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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Beleuchtungsvorrichtung.
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Heutzutage kommen vermehrt Beleuchtungsvorrichtungen mit hohen elektrischen Leistungen zum Einsatz, wie z.B. Laserlichtquellen. Diese Beleuchtungsvorrichtungen bewirken zwar eine sehr gute Ausleuchtung, haben jedoch den Nachteil, dass sie zu Schädigungen der Augen von Personen führen können, die direkt in die Lichtquelle solcher Beleuchtungsvorrichtungen blicken. Dies ist im Besonderen auch dann problematisch, wenn die Beleuchtungsvorrichtung Licht im nicht-sichtbaren Bereich, z.B. im Infrarotbereich, aussendet. In diesem Fall existiert kein Pupillenreflex der Person, die in die Lichtquelle blickt. Bei Infrarotlichtquellen kann hierdurch eine Augenschädigung durch Wärmeeintrag auftreten, ohne dass dies die betreffende Person unmittelbar merkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Beleuchtungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, welche effizient die Augen einer Person vor dem Licht der Beleuchtungsvorrichtung schützen.
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Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw. das Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung kann in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Vorzugsweise ist sie jedoch zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wie z.B. einem PKW und gegebenenfalls auch einem LKW, vorgesehen. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine oder mehrere Lichtquellen, welche im Betrieb jeweils Lichtstrahlung in einen Raumbereich emittieren, welcher der jeweiligen Lichtquelle zugeordnet ist. Hier und im Folgenden ist unter Lichtstrahlung bzw. Licht nicht nur Licht im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich, sondern auch Licht in angrenzenden Wellenlängenbereichen, d.h. im Infrarotbereich bzw. Ultraviolettbereich, zu verstehen.
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Die Beleuchtungsvorrichtung beinhaltet ferner eine oder mehrere Detektionseinrichtungen, wobei jede Lichtquelle einer Detektionseinrichtung zugeordnet ist, welche zumindest einen Sensor umfasst, der einen Detektionsbereich abdeckt, der mit dem Raumbereich der Emission der Lichtstrahlung der zugeordneten Lichtquelle überlappt. In einer bevorzugten Variante entspricht dabei der Detektionsbereich dem Raumbereich. Ferner können einer Detektionseinrichtung gegebenenfalls auch mehrere Lichtquellen zugeordnet sein.
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Sofern im Folgenden und insbesondere in den Patentansprüchen Wechselwirkungen zwischen der Beleuchtungsvorrichtung und Komponenten eines Kraftfahrzeugs beschrieben werden, so ist dies immer dahingehend zu verstehen, dass die Wechselwirkung bei Anordnung bzw. Einbau der Beleuchtungsvorrichtung in dem Kraftfahrzeug auftritt. Die Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung, die die entsprechende Wechselwirkung mit dem Kraftfahrzeug bzw. Bauteilen des Kraftfahrzeugs haben, sind somit derart ausgestaltet, dass die Wechselwirkung bei Anordnung bzw. Einbau der Beleuchtungsvorrichtung im Kraftfahrzeug hervorgerufen wird.
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Eine jeweilige Detektionseinrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist dazu konfiguriert, die nachfolgend beschriebenen Schritte durchzuführen. Mit anderen Worten beinhaltet die Detektionseinrichtung eine geeignete Rechnereinheit, mit der in Kombination mit dem oder den Sensoren der Detektionseinrichtung die nachfolgend erläuterten Schritte ausgeführt werden.
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Mittels des zumindest einen Sensors der jeweiligen Detektionseinrichtung wird der Detektionsbereich überwacht und im Falle, dass der zumindest eine Sensor zumindest ein Auge einer Person innerhalb des (mit dem Detektionsbereich überlappenden) Raumbereichs der Emission der Lichtstrahlung der zugeordneten Lichtquelle detektiert, werden ein erster Vektor und ein zweiter Vektor ermittelt. Der erste Vektor hat dabei seinen Ursprung im Gesicht der Person und beschreibt die aktuelle Blickrichtung des zumindest einen Auges der Person oder die Blickrichtung des zumindest einen Auges unter der Annahme, dass die Person geradeaus schaut. Eine Person schaut dabei dann geradeaus, wenn der Augapfel in seiner Ruhestellung ohne Verdrehung durch Augenmuskulatur ist. Die entsprechenden Blickrichtungen können mit an sich bekannten Algorithmen, wie z.B. Objekterkennungsalgorithmen, bestimmt werden. Die Bestimmung der aktuellen Blickrichtung erfordert dabei eine genauere Erfassung des Gesichts der Person sowie mehr Rechenleistung im Vergleich zur Bestimmung der Blickrichtung unter der Annahme, dass die Person geradeaus schaut. Neben dem ersten Vektor wird als zweiter Vektor eine Emissionsrichtung eines Lichtstrahls der zugeordneten Lichtquelle ausgehend von einem Lichtaustrittspunkt der zugeordneten Lichtquelle hin zu dem Ursprung des ersten Vektors bestimmt. Je nach Ausgestaltung kann der Lichtaustrittspunkt unterschiedlich festgelegt werden. Vorzugsweise ist dieser Austrittspunkt mittig in einer entsprechenden Lichtaustrittsöffnung der Lichtquelle positioniert.
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Stellt die jeweilige Detektionseinrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung fest, dass der Winkel zwischen dem ersten Vektor und dem zweiten Vektor einen Grenzwert überschreitet, der 90° oder größer ist, löst die Detektionseinrichtung ein Abdimmen oder ein Abschalten der zugeordneten Lichtquelle zumindest in einer Umgebung um den zweiten Vektor aus. Gegebenenfalls kann auch die gesamte Lichtquelle abgeschaltet bzw. geeignet abgedimmt werden. De obige Winkel ist dabei der kleinere bzw. kleinste Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Vektor, wenn sich die Ursprünge beider Vektoren an der gleichen Position befinden.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass einfach und effizient die potentielle Gefahr einer Augenschädigung über die Ermittlung der Blickrichtung einer Person relativ zu einer entsprechenden Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung bestimmt werden kann. Die Erfindung kann dabei sowohl für Lichtquellen im sichtbaren Bereich als auch für Lichtquellen im nicht-sichtbaren Bereich, d.h. im Infrarotbereich und/oder im Ultraviolettbereich, eingesetzt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt der obige Grenzwert, bei dessen Überschreiten ein Abdimmen bzw. Ausschalten der zugeordneten Lichtquellen ausgelöst wird, zwischen 90° und 120°, insbesondere zwischen 90° und 110° oder zwischen 90° und 100°. Hierdurch wird in geeigneter Weise die Größe des menschlichen Gesichtsfelds von in etwa 150° berücksichtigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Lichtquelle oder Lichtquellen zumindest eine Laserlichtquelle. Laserlichtquellen haben in der Regel eine hohe Lichtleistung und damit eine größere Gefahr einer Augenschädigung beim Hineinblicken in eine solche Lichtquelle. In einer weiteren bevorzugten Variante umfassen die Lichtquelle oder Lichtquellen der Beleuchtungsvorrichtung zumindest eine Lichtquelle mit einer Betriebsleistung von 0,5 W oder mehr, insbesondere von 3 W oder mehr. Ab solchen Leistungen besteht eine erhöhte Gefährdung im Hinblick auf Augenschädigungen bei Blickrichtung in die Lichtquelle.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der zumindest eine Sensor der jeweiligen Detektionseinrichtung eine Kamera, welche Licht im Wellenlängenbereich der zugeordneten Lichtquelle erfasst.
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Bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug können die Beleuchtungsvorrichtung bzw. deren Lichtquellen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Lichtquelle oder Lichtquellen jedoch zur Installation im Innenraum des Kraftfahrzeugs vorgesehen, um jeweils Licht in einen zugeordneten Raumbereich im Innenraum des Kraftfahrzeugs zu emittieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt das zumindest eine Auge, für das die Blickrichtung ermittelt wird, ein Augenpaar dar und der Ursprung des ersten Vektors ist im Wesentlichen die Mitte der Verbindungslinie zwischen den Augen des Augenpaars.
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Neben der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsvorrichtung, welche insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eine oder mehrere Lichtquellen umfasst, welche im Betrieb jeweils Lichtstrahlung in einen Raumbereich emittieren, welcher der jeweiligen Lichtquelle zugeordnet ist. Ferner beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung eine oder mehrere Detektionseinrichtungen, wobei jede Lichtquelle einer Detektionseinrichtung zugeordnet ist, welche zumindest einen Sensor umfasst, der einen Detektionsbereich abdeckt, der mit dem Raumbereich der Emission der Lichtstrahlung der zugeordneten Lichtquelle überlappt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch eine jeweilige Detektionseinrichtung die nachfolgend beschriebenen Schritte durchgeführt.
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Der Detektionsbereich wird mittels des zumindest einen Sensors überwacht und im Falle, dass der zumindest eine Sensor zumindest ein Auge einer Person innerhalb des (mit dem Detektionsbereich überlappenden) Raumbereichs der Emission der Lichtstrahlung der zugeordneten Lichtquelle detektiert, werden ein erster Vektor und ein zweiter Vektor ermittelt, wobei der erste Vektor seinen Ursprung im Gesicht der Person hat und die aktuelle Blickrichtung des zumindest einen Auges oder die Blickrichtung des zumindest einen Auges unter der Annahme beschreibt, dass die Person geradeaus schaut. Demgegenüber beschreibt der zweite Vektor eine Emissionsrichtung eines Lichtstrahls der zugeordneten Lichtquelle ausgehend von einem Lichtaustrittspunkt der zugeordneten Lichtquelle hin zu dem Ursprung des ersten Vektors. Falls der Winkel zwischen dem ersten Vektor und dem zweiten Vektor einen Grenzwert überschreitet, der 90° oder größer ist, wird ein Abdimmen oder ein Ausschalten der zugeordneten Lichtquelle zumindest in einer Umgebung um den zweiten Vektor ausgelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zum Betrieb einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung genutzt.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine oder mehrere erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt in schematischer Darstellung die Wechselwirkung einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Insassen in einem Kraftfahrzeug.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft basierend auf einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die im Innenraum des Kraftfahrzeugs verbaut ist. 1 zeigt dabei einen Insassen P im Innenraum des Kraftfahrzeugs, wobei weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie Sitz, Windschutzscheibe und dergleichen, aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen worden sind. Lediglich die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ist durch den Pfeil F angedeutet. Gemäß 1 sitzt der Insasse in Fahrtrichtung. Es ist jedoch auch möglich, dass der Insasse entgegen der Fahrtrichtung sitzt.
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Bei dem Insassen P kann es sich um eine beliebige Person im Innenraum des Kraftfahrzeugs handeln. Vorzugsweise ist die Person der Beifahrer oder ein Fondpassagier. Nichtsdestotrotz kann der Insasse ggf. auch der Fahrer des Kraftfahrzeugs sein, z.B. wenn das Kraftfahrzeug autonom fährt. Oberhalb des Insassen P befindet sich eine Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, die eine Lichtquelle 1 sowie eine Detektionseinrichtung 2 umfasst. Mittels der Lichtquelle 1 wird ein Raumbereich RB in der Form eines Lichtkegels vor dem Insassen durch sichtbares Licht ausgeleuchtet. Die Grenzen des Lichtkegels sind durch entsprechende Linien L1 und L1' in 1 angedeutet. Die Erfindung ist nicht auf sichtbare Lichtquellen beschränkt. Insbesondere kann die Lichtquelle gegebenenfalls auch Licht im Infrarotbereich vor dem Insassen P projizieren, wobei dieses Licht z.B. im Rahmen einer Gestenerkennung genutzt werden kann. Hierfür ist im Dachhimmel ein Infrarotsensor bzw. eine Infrarotkamera verbaut, welche Reflexionen am Körper des Insassen erfasst und hierüber mittels eines geeigneten Algorithmus Gesten erkennen kann.
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Zur guten Ausleuchtung des Bereichs vor dem Insassen wird als Lichtquelle 1 eine Laserprojektionsvorrichtung mit relativ hoher Leistung verwendet. Dies führt zu dem Problem, dass unter Umständen die Augen A des Insassen P geschädigt werden können, wenn der Insasse direkt in den Lichtaustritt der Laserprojektionsvorrichtung hineinschaut. Um dies zu vermeiden, wird die bereits oben erwähnte Detektionseinrichtung 2 genutzt. Diese Detektionseinrichtung umfasst einen Sensor in der Form einer Kamera 3, welche Licht im Wellenlängenbereich der Lichtquelle 1 erfasst. Je nach Ausführungsform kann die Kamera eine TOF-Kamera (TOF = Time of Flight) oder auch eine Mono- oder Stereokamera oder ein Lidar (Lidar = light detection and ranging) sein. In der Detektionseinrichtung 2 ist ferner eine Rechnereinheit enthalten, welche die mit der Kamera 3 erfassten Bilder auswertet. Der Erfassungsbereich der Kamera 3 ist wiederum ein Kegel, der in 1 durch die Begrenzungslinien L2 und L2' angedeutet ist und ferner als Detektionsbereich DB bezeichnet ist. Der Detektionsbereich DB überlappt dabei mit dem Raumbereich RB.
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Mit an sich bekannter Objekterkennungssoftware erkennt die Detektionseinrichtung 2 durch Auswertung der erfassten Bilder der Kamera 3, wenn sich die Augen bzw. das Augenpaar A des Insassen P in dem Teil des Raumbereichs RB befinden, der von dem Detektionsbereich DB abgedeckt wird. Ist dies der Fall, besteht eine potentielle Gefahr einer Augenschädigung, sofern der Insasse P in den Lichtaustritt der Lichtquelle 1 hineinschaut. Mit einem entsprechenden Algorithmus in der Detektionseinrichtung bzw. deren Rechnereinheit wird nunmehr ermittelt, wenn durch entsprechende Kopfbewegung des Insassen P die erhöhte Gefahr besteht, dass dieser von unten in den Lichtaustritt der Lichtquelle 1 hineinschaut.
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Um diese Gefahr zu ermitteln, berechnet die Detektionseinrichtung 2 den Vektor V1 aus dem detektierten Paar der Augen A. Der Vektor V1 erstreckt sich dabei senkrecht aus dem Gesicht des Benutzers an der mittleren Position der Verbindungslinie zwischen den beiden Augen A. Er stellt somit die Blickrichtung des Insassen P unter der Annahme dar, dass der Insasse geradeaus schaut. Gegebenenfalls ist es auch möglich, die aktuelle Blickrichtung des Insassen P durch Analyse der genauen Position der Augäpfel zu ermitteln. Hierzu wird jedoch eine Kamera mit hoher Auflösung und ausreichend Rechenleistung in der Rechnereinheit der Detektionseinrichtung benötigt.
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Nach der Bestimmung des Vektors V1 wird ausgehend von einem vorgegebenen Austrittspunkt der Lichtstrahlung aus der Lichtquelle 1 ein Vektor V2 bestimmt. Dieser Vektor erstreckt sich vom Austrittspunkt aus der Lichtquelle hin zum Ursprung des Vektors V1, d.h. zu dem Mittelpunkt der Verbindungslinie zwischen den Augen A des Insassen P. Der Lichtaustrittspunkt, von dem der Vektor V2 ausgeht, kann unterschiedlich definiert sein. Vorzugsweise ist er derart gewählt, dass er sich aus dem Mittelpunkt der entsprechenden Lichtaustrittsöffnung der Lichtquelle 1 erstreckt. Basierend auf dem Winkel α zwischen den Vektoren V1 und V2 wird anschließend bestimmt, ob eine erhöhte Augengefährdung durch das Licht der Lichtquelle 1 vorliegt. Der Winkel α ist dabei der kleinere bzw. kleinste Winkel zwischen den Vektoren V1 und V2, wenn die Ursprünge beider Vektoren an der gleichen Position angeordnet werden.
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Für den Winkel α ist ein Grenzwert GW definiert, der unter Berücksichtigung des Gesichtsfelds eines Menschen festgelegt ist. Dieses Gesichtsfeld erstreckt sich gemäß 1 ausgehend von dem Vektor V1 um etwa 80° nach unten und um etwa 70° nach oben. Die Begrenzung des Gesichtsfelds ist in 1 durch die Linien L3 bzw. L3' angedeutet. Unter Berücksichtigung dieses Gesichtsfelds tritt dann eine Augengefährdung auf, wenn das Gesichtsfeld in den Bereich der Lichtquelle 1 gelangt, was dann der Fall ist, wenn die Linie L3 parallel zum Vektor V2 verläuft. Dies entspricht gemäß dem dargestellten Gesichtsfeld von 150° einem Winkel α von 110°. Auf diesen Wert wird der Grenzwert GW festgelegt. Sollte der Winkel α diesen Grenzwert überschreiten, besteht eine Augengefährdung durch das Licht der Lichtquelle 1. Wird demzufolge durch die Detektionseinrichtung 2 ermittelt, dass der Winkel α 110° überschreitet, wird durch die Detektionseinrichtung 2 ein Signal ausgegeben, dass das Abschalten der Lichtquelle 1 solange bewirkt, bis der Insasse P wieder in eine Richtung schaut, in der keine Gefährdung für seine Augen A besteht.
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Alternativ ist es auch möglich, dass bei Überschreiten des Grenzwerts GW die Lichtquelle 1 gedimmt wird, so dass keine Gefahr für die Augen des Insassen P besteht.
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Die im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird effizient eine Augenschädigung eines Insassen eines Kraftfahrzeugs dadurch vermieden, dass ermittelt wird, wenn eine Gefahr dahingehend besteht, dass der Insasse in eine Lichtquelle im Innenraum schaut. Die Erfindung kann dabei sowohl für sichtbare Lichtquellen als auch für Lichtquellen im nicht-sichtbaren Bereich genutzt werden. Beispielsweise kann auch für nicht-sichtbare Infrarotlichtquellen bestimmt werden, wenn ein Insasse in diese Lichtquellen schaut. Obwohl Infrarotlichtquellen nicht sichtbar sind, können diese durch Wärmeeintrag zu einer Schädigung des Auges führen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Detektionseinrichtung
- 3
- Kamera
- F
- Fahrtrichtung
- P
- Insasse
- A
- Auge
- V1, V2
- Vektoren
- RB
- Raumbereich
- DB
- Detektionsbereich
- α
- Winkel
- GW
- Grenzwert
- L1, L1', L2, ..., L3'
- Linien
