 2 bezogen auf eine Fläche, die in einer Ebene L verläuft, innerhalb derer sich die Lichtquelleneinheit 1 erstreckt. Auf diese Weise weist ein auf einer Lichtstromausgangsseite der Blendeneinheit 5 angeordnete Lichtfeld 9 eine größere Auflösung auf als eine auf einer Lichteingangsseite der Blendeneinheit 5 angeordnete Ausleuchtfläche 10, auf den das von der Primäroptikeinheit 3 ausgesandte Licht 11 der Lichtquelleneinheit 1 trifft.
In Hauptabstrahlrichtung H vor der Blendeneinheit 5 bzw. lichtstromabwärts derselben ist eine Sekundäreinheit 12 enthaltend mindestens eine Linse 13 vorgesehen, mittels derer das Lichtfeld 9 auf das Fahrzeugvorfeld abgebildet wird.
Die Primäroptikeinheit 3, die Blendeneinheit 5 sowie die Sekundäroptikeinheit 12 bilden eine Optikeinheit der Beleuchtungsvorrichtung, mittels derer das Licht zur Erzeugung der gewünschten Lichtverteilung geformt wird.
Der Lichtquelleneinheit 1 ist eine Ansteuereinheit 14 zugeordnet, mittels derer die einzelnen Lichtquellen 2 entsprechend einer Ansteuervorschrift ansteuert werden.
Der Blendeneinheit 5 ist eine Ansteuereinheit 15 zugeordnet, mittels derer die Blendenelemente 5 entsprechend einer Ansteuervorschrift angesteuert werden.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung dient die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung 16, in der eine Zusatzlichtfunktion 17, nämlich eine Begegnungslichtfunktion, integriert ist. Das Begegnungslicht 17 repräsentiert einen Lichtstreifen an einer rechten Seite der Abblendlichtverteilung 16, so dass eine unerwünschte Blendung des Fahrers durch den Gegenverkehr vermieden wird. Der Lichtstreifen des Begegnungslichtes 17 kann eine Breite von 40 cm und eine Länge von 10 m aufweisen. Verglichen mit der Abblendlichtverteilung 16 überstreicht das Begegnungslicht 17 somit einen relativ kleinen horizontalen Raumwinkel. In 2 ist die Abblendlichtverteilung 16 und die Begegnungslichtfunktion 17 in Teilfelder 21 aufgeteilt, denen jeweils einzelne Lichtquellen 2 zugeordnet sind. Hierzu sind jeweils in drei Zeilen Z1, Z2, Z3 acht Lichtquellen 2 angeordnet, wobei in den Spalten SP1, SP2... SP8 jeweils drei Lichtquellen 2 angeordnet sind. Es ergibt sich somit eine Matrix aus 3x8 Lichtquellen 2 mit einer Gesamtanzahl von 24 Lichtquellen 2.
Dadurch, dass die Primäroptikeinheit 3 mehrere unterschiedlich ausgebildete Primäroptikelemente 4 aufweist, die das vorzugsweise parallel eintretende Licht in unterschiedliche Richtungen umlenken, kann durch Auswahl der anzusteuernden Lichtquellen 2 die Lichtverteilung erzeugt werden. Hierbei können die Lichtquellen 2 jeweils gedimmt angesteuert werden, wobei sie in Abhängigkeit von den in den Teilfeldern 21 der Lichtverteilung 16, 17 bereitzustellenden Beleuchtungsstärken aufgedimmt bzw. aufgehellt oder abgedimmt bzw. abgedunkelt werden. Die Ansteuerung der Lichtquellen 2 erfolgt somit raumwinkelabhängig und unabhängig voneinander.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung können die jeweiligen Teilfelder 21 der Lichtverteilung 16, 17 nicht durch Ansteuerung einer einzelnen Lichtquelle 2 erzeugt werden, sondern durch Ansteuerung mehrerer Lichtquellen 2. In diesem Fall ist der Rechenaufwand erhöht, da keine eindeutige Zuordnung der Lichtquellen zu einem einzigen Teilbereich der Lichtverteilung 16, 17 existiert.
Aus 2 ist zu entnehmen, dass zur Erzeugung der Abblendlichtverteilung 16 im Wesentlichen alle Lichtquellen 2 des Lichtquellenfeldes 20 in gedimmten Zustand angesteuert werden. Zur Erzeugung der Begegnungslichtfunktion 17 (schraffierte Fläche) werden lediglich fünf Lichtquellen 2 aufgehellt angesteuert, nämlich die Lichtquellen 2 in Teilfeld Z1 SP5, Z2 SP5, Z2 SP6, Z3 SP5, Z3 SP6. Zur Erzeugung der Begegnungslichtfunktion 17 werden somit zeitweise nur diese fünf Lichtquellen 2 aufgedimmt angesteuert, so dass sie eine erhöhte Lichtleistung abgeben. Die anderen neunzehn Lichtquellen 2 werden unverändert angesteuert, so dass sie die gleiche Lichtleistung abgeben, wie vor Aktivierung der Zusatzlichtfunktion 17. Währen der Aktivierung der Zusatzlichtfunktion 17 werden somit nur die fünf genannten Lichtquellen 2 mit erhöhter Lichtleistung angesteuert.
In 3 ist beispielhaft entlang einer Horizontallinie eine Soll-Lichtverteilung L_Soll , die sich aus der Abblendlichtverteilung 16 als Grundlichtverteilung und Begegnungslichtverteilung als Zusatzlichtfunktion 17 zusammensetzt, dargestellt. Ferner ist eine durch die Ansteuereinheit berechnete Gesamtlichtverteilung L_R dargestellt, die innerhalb einer betragsmäßigen Abstandsschwelle 22 zu der Solllichtverteilung L_Soll verläuft. Es ist ersichtlich, dass die berechnete Lichtverteilung L_R zwei lokale Maxima 23, 24 sowie ein lokales Minimum 25 und dass die Soll-Lichtverteilung L_Soll zwei lokale Maxima 23', 24' sowie lokale Minimum 25' aufweist. Im Bereich des Minimums 25 ist die Differenz der berechneten Lichtverteilung L_R zu der Solllichtverteilung L_Soll am größten. Die Berechnung der Gesamtlichtverteilung L_R wird anhand des Ablaufplanes gemäß 4 erläutert. Grundlage für die Berechnung der Gesamtlichtverteilung L_R ist die raumwinkelabhängige veränderte Ansteuerung der Lichtquellen 2 in dem Lichtquellenfeld 20. Würde die Gesamtlichtverteilung L_R nicht durch partielle Berechnung der einzelnen Einstellwerte 14' für die Lichtquellen 2 erfolgen, sondern lediglich durch gleichmäßige Ansteuerung aller Lichtquellen 2 mit entsprechenden gleichen Einstellwerten 14', wobei die Form der berechneten Gesamtlichtverteilung gleich bleibt entsprechend einer gaußschen Kurve, so würde als Ergebnis eine alternative Gesamtlichtverteilung L_R' bestimmt werden, die zwar im Bereich des zweiten Maximums 24 der Solllichtverteilung L_Soll nahe kommt, jedoch einen relativ großen Abstand zu dem weiteren Maximum 23 sowie dem Minimum 25 aufweist. Die Energieeffizienz dieser an sich bekannten Ansteuerungsvorschrift ist somit vergleichsweise schlecht.
Zur Erzeugung der Gesamtlichtverteilung L_R nahe der Solllichtverteilung L_Soll wird in einem Schritt S1 die gewünschte Grundlichtverteilung ermittelt. In einem weiteren Schritt S2 werden Einstellwerte 14', 15' für die Lichtquelleneinheit 1 und die Blendeneinheit 5 ermittelt. In einem Schritt S3 wird geprüft, ob in dieser Grundlichtverteilung 16 Aufhellungsteilbereiche 21 zur Bildung der Zusatzlichtfunktion 17 vorgesehen sein sollen. Soll keine Zusatzlichtfunktion 17 aktiviert werden, werden im Schritt S4 die Einstellwerte 14', 15' für die Lichtquellen 2 und die Blendenelemente 6 synchron von den jeweiligen Ansteuereinheiten 14, 15 ausgegeben.
Soll aufgrund von Änderung der Fahrzeugparameter bzw. Umfeldparameter, beispielsweise durch Erkennung einer Sensoreinheit, die Zusatzlichtfunktion 17 aktiviert werden, werden ausgehend von Schritt S3 in einem Schritt S5 die Raumwinkelbereiche bzw. die Teilfelder 21 ermittelt, in denen die Beleuchtungsstärke der Grundlichtverteilung 16 erhöht werden soll. In Schritt S6 werden die fünf Lichtquellen 2 ermittelt, die in den betrachteten Raumwinkelbereichen bzw. Teilfeldern 21 Licht abstrahlen bzw. deren Licht mittels der Optikeinheit in die Teilfelder 21 abgestrahlt wird. In einem Schritt S7 erfolgt dann die Berechnung der Einstellwerte 14', 15' für die fünf Lichtquellen 2. In einem weiteren Schritt S8 wird die resultierende und berechnete Gesamtlichtverteilung L_R berechnet und im Schritt S9 mit der Solllichtverteilung L_Soll verglichen. Die Differenz zwischen der berechneten Lichtverteilung L_R und der Solllichtverteilung L_Soll ist zum Beginn größer als die Abstandsschwelle 22. Die Schritte S7, S8 und S9 werden so lange wiederholt, bis die Differenz zwischen der berechneten Lichtverteilung L_R und der Solllichtverteilung L_Soll kleiner ist als die Abstandsschwelle 22. Hierzu werden in Schritt S7 die Einstellwerte 14', 15' für die Lichtquellen 2 so verändert, dass die Beleuchtungsstärken dieser fünf Lichtquellen 2 ausgehend von einem Startwert nach und nach verringert werden. Die fünf Lichtquellen 2 werden somit in bestimmten Schritten von dem maximalen Startwert abgedimmt. Ist die Prüfung in Schritt S9 auf Übereinstimmung der berechneten Lichtverteilung L_R zu der Solllichtverteilung L_Soll positiv, werden in Schritt S10 noch die Einstellwerte 15' für die Blendenelemente 6 berechnet. Aufgrund der höheren Auflösung der Blendenelemente 5 als der Lichtquellen 2 erfolgt somit ein gewünschter Lichtstärkegradientenverlauf im Grenzbereich zwischen der Zusatzlichtfunktion 17 und dem weiteren Teil der Grundlichtverteilung 16. In Schritt S4 erfolgt stets die synchrone Ausgabe der Einstellwerte 14', 15' für die Lichtquellen 2 und die Blendenelemente 6.
Nach der Erfindung erfolgt somit eine partielle Dimmung einzelner Lichtquellen 2 in Abhängigkeit von der Hinzuschaltung von Zusatzlichtfunktionen 17 zu einer bestehenden Grundlichtverteilung 16. Alternativ kann beispielsweise auch eine Markierungslichtfunktion oder Baustellenlichtfunktion oder dergleichen zu der Grundlichtverteilung 16 hinzugeschaltet werden.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann zur Erzeugung einer dynamischen Lichtverteilung gemäß der Ablaufsteuerung nach 5 in einem ersten Schritt D1 die Ermittlung der benötigten Beleuchtungsstärken in den entsprechend definierten Raumwinkelbereichen bzw. Teilbereichen 21 einer Soll-Lichtverteilung erfolgen. In einem weiteren Schritt D2 werden die Lichtquellen 2 ermittelt, deren Licht mittels der Optikeinheit in die entsprechenden Teilfelder 21 abgestrahlt wird. Es liegt somit eine Zuordnung zwischen den Lichtquellen 2 einerseits und den Teilfeldern 21 der gewünschten Solllichtverteilung vor. In einem weiteren Schritt D3 werden die Einstellwerte 14', 15' für die jeweiligen Lichtquellen 2 berechnet und zwar in Abhängigkeit von den vorgegebenen teilfeldabhängigen Beleuchtungsstärken in der Solllichtverteilung L_Soll . In dem weiteren Schritt D4 wird durch Überlagerung der berechneten Einzellichtverteilungen der Lichtquellen 2, und zwar aller Lichtquellen 2, die Lichtverteilung berechnet. Diese berechnete Gesamtlichtverteilung L_R wird in Schritt D5 mit der Solllichtverteilung L_Soll verglichen, und zwar wie bereits beschrieben unter Prüfung der Abweichung innerhalb einer vorgegebenen Abstandsschwelle 22. Ist der Vergleich positiv ausgefallen, d. h. die Differenz der berechneten Gesamtlichtverteilung L_R zu der Solllichtverteilung L_Soll ist kleiner als die Abstandsschwelle 22, liegen die Einstellwerte 14' für die Lichtquellen 2 somit fest. In einem Schritt D6 werden noch die angepassten Einstellwerte 15' für die Blendenelemente 6 berechnet, so dass nachfolgend synchron die Einstellwerte 14' und 15' von der Ansteuereinheit 14, 15 ausgegeben werden können.
Wird im Schritt D5 keine Übereinstimmung festgestellt, werden die Einstellwerte 14' für die Lichtquellen 2 so verändert, vorzugsweise nach und nach abgedimmt, bis die berechnete Lichtverteilung innerhalb der Abstandsschwelle 22 angeordnet ist.
Der Ablaufplan gemäß 5 unterscheidet sich von dem Ablaufplan gemäß 4 dadurch, dass nicht nur die Einstellwerte 14' eines Teils der Lichtquellen 2, sondern aller Lichtquellen 2 neu berechnet werden bzw. einfließen in die zu berechnende Lichtverteilung. Der Rechenaufwand ist demgemäß vergleichsweise höher.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die Lichtquellen und/oder die Blendenelemente in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Fahrzeugs angesteuert Beispielsweise kann bei höherer Fahrgeschwindigkeit die Lichtfunktion, insbesondere Zusatzlichtfunktion, lichtintensiver und/oder größer dimensioniert sein kann, wobei beispielsweise ein breiterer Leuchtstreifen als Begegnungslicht auf die Straße projiziert wird..
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Ansteuerung lediglich mittels der Ansteuereinheit 14 zur Ansteuerung der Lichtquellen 2 und nicht mittels der Ansteuereinheit 15 weiterer optischer Bauteile - wie beispielsweise der Blendeneinheit 5 - erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquelleneinheit
2: Lichtquellen
3: Primäroptikeinheit
4: Primäroptikelemente
5: Blendeneinheit
6: Blendenelemente
7: Polarisator
8: Analysator
9: Lichtfeld
10: Ausleuchtfläche
11: Licht
12: Sekundäroptikeinheit
13: Linse
14,14': Ansteuereinheit/Einstellwerte
15,15': Ansteuereinheit/Einstellwerte
16: Abblendlichtverteilung
17: Begegnungslicht
20: Lichtquellenfeld
21: Teilfelder
22: Abstandsschwelle
23,23': Maximum
24,24': Maximum
25,25': Minimum
S1-S10: Schritt 1 bis Schritt 10
D1-D6: Schritt 1 bis Schritt 6
Z1-Z3: Zeilen
SP1- SP8: Spalten
L_R: Gesamtlichtverteilung
L_Soll: Solllichtverteilung
H: Hauptabstrahlrichtung
E: Erstreckungsebene
L: Erstreckungsebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013020549 A1 [0003]
DE 102016002558 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung, wobei Lichtquellen (2) einer Lichtquelleneinheit (1) angesteuert werden, so dass durch Dimmen der Lichtquellen (2) eine berechnete Gesamtlichtverteilung (L_R) einer vorgegebenen Solllichtverteilung (L_Soll) angenähert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung der Solllichtverteilung (L_Soll) die Annäherung der berechneten Gesamtlichtverteilung (L_R) an die Solllichtverteilung (L_Soll) ausschließlich durch Dimmen derjenigen Lichtquellen (2) erfolgt, deren Licht in dem Raumwinkelbereich der Solllichtverteilung (L_Soll) geführt wird, in dem sich die Beleuchtungsstärke verändern soll.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die Beleuchtungsstärkewerte für die Solllichtverteilung (L_Soll) entsprechend definierter Teilbereiche (21) ermittelt werden, - dass dann die Lichtquellen (2) bestimmt werden, deren Licht in jeweilige Teilbereiche (21) der Solllichtverteilung (L_Soll) geführt wird und Einstellwerte (14') für dieselben Lichtquellen (2) berechnet werden, - dass aus den berechneten Einstellwerten (14') der Lichtquellen (2) eine Gesamtlichtverteilung (L_R) berechnet wird, die mit der Solllichtverteilung (L_Soll) auf Übereinstimmung verglichen wird, - dass die Einstellwerte (14') der Lichtquellen (2) so lange neu berechnet werden, bis eine Differenz zwischen der berechneten Gesamtlichtverteilung (L_R) und der Solllichtverteilung (L_Soll) unterhalb einer vorgegebenen Abstandsschwelle (22) liegt, - dass nach Festlegung der Einstellwerte (14') für die Lichtquellen (2) dieselben entsprechend der berechneten Einstellwerte (14') angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solllichtverteilung (L_Soll) in einem ersten Schritt (S1) durch eine Grundlichtverteilung (16) gebildet wird, für die gespeicherte Einstellwerte (14') zur Ansteuerung der Lichtquellen (2) verwendet werden, dass in einem zweiten Schritt (S2) bei Vorliegen einer Änderung der Solllichtverteilung (L_Soll) in einem Teilbereich (21) derselben nur diejenigen Lichtquellen (2) in ihren Einstellwerten (14') geändert werden, die zu einer Änderung der Beleuchtungsstärke in demselben Teilbereich (21) der Solllichtverteilung (L_Soll) führen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellwerte (14') der Lichtquellen (2) unabhängig voneinander verändert werden.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge enthaltend - eine Lichtquelleneinheit (1) mit einer Anzahl von einzeln ansteuerbaren Lichtquellen (2), - eine lichtstromabwärts zu der Lichtquelleneinheit (1) angeordnete Primäroptikeinheit (3) - eine lichtstromabwärts zu der Primäroptikeinheit (3) angeordnete Blendeneinheit (5) mit einer Anzahl von einzeln ansteuerbaren Blendenelementen (6), - eine lichtstromabwärts zu der Blendeneinheit (5) angeordnete Sekundäroptikeinheit (12), mittels derer ein von der Blendeneinheit (5) abgegebenes Lichtfeld (9) abbildbar ist zu einer vorgegebenen Solllichtverteilung (L_Soll), - eine Ansteuereinheit (14, 15) zur Bestimmung von Einstellwerten (14', 15') für die Lichtquellen (2) und die Blendenelemente (6) entsprechend einer berechneten Gesamtlichtverteilung (L_R), die einer vorgegebenen Solllichtverteilung (L_Soll) angenähert ausgebildet sein soll, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Gesamtlichtverteilung (L_R) eine Mehrzahl von durch unabhängige Ansteuerung der Lichtquellen (2) erzeugte Teilbereiche (21) aufweist, wobei die Einstellwerte (14') für die Ansteuerung der Lichtquellen (2) in Abhängigkeit von für die jeweiligen Teilbereiche der Solllichtverteilung (L_Soll) vorgegebenen Beleuchtungsstärken und/oder Beleuchtungsstärkeänderungen ermittelt werden.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Zusatzlichtfunktion (17) nur die Einstellwerte (14') derjenigen Lichtquellen (2) veränderbar sind, deren Licht auf die hinsichtlich der Beleuchtungsstärkeänderung ermittelten Teilbereiche (21) der berechneten Gesamtlichtverteilung (L_R) trifft und dass diese Lichtquellen (2) mit den berechneten Einstellwerten (14') erst dann ansteuerbar sind, wenn die berechnete Gesamtlichtverteilung (L_R) unterhalb einer Abstandsschwelle (22) zu der Solllichtverteilung (L_Soll) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2) derart ansteuerbar sind, dass sie zur Bildung der berechneten Gesamtlichtverteilung (LR) in Abhängigkeit von der Zusatzlichtfunktion (17) durch Dimmung aufgehellt oder abgedunkelt werden.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2) und/oder die Blendenelemente (6) in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Fahrzeugs angesteuert werden.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendeneinheit (5) eine Flüssigkristall-Einheit mit einem Feld von Flüssigkristallelementen (6) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit (1) ein Feld von Lichtquellen (2) aufweist und dass die Anzahl der Blendenelemente (6) bezogen auf eine Fläche größer ist als eine Anzahl von Lichtquellen (2) bezogen auf dieselbe Fläche.