DE102018201122A1

DE102018201122A1 - Mehrfarbige Matrix-Lichtquellenanordnung und mehrfarbiger Matrix-Scheinwerfer

Info

Publication number: DE102018201122A1
Application number: DE102018201122.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hartmann; Uwe Kantim; Martin Petzold
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-07-25

Abstract

Offenbart werden also eine Matrix-Lichtquellenanordnung (1) und ein Matrix-Scheinwerfer, deren Lichtquellen (2) Bereichen (14) eines Lichtbilds (16) zugeordnet sind, wobei zumindest zwei Bereiche (18, 20) unterschiedliche Lichtfarben aufweisen. Wenn ein innerer Bereich (20) mit einer Tageslicht-ähnlichen Lichtfarbe bestrahlt wird, erhöht dies die Auflösungsfähigkeit eines Betrachters. Wenn ein peripherer Bereich (18) mit einer blaueren Lichtfarbe bestrahlt wird, erhöht dies eine Konzentrationsfähigkeit eines Betrachters.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Matrix-Lichtquellenanordnung, sowie von einem Matrix-Scheinwerfer damit. Eine Matrix-Lichtquellenanordnung ist versehen mit einer Vielzahl von Lichtquellen, die zum Lichtabgeben in diskrete Bereiche angeordnet sind.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, die als Zusatzausstattung einen Matrix-Scheinwerfer bzw. Adaptive Driving Beam (ADB) aufweisen. Hierfür können beispielsweise matrixartig angeordnete Licht emittierende Dioden (LEDs) eingesetzt sein, wobei die LEDs Teil eines Moduls sind. Jede einzelne oder Gruppen von LED(s) in dem Modul kann/können dann separat ansteuerbar und dadurch ein- und ausschaltbar sowie dimmbar sein, was auch als pixeliertes Licht bezeichnet werden kann. In Kombination mit einem Kamerasystem und einer bildverarbeitenden Elektronik werden beispielsweise ein Gegenverkehr und vorausfahrende Fahrzeuge erkannt und zumindest bereichsweise ausgeblendet. Hierdurch ist denkbar beispielsweise dauerhaft mit „Fernlicht“ zu fahren, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden, insbesondere wenn bestimmte Bedingungen vorliegen. Als Bedingungen können vorgesehen sein, dass das Fahrzeug außer Orts fährt und/oder eine Geschwindigkeit von über 50 km/h aufweist. Neben anderen Verkehrsteilnehmern können auch Hindernisse, wie beispielsweise Schilder, Fußgänger, Fahrradfahrer lokal ausgeblendet werden. Gegenüber beispielsweise manuell geschalteten Scheinwerfern mit einer Fernlicht-Lichtquelle ergibt sich eine deutlich erhöhte Anschaltzeit sowie Abschaltzeit. Gleichzeitig wird ein breitere Ausleuchtung ermöglicht, ohne beispielsweise einen Gegenverkehr zu blenden.
Solche zeilen- und spaltenförmigen Leuchtanordnungen können auch als Matrixanordnung bezeichnet werden. Die Gruppierung der jeweilige Lichtquellen kann in Bezug auf Mittenebene symmetrisch aufgebaut erfolgen.
Vorzugsweise ist die Anordnung der Lichtleiter und/oder der Strahlungsquellen beliebig. Beispielsweise können vier, zwölf, vierundzwanzig, fünfzig, neunzig, oder beliebig viele Strahlungsquellen und/oder Lichtleiter vorgesehen sein. Sowohl geradzahlig als auch ungeradzahlig. Die Strahlungs-quellen und/oder Lichtleiter sind beispielsweise in einer Spalte oder mehreren Spalten und/oder in einer Zeile oder mehreren Zeilen angeordnet, beispielsweise in 5 Reihen mit je 9 Lichtleitern (5x9), oder 4x30, oder 3x28. Vorzugsweise sind also die Strahlungsquellen und/oder Lichtleiter matrixartig angeordnet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Lichtleiter und/oder die Strahlungsquellen konzentrisch angeordnet sind. Beispielsweise können sie konzentrisch auf einem Kreis oder Teilkreis oder konzentrisch auf mehreren Kreisen oder Teilkreisen angeordnet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass eine jeweilige Strahlungsquelle hinsichtlich ihrer Licht emittierenden Fläche eine Größe aufweist, die aus folgenden Größen ausgewählt ist: 0,3 mm², 0,5 mm², 0,7 mm², 1 mm², 2 mm², usw.
Wie vorstehend bereits erläutert, ist denkbar, dass sich die Strahlungsquellen oder zumindest ein Teil der Strahlungsquellen hinsichtlich ihrer Leuchtdichte oder ihrer mittleren Leuchtdichte unterscheiden und damit auch hinsichtlich der maximal möglichen jeweiligen Lichtintensität im Fernfeld und vorzugsweise auch hinsichtlich ihres Lichtstroms. Eine jeweilige Strahlungsquelle kann hierbei eine Leuchtdichte aus folgenden Leuchtdichten aufweisen: 50 cd/mm², 100 cd/mm², 350 cd/mm², 1000 cd/mm², usw. Somit können sich die Strahlungsquellen hinsichtlich ihrer optischen Performance unterscheiden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass sich die Strahlungsquellen hinsichtlich ihrer Lichtverteilung oder Abstrahlcharakteristik unterscheiden.
Mit Vorteil kann auch eine Leuchte einer Beleuchtungseinheit für einen Adaptive Driving Beam (ADB) Scheinwerfer vorgesehen werden. Hierfür können beispielsweise matrixartig angeordnete Licht emittierende Dioden (LEDs) eingesetzt sein, wobei die LEDs Teil eines Moduls sind. Jede einzelne oder Gruppen von LED(s) in dem Modul kann/können dann separat ansteuerbar und dadurch ein- und ausschaltbar sowie dimmbar sein, was auch als pixeliertes Licht bezeichnet werden kann. In Kombination mit einem Kamerasystem und einer bildverarbeitenden Elektronik, werden beispielsweise Gegenverkehr und vorausfahrende Fahrzeuge erkannt und zumindest bereichsweise ausgeblendet. Hierdurch ist denkbar beispielsweise dauerhaft mit „Fernlicht“ zu fahren, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden, insbesondere wenn bestimmte Bedingungen vorliegen. Als Bedingungen können vorgesehen sein, dass das Fahrzeug außer Orts fährt und/oder eine Geschwindigkeit von über 50 km/h aufweist. Neben anderen Verkehrsteilnehmern können auch Hindernisse, wie beispielsweise Schilder, Fußgänger, Fahrradfahrer lokal ausgeblendet werden. Derartig ausgestaltete Matrix-System sind auch unter dem Begriff Smartrix bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Matrix-Scheinwerfer bzw. eine Matrix-Lichtquellenanordnung mit mehr Anwendungsmöglichkeiten vorzusehen. Besonders gewünscht ist ein Erhöhen einer Aufmerksamkeit eines Fahrers. Eine Eignung für eine Serienapplikation, insbesondere im Fahrzeugbau, wird bevorzugt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Matrix-Lichtquellenanordung gemäß dem Anspruch 1 und einen Matrix-Scheinwerfer gemäß dem Anspruch 13.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemäße Matrix-Lichtquellenanordnung ist mit einer Vielzahl von Lichtquellen versehen, welche Lichtquellen dazu angeordnet sind, in diskrete Bereiche Licht abzugeben. Wenn zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen Lichtfarben vorsehbar sind, ist durch die erhöhte Lichtfarbenzahl ein breiterer farblicher Anwendungsraum geschaffen. Wenn die Bereiche mit unterschiedlichen Lichtfarben zumindest ein innerer Bereich und ein zumindest dazu äußerer Bereich sind, kann eine Aufmerksamkeit eines Fahrers bzw. Betrachters in den inneren Bereich oder den äußeren Bereich gelenkt werden. Ein zumindest zu dem inneren Bereich äußerer Bereich umfasst einen Bereich, der bezüglich des inneren Bereichs außen angeordnet ist, und/oder einen Bereich, der bezüglich eines Lichtbilds des Scheinwerfer außen angeordnet ist. Der äußere Bereich kann neben dem inneren Bereich und/oder den inneren Bereich zumindest teilweise umschließend angeordnet sein.
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass sich die Bereiche nicht nur in der Lichtfarbe unterscheiden. Beispielsweise können sie sich zusätzlich in einer Lichtintensität bzw. Leuchtdichte, einer Entfernung zwischen einer Bildebene und der Matrix-Lichtquellenanordnung und/oder einer anderen Eigenschaft des abgebbaren Lichts unterscheiden.
Eine Matrix-Lichtquellenanordnung im erfindungsgemäßen Sinne ist bevorzugt eine Vielzahl von Lichtquellen, welche in einer planen, gebogenen und/oder geknickten Formation, wie einer planen, gebogenen und/oder gewinkelten Ebene, angeordnet sind. Eine Matrix enthält eine Vielzahl, vorzugsweise zumindest drei, Elemente, welche in einer Dimension und/oder in zwei Dimensionen etwa entlang der Ebene angeordnet sein können.
Der Begriff „etwa“ kann beispielsweise bedeuten, dass eine Abweichung in fachüblichen Toleranzen oder von bis zu 5 % vorhanden sein kann.
Vorzugsweise ist eine jeweilige Lichtquelle dazu angeordnet, in zumindest einen jeweiligen Bereich, wie einen jeweils zugeordneten oder zuordenbaren Bereich, Licht abzugeben.
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Bereiche Lichtintensität-erhöhend deckungsgleich sind, zumindest teilweise Lichtintensität-erhöhend einander zumindest teilweise überdecken, sicher kontinuierlich ausleuchtend einander überlappen, effizient aneinander angrenzen und/oder gezielt ausleuchtend separat sind.
Die Bereiche können sich in einem Nahfeld und/oder, bevorzugt, einem Fernfeld befinden. Ein Nahfeld kann nahe der Matrix-Lichtquellenanordnung, wie an die Matrix-Lichtquellenanordnung anschließend, sein. Ein Fernfeld kann ein beabstandetes, zu beleuchtendes Gebiet, wie ein Gebiet in einem verwendungszweck-gemäßen Abstand, sein.
Wenn die Lichtfarben in einem genormten Farbfeld liegen, kann eine Zulassung, wie eine Straßenverkehrszulassung, leichter erlangt werden. Ein solches Farbfeld kann das genormte ECE-Weißfeld der Automobilindustrie sein. Ein solches Farbfeld kann das CIE-Weißfeld sein.
Ist der innere Bereich in einem Lichtbild der Matrix-Lichtquellenanordnung angeordnet, kann dessen Lichtfarbe auf ein zu beleuchtendes Objekt, wie eine Straße oder in einem breiteren Sinne eine für vorteilhaft angesehene Lichtkegeleigenschaft, abgestimmt sein.
Ist der äußere Bereich an einer Peripherie des Lichtbilds der Matrix-Lichtquellenanordnung angeordnet, kann dessen Lichtfarbe zum Unterstützen der Wahrnehmung in dem inneren Bereich und/oder für einen nicht-störenden, wie geschmeidigen, Übergang von dem inneren Bereich abgestimmt sein.
Wenn die Lichtfarbe zumindest eines Bereichs der spektralen Einhüllenden der menschlichen Tagsehfähigkeit angepasst ist, sich aber noch innerhalb des ECE-Weißfeldes befindet, befördert dies eine erhöhte Tiefenschärfe des Betrachters, weil die farbempfindlichen Zapfenzellen im menschlichen Auge relativ häufig sind, und deswegen eine hohe Auflösung ermöglichen. Somit kann die Aufmerksamkeit eines Fahrers in zumindest einem Bereich durch Erhöhen der Tiefenschärfe erhöht werden. Ein vorteilhafter Synergieeffekt ergibt sich, wenn der so ausgeleuchtete Bereich ein Fernlichtbereich ist, weil eine erhöhte Auflösung bei weit entfernten Objekten besonders gut zum Tragen kommt. Dieses der menschlichen Tagsehfähigkeit angepasste Spektrum kann als ein der menschlichen V(lambda)-Kurve angepasstes Spektrum bezeichnet werden. Allgemein formuliert: wenn eine Farbgebung, bzw. ein Einstellen der Lichtfarben zumindest eines Teils der Bereiche der Matrix-Lichtquelle bezüglich der spektralen Eigenschaften des menschlichen Auges wahrgenommen wird, wird einerseits eine Sicherheit erhöht, und kann andererseits ein weiter entferntes Objekt effektiv beleuchtet werden.
Wenn die Lichtfarbe zumindest eines Bereichs der spektralen Einhüllenden der menschlichen Nachtsehfähigkeit angepasst ist, sich aber noch innerhalb des ECE-Weißfeldes befindet, erhöht dies die Wahrnehmungsfähigkeit und/oder die Konzentrationsfähigkeit eines Betrachters.
Photopisches Sehen, auch Tagsehen oder Zapfensehen, bezeichnet das Sehen des Menschen bei ausreichender Helligkeit. Im Gegensatz dazu steht das skotopische Sehen, auch Nachtsehen oder Stäbchensehen, bei geringer Helligkeit und dem Übergangsbereich, dem mesopischen Bereich oder Dämmerungssehen. Auch die Augenintegrationszeit des menschlichen und tierischen Auges ist von den Helligkeitsbedingungen abhängig. Die Augenintegrationszeit, also die Integrationszeit der Photo-Rezeptoren, kann beispielsweise zwischen 0,02 Sekunden und 0,2 Sekunden betragen, wobei die Integrationszeit von Stäbchen (skotopisches Sehen) länger ist als das der Zapfen (photopisches Sehen). Dazwischen gibt es den mesopischen Übergangsbereich.
Wenn die Lichtfarbe zumindest eines Bereichs zumindest einen erhöhten Anteil blauen Lichts umfasst, erhöht dies die Konzentrationsfähigkeit eines Betrachters. Ein blauer Lichtanteil bzw. ein kaltweißes Licht, wirkt über den sogenannten circadianen (oder zirkadianen) Effekt stimulierend auf den Betrachter, so dass dessen Ermüden gehemmt wird. Es wird also angeregt, die Lichtfarbe zumindest eines Bereichs zum Erzielen eines circadianen Effekts zu gestalten.
Die Matrix-Lichtquellenanordnung kann mit Vorteil dazu konfiguriert sein, dass die zumindest zwei Lichtfarben mit wenigen Lichtquellen abgestuft (mit oder ohne Zwischenschritte) ineinander übergehen, und/oder für einen Betrachter Ablenkung-reduzierend zumindest näherungsweise stufenlos ineinander übergehen. Vorzugsweise gehen die Lichtfarben räumlich abgestuft und/oder näherungsweise stufenlos ineinander über, um in unterschiedlichen Lichtbildbereichen unterschiedlichen Wirkungen zu erreichen. Alternativ und/oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Lichtfarben zeitlich abgestuft und/oder näherungsweise stufenlos ineinander übergehen, um eine zeitliche Änderung von einem Sehen im photopischen Bereich über das Sehen im mesopischen Bereich zum Sehen im skotopischen Bereich und/oder umgekehrt zu erreichen. Beispielsweise kann eine Kombination aus räumlich und zeitlich abgestuftem Ineinanderübergehen ein zeitlich allmähliches Ändern der räumlich äußeren Lichtfarbe gegenüber der räumlich inneren Lichtfarbe beinhalten.
Als Lichtquelle kommt jede Art Strahlungsquelle in Betracht, solange sie zumindest eine Anteil einer emittierten Strahlung im sichtbaren Bereich abgibt. Alle Lichtquellen einer Matrix-Lichtquellenanordnung können von einem Typ, von zumindest einem Typ und/oder mehr als einem Typ sein. Besonders bevorzugt kann sein, dass die unterschiedlichen Farben durch unterschiedliche Lichtquellentypen erzeugt werden.
Die Lichtquelle kann beispielsweise ausgebildet sein: als eine Glühlampe; als eine Halogenlampe; als eine Entladungslampe; als eine Licht emittierende Diode (LED); als ein Laser; als eine LED oder ein Laser oder eine andere Lichtquelle, die jeweils ein nach dem Prinzip Laser Activated Remote Phosphor (LARP) arbeitendes System sind; als ein nach einem Digital Light Processing (DLP)-Prinzip arbeitender Projektor; als eine IR-Strahlungsquelle; oder als eine andere eine elektromagnetische Strahlung in und/oder teilweise in und/oder nahe bei und/oder teilweise nahe bei dem sichtbaren Bereich abgebende, wiedergebende und/oder erzeugende Vorrichtung.
Eine Entladungslampe kann als High Intensity Discharge (HID) bezeichnet sein, und/oder sie kann beispielsweise eine Gasentladungslampe sein.
Unter einer Licht emittierenden Diode sollen insbesondere eine LED mit einem nachgelagerten Leuchtstoff zur teilweisen Umwandlung von Primärlicht (Emissionslicht der LED) in Sekundärlicht (Konversionslicht des Leuchtstoffs); eine ein warmweißes Licht emittierende LED; eine ein kaltweißes Licht emittierende LED; eine LED, welche in Vollkonversion betrieben wird; eine LED ohne einen nachgelagerten Leuchtstoff; eine pixelierte LED-Matrixanordnung; eine organische LED (OLED) und/oder dergleichen verstanden werden. Weiterbildend kann eine LED eine LED-Anordnung, wie rein beispielsweise eine zum Erzeugen mehrfarbigen Lichts vorbereitete LED-Anordnung, sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter. Einsetzbar und bevorzugt sind auch MikroLEDs bzw. µLEDs mit beispielsweise einer Fläche von 0,25mm² bzw. 500µm Kantenlänge. Bei mehrfarbigen LEDs kann durch ein Zusammenschalten ein weißes Licht erzeugt werden.
Bei der LARP-Technologie wird ein von einer Strahlungsquelle meist beabstandet angeordnetes Konversionselement, das einen Leuchtstoff (Hinweis: der Begriff Phosphor umfasst fachsprachlich auch Phosphor-freie Leuchtstoffe) aufweist oder daraus besteht, mit einer Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl oder Pumpstrahl oder Pumplaserstrahl, bestrahlt, insbesondere mit dem Anregungsstrahl einer Laserdiode. Die Anregungsstrahlung wird vom Leuchtstoff zumindest teilweise absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung oder in ein Konversionslicht umgewandelt, deren Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Bei der Down-Konversion wird die Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in eine Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die Anregungsstrahlung konvertiert. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements eine blaue Anregungsstrahlung, insbesondere ein blaues Laserlicht, in eine rote und/oder grüne und/oder gelbe Konversionsstrahlung konvertiert werden. Bei einer teilweisen Konversion ergibt dann beispielsweise eine Überlagerung eines nichtkonvertierten blauen Anregungslichts und eines gelben Konversionslichts ein weißes Nutzlicht. Aus dem Stand der Technik sind LARP-Systeme oder µLARP-Systeme beispielsweise aus der DE102012223854 A1 und der DE102012201307 A1 , sowie den Patentschriften US20160290856 , DE102015213460 und DE102015220838 bekannt. Das Konversionselement ist üblicherweise mit einem Substrat verbunden, und es bildet dann zusammen mit dem Substrat einen Konverter. Der Konverter kann hierbei transmittierend ausgestaltet sein, wobei jeweils eine Einkoppelseite und eine Auskoppelseite des Konversionselements für die Strahlung vorgesehen sind. Alternativ kann der Konverter als reflektiver Konverter ausgestaltet sein, wobei eine Seite als Ein- und Auskoppelseite dient. Hierbei ist das Substrat vorzugsweise reflektierend ausgebildet.
Eine IR-Strahlungsquelle kann insbesondere eine IR-Laserdiode sein. Besonders bevorzugt sind die Lichtquellen vom Typ Licht emittierende Dioden (LEDs), weil LEDs sehr platz- und energiesparende Lichtquellen sind.
Weiterbildend wird besonders bevorzugt, wenn die Lichtquellen, wie LEDs, ihrem Binning gemäß zum Abgeben der unterschiedlichen Lichtfarben angeordnet sind. Unter einem Binning wird eine Klassierung gefertigter Lichtquellen, insbesondere LEDs, nach zumindest einer Eigenschaft, wie vorliegend nach der abgebbaren Lichtfarbe, verstanden. Hierdurch wird erreicht, dass die unterschiedlichen Lichtfarben sehr präzise bestimmbar sind. Vorteilhaft können unterschiedliche Lichtfarben mit Lichtquellen gleichen Typs (und damit beispielsweise gleichen Anforderungen und gleicher Ansteuerung) verwendet werden.
Unter einer Lichtquelle kann eine Einzellichtquelle oder eine Lichtquellengruppe verstanden werden. Eine Lichtquellengruppe kann gleiche Lichtquellen (wie LEDs gleichen Binnings), zumindest typgleiche Lichtquellen (wie LEDs), zumindest typähnliche Lichtquellen (wie LEDs und Laserdioden) und/oder verschiedene Lichtquellen umfassen. Eine bevorzugte Lichtquellengruppe kann jeweils eine rote, eine blaue und eine grüne Lichtquelle umfassen. Eine andere bevorzugte Lichtquellengruppe kann nur aus kaltweißen und/oder warmweißen Lichtquellen bestehen, also Lichtquellen unterschiedlicher Farbtemperatur. Eine andere bevorzugte Lichtquellengruppe kann eine kaltweiße, ein warmweiße, eine rote, eine grüne und eine blaue Lichtquelle umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass eine jeweilige Lichtquelle oder bevorzugt Einzellichtquelle hinsichtlich ihrer Licht emittierenden Fläche eine Größe aufweist, die aus folgenden Größen ausgewählt ist: 0,3 mm², 0,5 mm², 0,7 mm², 1 mm², 2 mm², und so weiter.
Vorteilhaft weiterbildend können die unterschiedlichen Lichtfarben durch eine unterschiedliche Ansteuerung der Lichtquellen bewirkt werden. Dies erlaubt einen Einsatz möglichst gleicher Lichtquellen, sodass über eine Gleichteilestrategie Kosten gespart werden können. Die Ansteuerung kann ein wählbares Lichtfarbenvorgeben umfassen, sodass zumindest eine Lichtquelle zum Abgeben, wie situationsabhängigen Abgeben und/oder gesteuerten Abgeben, unterschiedlicher Lichtfarben vorbereitet ist. Die Ansteuerung kann eine Rückmeldungssteuerung beinhalten, bei der eine tatsächlich abgegebene Lichtfarbe unmittelbar, wie über einen Farbsensor, oder mittelbar, wie über eine charakteristische Größe - beispielsweise eine Energieaufnahme, erfasst und mit einer Sollgröße verglichen wird. Die Ansteuerung kann zusätzlich oder alternativ zum Ausgleichen von Alterungserscheinungen vorbereitet sein, wie durch die Rückmeldungssteuerung und/oder durch zumindest eine hinterlegte Konstante und/oder Kennlinie.
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die unterschiedliche Ansteuerung durch unterschiedliche Pulsweiten einer Pulsweitenmodulation (PWM), durch unterschiedliche elektrische Spannungen und/oder durch unterschiedliche elektrische Stromstärken erreicht wird. Durch ein Einsetzen etablierter Steuerungstechniken können Kosten gesenkt und/oder eine Zuverlässigkeit gesteigert werden.
Vorteilhaft situationsabhängig verwendbar und/oder multifunktional einsetzbar ist eine Matrix-Lichtquellenanordnung, wenn zumindest eine Lichtquelle unabhängig von der oder den anderen Lichtquellen zumindest einschaltbar und/oder ausschaltbar und vorzugsweise dimmbar ist. Die Lichtquellen können teilweise und/oder jeweils und/oder alle, einzeln und/oder gruppenweise und/oder gesamt ansteuerbar sein.
Wenn zumindest einem Teil der Lichtquellen eine gemeinsame Optik nachgeschaltet ist, kann eine leicht handhabbare, wie montierbare, Baugruppe gebildet werden. Diese Optik kann eine Primäroptik umfassend zumindest ein optisches Element sein. Eine Primäroptik kann ein einer einzelnen Lichtquelle zugeordnetes optisches Element, wie einen lichtleitenden Taper, ein eine Gruppe einzelner Lichtquellen zugeordnetes optisches Element, wie eine Linse oder einen lichtleitenden Taper mit einer Vielzahl von Einkoppelgeometrien, und/oder ein allen Lichtquellen zugeordnetes optisches Element, wie eine Linse, umfassen.
Eine Matrix-Lichtquellenanordnung kann ferner beispielsweise zumindest eine Ansteuerungselektronik, zumindest einen Treiber und/oder zumindest einen Sensor umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Chip, der eine LED-Lichtquelle ist, und der einem äußeren Bereich zugeordnet ist, mit einem blauen Shift versehen. Dieser blaue Shift entspricht einer Verschiebung des von dem Chip abgebbaren Lichts hin zu einem blauen bzw. bläulicheren Licht. Vorzugsweise ist der Shift bzw. die Verschiebung derart bemessen, dass das abgebbare Licht innerhalb und an einem blauen Ende des normierten ECE-Weißfelds angeordnet ist. Die Verschiebung kann mit einer Ansteuerung des Chips umgesetzt werden. Hierfür sind eine Stromstärken-basierte Ansteuerung und/oder eine PWM-basierte Ansteuerung (Pulsweitenmodulations-basierte Ansteuerung) besonders bevorzugt. Die Verschiebung kann aber auch erreicht werden, indem man Weißlichtquellen mit einer höheren Farbtemperatur als im inneren Bereich wählt. Weißlichtquellen mit einer höheren Farbtemperatur erscheinen kaltweiß. Bevorzugt ist, ein Lichtbild mit einem mittigen weißen, wie warmweißen, Licht bzw. Lichtpunkt bzw. Lichtkegel.
Eine Farb-Verschiebung der Chips mittels einer Stromstärken-basierten Ansteuerung und/oder einer PWM-basierten Ansteuerung (Pulsweitenmodulations-basierten Ansteuerung) bietet zusätzlich den Vorteil, dass damit der Übergangsbereich zwischen dem photopischen Sehen und dem skotopischen Sehen, also der mesopische Sehbereich, berücksichtigt werden kann, indem zum Beispiel die Ansteuerung graduell vorgenommen wird, insbesondere in Abhängigkeit der spektralen Verschiebung der Augen-Empfindlichkeitskurve sowie der Augenintegrationszeit. Damit ist ein gradueller Übergang einstellbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Fernlicht (fachsprachlich: „High Beam“) bzw. ein zum Erzeugen eines Fernlichts konfigurierter Bereich an die menschliche physiologische Auflösung bzw. an das Farbempfinden eines menschlichen Auges angepasst. So kann erreicht werden, dass zumindest im Zentrum des Fernlichts bzw. des zum Erzeugen eines Fernlichts konfigurierten Bereichs ein Betrachter mit einer höheren Auflösung beleuchtete Objekte erkennen kann. So wird einerseits eine Sicherheit erhöht, und kann andererseits ein weiter entferntes Objekt effektiv beleuchtet werden.
Mit anderen Worten, vorgeschlagen wird, unterschiedliche Lichtfarben, wie warmweißes Licht und/oder kaltweißes Licht, für unterschiedlichen Anforderungen je nach einem Bereich im Matrix-Lichtbild zu verwenden. Dies kann durch unterschiedliche LED-Farben umgesetzt sein. Die unterschiedlichen Lichtfarben, wie LED-Farben, können beispielsweise durch eine entsprechende Ausnutzung eines Farbshifts bei unterschiedlichen Stromstärken und/oder durch ein Verwenden von dezidierten Bauteilen, wie LEDs mit ausgewähltem Binning, realisiert werden.
Alle Ausführungsformen dieser Offenbarung können untereinander kombiniert und/oder einander ergänzend und/oder wechselseitig verstärkend verwendet werden, auch wenn dies nicht explizit beschrieben erwähnt ist.
Erfindungsgemäß und unabhängig vorsehbar ist ein Matrix-Scheinwerfer mit einer Matrix-Lichtquellenanordnung wie vorstehend beschrieben. Dieser Scheinwerfer weist die Effekte und Vorteile der jeweiligen Lichtquellenanordnung auf.
Ein Matrix-Scheinwerfer kann ferner zumindest eine Ansteuerungselektronik, zumindest einen Treiber, zumindest ein Gehäuse, zumindest eine Sekundäroptik, zumindest einen Sensor, wie eine Kamera zum Erfassen eines abgegebenen Lichts und/oder zumindest eine Reinigungsvorrichtung umfassen.
Der Matrix-Scheinwerfer kann zur Verwendung in einem Fahrzeug geeignet sein. Ein Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, wie ein Straßenfahrzeug und/oder ein Schienenfahrzeug, sein, sowie ein Wasserfahrzeug, eine Luftfahrzeug und/oder ein Raumfahrzeug. Besonders bevorzugt ist ein Kraftfahrzeug für den Straßenverkehr. Eine Eignung für eine Verwendung in einem Fahrzeug kann eine Eignung für einen Dauerbetrieb bei einer Temperatur zwischen -40°C bis +120°C, wie etwa bei 85°C, sein.
Vorzugsweise beinhaltet ein Bereich des Matrix-Scheinwerfers Lichtreichweite-erhöhend einen Fernlichtbereich. Ebenfalls bevorzugt sind Sichtbarkeit-erhöhend ein Tagfahrlicht, Erkennungsbereich-erhöhend ein Abblendlichtbereich und/oder Fahrtrichtung-anzeigend ein Fahrtrichtungsanzeigebereich. Diese beispielhafte Liste ist nicht abschließend.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

1 eine Matrix-Lichtquellenanordnung in schematischer perspektivische Darstellung, und
2 ein Spektraldiagramm zum Beschreiben der menschlichen Tagsehfähigkeit und Nachsehfähigkeit.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung.
Die 1 zeigt eine Matrix-Lichtquellenanordnung 1, die ein Teil eines nicht weiters dargestellten Matrix-Scheinwerfers ist. Die Matrix-Lichtquellenanordnung 1 umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen 2, welche als LED-Chips an einer gemeinsamen Leiterplatte 4 angeordnet sind, und eine Optik 6. Die Optik 6 umfasst eine Vielzahl von Tapern 8, welche jeweils einer der Lichtquellen 2 zugeordnet sind. Jeder Taper 8 kann Lichtquellen-seitig zur Effizienzsteigerung eine jeweilige Einkoppelgeometrie 10 nach dem TIR-Prinzip (totale interne Reflexion eines eingekoppelten Lichtstrahls an der Werkstoffgrenze) haben. Den Tapern 8 ist eine gemeinsame Auskoppellinse 12 nachgeschaltet.
Vorliegend ist über die gemeinsame Optik 8 jeder Lichtquelle 2 über einen Strahlengang bestimmbar ein diskreter Bereich 14 im schematisch angedeuteten Lichtbild 16 ermittelbar zugeordnet. Das Lichtbild 16 weist in diesem Fall der Einfachheit halber drei Bereiche 14 auf, nämlich zwei äußere Bereiche 18, welche endseitig eines inneren Bereichs 20 angeordnet sind. Bei der Ausführungsform ist jedem der Bereiche 14 eine Lichtquellengruppe 22 zugeordnet. Dabei sind äußere Lichtquellengruppen 24 den äußeren Bereichen 18 zugeordnet, und ist eine innere Lichtquellengruppe 26 dem inneren Bereich 20 zugeordnet. Die äußeren Bereiche 18 können jeweils oder gemeinsam als äußeres Lichtbild , ein peripherer Bereich oder dergleichen bezeichnet sein. Der innere Bereich 20 kann als inneres Lichtbild, ein zentraler Bereich oder dergleichen bezeichnet sein.
Eine Sehfähigkeit eines (nicht dargestellten) Betrachters bzw. eine Sichtbarkeit eines (nicht dargestellten) Objekts in dem zentralen Lichtbild bzw. inneren Bereich 20 wird erhöht, indem eine an die Anforderungen bzw. Eigenschaften des menschlichen Auges angepasste Lichtfarbe durch die Lichtquellen 2 der inneren Lichtquellengruppe 26 abgestrahlt wird. Durch die entsprechend gewählte Lichtfarbe kann dabei die erreichte Auflösung des menschlichen Auges erhöht werden.
Die bezüglich des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges angepasste Lichtfarbe wird vorliegend bei der Matrix-Lichtquellenanordnung 1 beispielsweise in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer in dem zentralen Bereich 20 des Lichtbildes 16 angewendet, sodass beispielsweise vorteilhaft eine Straße, ein Gegenverkehr und/oder ein vorausfahrendes Fahrzeug besonders leicht erkannt werden kann.
Die Lichtfarbe des inneren Bereichs 20 ist vorliegend ein der menschlichen V(lambda)-Kurve angepasstes Spektrum (Tagseh-Empfindlichkeitskurve, photopischer Bereich).
Die 2 zeigt ein Spektraldiagramm. Die Abszisse zeigt einen Wellenlängenbereich von ultraviolett zu infrarot. Die Ordinate zeigt eine normierte Empfindlichkeit. In dem Spektralbereich sind zwei beispielhafte Kennlinien d und n eingetragen. Die Kennlinie d ist ein Beispiel einer spektralen Einhüllenden, welche dem Tagsehen bzw. der Tagsehfähigkeit des menschlichen Auges entspricht. Mit anderen Worten, wenn ein Sonnenlicht oder ein Licht mit zumindest den Wellenlängen des Sonnenlichts vorliegt, ist ein menschliches Auge für die Wellenlängen gemäß der Kennlinie d empfindsam. Die Kennlinie n ist ein Beispiel einer spektralen Einhüllenden, welche dem Nachtsehen bzw. der Nachtsehfähigkeit des menschlichen Auges entspricht (skotopischer Bereich). Beim Nachtsehen ist die Empfindlichkeit des Auges also zu blauen Wellenlängen hin verschoben.
Die äußeren Bereichen 18 werden mit einer Lichtfarbe mit gegenüber dem inneren Bereich 20 erhöhten Anteil blauen Lichts innerhalb des normierten ECE-Farbfelds der Automobilindustrie beleuchtet. Die Lichtfarben der Bereiche 18 und 20 unterscheiden sich also. Sie sind mit geeigneten Mitteln, wie Augen oder Sensoren, ermittelbar zumindest hinsichtlich ihrer Wellenlänge verschieden.
Offenbart werden also eine Matrix-Lichtquellenanordnung 1 und ein Matrix-Scheinwerfer, deren Lichtquellen 2 Bereichen 14 eines Lichtbilds 16 zugeordnet sind, wobei zumindest zwei Bereiche 18, 20 unterschiedliche Lichtfarben aufweisen. Wenn ein innerer Bereich 20 mit einer Tageslicht-ähnlichen Lichtfarbe bestrahlt wird, erhöht dies die Auflösungsfähigkeit eines Betrachters. Wenn ein peripherer Bereich 18 mit einer blaueren Lichtfarbe bestrahlt wird, erhöht dies eine Konzentrationsfähigkeit eines Betrachters.
Bezugszeichenliste

Matrix-Lichtquellenanordnung	1
Lichtquelle	2
Leiterplatte	4
Optik	6
Taper	8
Einkoppelgeometrie	10
Auskoppellinse	12
Bereich	14
Lichtbild	16
äußerer Bereich	18
innerer Bereich	20
Lichtquellengruppe	22
äußere Lichtquellengruppe	24
innere Lichtquellengruppe	26
Kennlinien	d, n

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012223854 A1 [0030]
DE 102012201307 A1 [0030]
US 20160290856 [0030]
DE 102015213460 [0030]
DE 102015220838 [0030]

Claims

Matrix-Lichtquellenanordnung mit einer Vielzahl von Lichtquellen (2), die zum Lichtabgeben in diskrete Bereiche (16) angeordnet sind, wobei zumindest ein innerer Bereich (20) und zumindest ein zumindest dazu äußerer Bereich (18) mit unterschiedlichen Lichtfarben beleuchtbar sind.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß dem Anspruch 1, wobei die Lichtfarben in einem genormten Farbfeld liegen.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der innere Bereich (20) in einem Lichtbild (16) der Matrix-Lichtquellenanordnung (1) angeordnet ist, und/oder wobei der zumindest eine äußere Bereich (18) an einer Peripherie des Lichtbilds (16) der Matrix-Lichtquellenanordnung (1) angeordnet ist.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtfarbe zumindest eines Bereichs (14) der spektralen Einhüllenden (d) der menschlichen Tagsehfähigkeit oder der spektralen Einhüllenden (n) der menschlichen Nachtsehfähigkeit angepasst ist, sich aber noch innerhalb des ECE-Weißfeldes befindet.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lichtfarbe zumindest eines Bereichs (14) zumindest einen erhöhten Anteil blauen Lichts umfasst.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die dazu konfiguriert ist, dass die Lichtfarben abgestuft und/oder näherungsweise stufenlos ineinander übergehen.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lichtquellen (2) Licht emittierende Dioden (LEDs) sind.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lichtquellen (2) ihrem Binning gemäß zum Abgeben der unterschiedlichen Lichtfarben angeordnet sind.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die unterschiedlichen Lichtfarben durch eine unterschiedliche Ansteuerung der Lichtquellen (2) bewirkt werden.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die unterschiedliche Ansteuerung durch unterschiedliche Pulsweiten einer Pulsweitenmodulation (PWM), durch unterschiedliche elektrische Spannungen und/oder durch unterschiedliche elektrische Stromstärken erreicht wird.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest eine Lichtquelle (2) unabhängig von der oder den anderen Lichtquellen (2) zumindest einschaltbar und/oder ausschaltbar und vorzugsweise dimmbar ist.
Matrix-Lichtquellenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest einem Teil der Lichtquellen (2) eine gemeinsame Optik (8) nachgeschaltet ist.
Matrix-Scheinwerfer mit einer Matrix-Lichtquellenanordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
Matrix-Scheinwerfer gemäß dem der Anspruch 13, der zur Verwendung in einem Fahrzeug geeignet ist.
Matrix-Scheinwerfer gemäß einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei ein Bereich (14) ein Fernlichtbereich ist.