DE102019113406A1

DE102019113406A1 - Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019113406A1
Application number: DE102019113406.4A
Authority: DE
Inventors: Helmut Erdl; Abdelmalek Hanafi
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2020-11-26
Also published as: CN113574313A; US11803048B2; CN113574313B; WO2020234063A1; US20220146817A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Lichtquelle (2) zur Erzeugung von sichtbarem Licht und einen MEMS-Scanner (3), der ein MEMS-Bauteil mit einem Halbleiterchip beinhaltet, in dem ein einzelner verkippbarer Spiegel (4) integriert ist, wobei ein Lichtspot (LS), der mittels der Beleuchtungsvorrichtung (1) in einem Abstand von dieser generiert wird, über eine Scanbewegung des Spiegels (4) bewegt werden kann. In der Beleuchtungsvorrichtung (1) ist eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen, mit welcher die Beleuchtungsvorrichtung (1) in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden kann, in dem der Lichtspot (LS) aus Licht der angeschalteten ersten Lichtquelle (2) generiert wird und der MEMS-Scanner (3) einen Vektorscan durchführt, um eine vorgegebene Lichtverteilung (LV) mittels der Bewegung des Lichtspots (LS) zu erzeugen. Im Vektorscan wird die Scanbewegung des Spiegels (4) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Lichtverteilung (LV) variiert. Die Steuereinrichtung (7) ist ferner dazu eingerichtet, die Beleuchtungsvorrichtung (1) in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, in dem der MEMS-Scanner (3) einen Rasterscan durchführt, bei dem der Spiegel (4) zueinander versetzte Linearbewegungen mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung ausführt. Darüber hinaus ist eine Sensoreinrichtung (6) vorgesehen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie im zweiten Betriebsmodus Lichtstrahlung, welche aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammt und auf den Spiegel (4) fällt, als Sensordaten erfasst, wobei die Steuereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie über die Auswertung der Sensordaten eine Objekterkennung durchführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in einem Kraftfahrzeug eine scannende Beleuchtungsvorrichtung zu verwenden, bei der über eine Scanbewegung ein oder mehrere Lichtbündel einer Lichtquelle abgelenkt werden und hierüber ein Lichtspot bewegt wird, um eine vorbestimmte Lichtverteilung, wie z.B. ein Abblendlicht, zu generieren. In solchen Beleuchtungsvorrichtungen kommen häufig MEMS-Scanner (MEMS = Micro-Electro-Mechanical System) zum Einsatz, bei denen die Ablenkung der entsprechenden Lichtbündel über einen in einem Halbleiterchip integrierten, kontinuierlich bewegbaren Spiegel erfolgt.
Aus der Druckschrift WO 2018/162222 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem MEMS-Scanner bekannt, der als Vektorscanner betrieben wird. In diesem Betrieb wird die Scanbewegung des darin verbauten Spiegels variiert, um hierdurch nur beleuchtete Bereiche der Lichtverteilung abzufahren.
Scannende Beleuchtungsvorrichtungen mit MEMS-Scannern ermöglichen zwar die Generierung von Lichtverteilungen mit hohen Lichtstärken, stellen jedoch keine Betriebsmodi zur Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs zur Verfügung.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem MEMS-Scanner zu schaffen, welche neben einer Beleuchtungsfunktion auch eine Sensorfunktion übernimmt.
Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist zur Integration in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Sofern im Folgenden und insbesondere in den Patentansprüchen Wechselwirkungen zwischen der Beleuchtungsvorrichtung bzw. Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung und dem Kraftfahrzeug bzw. seiner Umgebung 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 eine entsprechende Wechselwirkung mit dem Kraftfahrzeug bzw. dessen Bauteilen bzw. dessen Umgebung haben, sind somit derart ausgestaltet, dass die Wechselwirkung bei Anordnung bzw. Einbau der Beleuchtungsvorrichtung im Kraftfahrzeug hervorgerufen wird.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine erste Lichtquelle zur Erzeugung von sichtbarem Licht und einen MEMS-Scanner, der ein MEMS-Bauteil mit einem Halbleiterchip beinhaltet, in dem ein einzelner verkippbarer Spiegel integriert ist, wobei ein Lichtspot, der mittels der Beleuchtungsvorrichtung in einem Abstand von dieser generiert wird, über eine Scanbewegung des Spiegels, bei welcher der Spiegel kontinuierlich verkippt wird, bewegt werden kann. MEMS-Bauteile sind dabei an sich aus dem Stand der Technik bekannt. In einer bevorzugten Variante weist der Spiegel in Draufsicht eine maximale Ausdehnung zwischen 1 mm und 6 mm auf. Zur Verkippung des Spiegels im MEMS-Bauteil kann eine an sich bekannte Aktorik verwendet werden, z.B. eine elektrostatische und/oder magnetische Aktorik und/oder eine Piezoaktorik. Aufgrund des Merkmals der kontinuierlichen Verkippung sowie der Verwendung eines einzelnen Spiegels unterscheidet sich der in der Erfindung verwendete MEMS-Scanner von digitalen Lichtmodulatoren aus Mikrospiegeln, bei denen die Spiegel nur zwei diskrete Positionen einnehmen können.
In der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, mit welcher die Beleuchtungsvorrichtung in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden kann, in dem der Lichtspot aus Licht der angeschalteten ersten Lichtquelle generiert wird und der MEMS-Scanner einen Vektorscan durchführt, um eine vorgegebene Lichtverteilung mittels der Bewegung des Lichtspots zu erzeugen. Der Vektorscan zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Scanbewegung des Spiegels in Abhängigkeit von der vorgegebenen Lichtverteilung so variiert wird, dass jeder zusammenhängende Bereich in der Lichtverteilung durch den Lichtspot bei kontinuierlich angeschalteter erster Lichtquelle abgefahren wird. Mit anderen Worten bleibt der Lichtspot beim Vektorscan im Wesentlichen durchgängig angeschaltet. Lediglich im Falle, dass mehrere voneinander getrennte zusammenhängende Bereiche in der Lichtverteilung vorliegen, kann die erste Lichtquelle und damit der Lichtspot kurzzeitig abgeschaltet werden, um zwischen den Bereichen zu wechseln. Durch den Betrieb des MEMS-Scanners in einem Vektorscan kann eine Lichtverteilung mit hoher Beleuchtungsstärke erzeugt werden. Je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung können unterschiedliche Lichtverteilungen, z.B. am Boden in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, generiert werden. Vorzugsweise umfasst die Lichtverteilung ein vorgegebenes Lichtmuster und/oder eine Symbolik in der Form von textuellen und/oder grafischen Elementen.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Beleuchtungsvorrichtung in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, in dem der MEMS-Scanner einen Rasterscan durchführt, bei dem der Spiegel zueinander versetzte Linearbewegungen (d.h. geradlinige Bewegungen) mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung ausführt. Vorzugsweise ist die erste Lichtquelle in diesem zweiten Betriebsmodus abgeschaltet. Ferner ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie im zweiten Betriebsmodus Lichtstrahlung, welche aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammt und auf den Spiegel fällt, als Sensordaten erfasst. Die Steuereinrichtung ist ferner derart ausgestaltet, dass sie über die Auswertung der Sensordaten eine Objekterkennung durchführt. Diese Objekterkennung wird in einer Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung im ersten Betriebsmodus deaktiviert. Vorzugsweise wird in diesem Fall auch die Sensoreinrichtung deaktiviert. Der Begriff der Steuereinrichtung ist hier und im Folgenden weit zu verstehen. Insbesondere muss es sich bei der Steuereinrichtung nicht um ein einzelnes Steuergerät handeln, sondern die Funktionen der Steuereinrichtung können auch auf mehrere Geräte verteilt sein.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung hat den Vorteil, dass auf einfache Weise unter Verwendung eines MEMS-Scanners eine Lichtverteilung mit hoher Leuchtdichte über einen Vektorscan generiert werden kann. Gleichzeitig wird eine Sensorfunktion im Rasterscan-Betrieb des MEMS-Scanners bereitgestellt, wodurch Sensordaten von einem großen Ausschnitt der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst werden können. Durch die Verwendung eines MEMS-Bauteils wird darüber hinaus ein kompakter Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung erreicht. Ferner besteht gegebenenfalls die Möglichkeit, dass mittels der ersten Lichtquelle eine Kalibrierung der Sensoreinrichtung vorgenommen wird, denn die erste Lichtquelle und die Sensoreinrichtung wechselwirken mit dem gleichen M EMS-Scanner.
In einer Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung wird im zweiten Betriebsmodus überhaupt kein Licht durch die Beleuchtungsvorrichtung ausgesendet. Vielmehr wird durch die Sensoreinrichtung lediglich passiv die Umgebung des Kraftfahrzeugs detektiert. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist im zweiten Betriebsmodus die erste Lichtquelle oder eine (sich von der ersten Lichtquelle unterscheidende) zweite Lichtquelle angeschaltet, um den Lichtspot zu generieren und mittels des Rasterscans des MEMS-Scanners zu bewegen. Dabei wird von dem Lichtspot stammendes Licht, das zu der Beleuchtungsvorrichtung durch Interaktion mit der Umgebung zurückgeworfen wird und auf den Spiegel fällt, als zumindest ein Teil der Sensordaten durch die Sensoreinrichtung erfasst. Auf diese Weise wird eine aktive Detektion der Umgebung des Kraftfahrzeugs erreicht. Im zweiten Betriebsmodus ist vorzugsweise entweder die erste Lichtquelle oder die zweite Lichtquelle (sofern vorhanden) angeschaltet. Nichtsdestotrotz ist es nicht ausgeschlossen, dass im zweiten Betriebsmodus beide Lichtquellen angeschaltet sind.
Vorzugsweise ist die zweite Lichtquelle der soeben beschriebenen Ausführungsform dazu eingerichtet, Licht im nicht-sichtbaren Spektrum, insbesondere Infrarotlicht, und hierdurch einen nicht-sichtbaren Lichtspot zu erzeugen. Auf diese Weise ist der Vorgang der Detektion der Umgebung um das Kraftfahrzeug nicht für einen menschlichen Betrachter sichtbar. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung ausschließlich zur Detektion des nicht-sichtbaren Lichts eingerichtet, das durch die zweite Lichtquelle erzeugt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle und/oder die weiter unten beschriebene weitere Lichtquelle jeweils eine LED-Lichtquelle aus einer oder mehreren LEDs oder gegebenenfalls auch eine Laserlichtquelle aus einer oder mehreren Laderdioden. In gleicher Weise kann auch die oben genannte zweite Lichtquelle eine LED-Lichtquelle oder eine Laserlichtquelle sein.
In einer besonders bevorzugten Variante der obigen Ausführungsform ist die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle und/oder die weitere Lichtquelle jeweils eine RGB-Lichtquelle. Diese umfasst eine rote LED, eine grüne LED und eine blaue LED im Falle, dass die erste bzw. zweite bzw. weitere Lichtquelle eine LED-Lichtquelle ist. Falls die erste bzw. zweite bzw. weitere Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist, umfasst sie eine rote Laserdiode, eine grüne Laserdiode und eine blaue Laserdiode.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Lichtquelle, der MEMS-Scanner und die Sensoreinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut, so dass wesentliche Bestandteile der Beleuchtungsvorrichtung in einem kompakten Lichtmodul enthalten sind. Gegebenenfalls kann auch die Steuereinrichtung und/oder die zweite Lichtquelle und/oder die weiter unten beschriebene weitere Lichtquelle in diesem Modul integriert sein.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Beleuchtungsvorrichtung in einem dritten Betriebsmodus zu betreiben, in dem der MEMS-Scanner einen Rasterscan durchführt, bei dem analog zu dem obigen Rasterscan der Spiegel zueinander versetzte Linearbewegungen mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung ausführt. Der dritte Betriebsmodus zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Lichtquelle oder eine weitere (sich von der ersten Lichtquelle unterscheidende) Lichtquelle, die sichtbares Licht erzeugt, angeschaltet ist, um den Lichtspot zu generieren und mittels des Rasterscans des MEMS-Scanners zur Erzeugung einer vorbestimmten Lichtverteilung zu bewegen. Diese vorbestimmte Lichtverteilung wird somit im Unterschied zu der vorgegebenen Lichtverteilung über einen Rasterscan generiert. Die Beleuchtungsstärke dieser Lichtverteilung ist dabei in der Regel geringer als beim Vektorscan, da die entsprechende Lichtquelle immer dann temporär deaktiviert wird, wenn die Scanbewegung gerade einen dunklen Bereich abfährt, in dem keine Lichtverteilung generiert werden soll. Im dritten Betriebsmodus ist vorzugsweise entweder die erste Lichtquelle oder die weitere Lichtquelle (sofern vorhanden) angeschaltet. Nichtsdestotrotz ist es nicht ausgeschlossen, dass im dritten Betriebsmodus beide Lichtquellen angeschaltet sind.
Gegebenenfalls kann die weitere Lichtquelle der obigen Ausführungsform mit der oben beschriebenen zweiten Lichtquelle übereinstimmen, sofern diese sichtbares Licht generiert. Unter Umständen können der zweite und der dritte Betriebsmodus zusammenfallen, so dass im Rasterscan des MEMS-Scanners sowohl eine Sensorfunktion mit Objekterkennung als auch eine Beleuchtungsfunktion realisiert werden. Ebenso kann im dritten Betriebsmodus ausschließlich eine Beleuchtungsfunktion bereitgestellt sein. In diesem Fall ist im dritten Betriebsmodus die Objekterkennung der Steuereinrichtung und ggf. auch der Betrieb der Sensoreinrichtung deaktiviert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie bei Empfang eines Signals, das im Kraftfahrzeug ausgelöst durch die Annäherung einer Person an das Kraftfahrzeug generiert wird, die Beleuchtungsvorrichtung aus einem inaktiven Zustand in einen Betriebszustand, insbesondere in den ersten oder zweiten oder dritten Betriebsmodus, versetzt. Das Signal kann beispielsweise in an sich bekannter Weise durch die Detektion eines Zugangstokens nach Art eines kontaktlosen Schlüssels ausgelöst werden, wobei der Zugangstoken von der Person, die sich dem Kraftfahrzeug nähert, mitgeführt wird. Der Zugangstoken ermöglicht es, dass die Person das Kraftfahrzeug in Betrieb nimmt. Der Zugangstoken kann ggf. auch ein Mobilfunkgerät, wie z.B. ein Smartphone, darstellen.
In einer bevorzugten Variante der obigen Ausführungsform ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie die Beleuchtungsvorrichtung bei Empfang des Signals zunächst in den zweiten Betriebsmodus versetzt, bis sie die sich annähernde Person über die Auswertung der Sensordaten mittels der Objekterkennung erkennt, woraufhin die Steuereinrichtung die Beleuchtungsvorrichtung in den ersten oder dritten Betriebsmodus versetzt, um die vorgegebene oder vorbestimmte Lichtverteilung zu erzeugen. Die Lichtverteilung wird dabei vorzugsweise am Boden benachbart zu der sich annähernden Person generiert. Hierdurch kann ein ansprechendes Willkommensszenario für die sich annähernde Person erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie im Rahmen der Objekterkennung ein Mobilfunkgerät in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erkennen kann, wobei die Steuereinrichtung bei der Erkennung eines Mobilfunkgeräts den Spiegel des MEMS-Scanners zum Mobilfunkgerät ausrichtet, so dass von dem Mobilfunkgerät stammende Lichtstrahlung mit darin enthaltener Information durch die Sensoreinrichtung empfangen wird. Die Steuereinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie die Information aus der Lichtstrahlung ausliest und weiterverarbeitet. Die empfangene Lichtstrahlung ist vorzugsweise eine Lichtstrahlung im nicht-sichtbaren Spektrum, insbesondere Infrarotlichtstrahlung. Mit dieser Ausführungsform übernimmt die Beleuchtungsvorrichtung auch die Funktion des Empfangs von Kommunikationssignalen. Unter einem Mobilfunkgerät ist ein beliebiges tragbares Gerät zu verstehen, das in einem Mobilfunknetz kommunizieren kann. Insbesondere handelt es sich bei dem Mobilfunkgerät um ein Mobiltelefon, insbesondere ein Smartphone, oder ein Tablet oder ein Laptop.
In einer bevorzugten Variante der obigen Ausführungsform umfasst die in der Lichtstrahlung enthaltene Information Bilddaten, die ein Bild beschreiben. Die Steuereinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie im Rahmen der Weiterverarbeitung den MEMS-Scanner im ersten Betriebsmodus oder dritten Betriebsmodus so betreibt, dass das Bild als vorgegebene oder vorbestimmte Lichtverteilung, vorzugsweise am Boden in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, erzeugt wird. Mit dieser Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann eine personalisierte Darstellung einer Lichtverteilung basierend auf den Informationen eines Mobilfunkgeräts erreicht werden. Vorzugsweise ist auf dem Mobilfunkgerät eine App installiert, über welche der Benutzer festlegen kann, welche Bilddaten zur Beleuchtungsvorrichtung übermittelt werden sollen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie mittels der Objekterkennung eine Person erkennen kann, welche in Richtung zur Beleuchtungsvorrichtung blickt. Die Steuereinrichtung reduziert bei der Erkennung einer solchen Person die Lichtleistung der ersten Lichtquelle und ggf. auch der zweiten und/oder weiteren Lichtquelle bei deren Betrieb. Auf diese Weise werden Augenschädigungen der Person durch das Licht der entsprechenden Lichtquelle vermieden.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung kann je nach Ausführungsform verschiedene Funktionen im Kraftfahrzeug übernehmen. In einer Variante umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtung eine Umfeldbeleuchtungseinrichtung, um die vorgegebene Lichtverteilung im Umfeld des Kraftfahrzeugs zu generieren. Unter Umfeld des Kraftfahrzeugs ist dabei der Bereich mit einem Abstand von max. 15 m von der Einbauposition der Beleuchtungsvorrichtung im Kraftfahrzeug zu verstehen. In einer weiteren Variante umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung einen Scheinwerfer, der dazu eingerichtet ist, als vorgegebene Lichtverteilung eine Abblendlicht- und/oder Fernlichtverteilung zu generieren. Ebenso kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung eine Fahrzeugsignalleuchte umfassen, insbesondere ein Rücklicht und/oder ein Bremslicht. Die Fahrzeugsignalleuchte ist dazu eingerichtet, eine Signalfunktion durch die vorgegebene Lichtverteilung zu erzeugen.
Neben der obigen Beleuchtungsvorrichtung betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, welches eine oder mehrere erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten dieser Beleuchtungsvorrichtungen umfasst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
Im Folgenden wird eine Variante der Erfindung anhand einer Kraftfahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung erläutert, die als Umfeldbeleuchtungseinrichtung dient und im Nahbereich von bis zu 15 m um das Kraftfahrzeug Lichtverteilungen am Boden generieren kann. Insbesondere kann dabei als Lichtverteilung eine Symbolik, wie z.B. eine Grafik bzw. ein Logo, oder ein anderes vorbestimmtes Lichtmuster erzeugt werden.
Die Beleuchtungsvorrichtung 1 der 1 umfasst eine RGB-Lichtquelle 2, die drei Halbleiterdioden mit roter, grüner und blauer Emissionsfarbe umfasst. Die Halbleiterdioden können je nach Ausführungsform herkömmliche LEDs und gegebenenfalls auch Laserdioden sein. Mit der Lichtquelle 2 wird sichtbares Licht in der Form von Weißlicht generiert, wobei durch geeignete Ansteuerung der Halbleiterdioden gegebenenfalls auch Licht mit einer anderen Farbe im sichtbaren Spektrum erzeugt werden kann. Die Lichtquelle 2 entspricht einer ersten Lichtquelle im Sinne der Patentansprüche.
Der Strahlengang des sichtbaren Lichts der Lichtquelle 2 ist in 1 durch gestrichelte Linien angedeutet, welche die Begrenzung des von der Lichtquelle 2 stammenden Lichtbündels verdeutlichen. Das Licht der Lichtquelle 2 geht durch eine Kollimatorlinse 8 und einen Strahlteiler 10 und fällt anschließend auf einen MEMS-Scanner 3, der einen einzelnen verkippbaren Spiegel 4 umfasst, wobei die Verkippung des Spiegels mit dem Doppelpfeil P angedeutet ist. Der MEMS-Scanner 3 ist ein an sich bekanntes MEMS-Bauteil, bei dem der Spiegel 4 in einem Halbleiterchip integriert ist.
Das von der Lichtquelle 2 stammende Lichtbündel fällt nach Passieren des Spiegels 4 auf eine Austrittsoptik, die eine Konkavlinse 12 sowie eine Kollimatorlinse 13 umfasst. Die Kollimatorlinse 8 erzeugt in der Zwischenbildebene ZE ein virtuelles Bild, das als Lichtspot LS am Boden in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erscheint. Durch eine geeignete Scanbewegung des Spiegels 4 kann der Lichtspot LS schnell am Boden bewegt werden, wodurch eine erwünschte Lichtverteilung LV generiert werden kann, die in 1 nicht näher dargestellt ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung 1 der 1 umfasst eine weitere Lichtquelle 5, die einer zweiten Lichtquelle im Sinne der Patentansprüche entspricht. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugt diese Lichtquelle Infrarotlicht. Vorzugsweise ist die Lichtquelle 5 eine LED-Lichtquelle mit einer oder mehreren Infrarot-LEDs. Das Licht dieser Lichtquelle 5 wird über einen Strahlteiler 11 und eine Kollimatorlinse 9 hin zu dem Strahlteiler 10 gerichtet. Dieser Strahlverlauf ist in 1 durch gepunktete Linien angedeutet, welche die Begrenzung des entsprechenden Lichtbündels anzeigen. Nach Passieren des Strahlteilers 10 entspricht der Strahlverlauf des von der Lichtquelle 5 stammenden Lichts dem Strahlverlauf des von der Lichtquelle 2 stammenden Lichts, der durch gestrichelte Linien wiedergegeben ist. Demzufolge verläuft die Lichtstrahlung des von der Lichtquelle 5 stammenden Lichts ebenfalls hin zu dem Spiegel 4 des MEMS-Scanners 3, wodurch wiederum ein Lichtspot LS generiert wird, der nunmehr jedoch durch die Verwendung der Infrarot-Lichtquelle 5 für einen Betrachter nicht sichtbar ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung der 1 umfasst ferner eine Sensoreinrichtung 6, mit der in der hier beschriebenen Ausführungsform ausschließlich Infrarotlicht detektiert werden kann. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinrichtung 6 eine oder mehrere Photodioden. Mit der Sensoreinrichtung 6 wird bei angeschalteter Lichtquelle 5 das Infrarotlicht detektiert, das als Lichtspot in die Umgebung gelangt und von dort zur Beleuchtungsvorrichtung 1 zurückgeworfen wird. Dieses Licht gelangt in umgekehrter Richtung des Strahlengangs des von der Lichtquelle 5 stammenden Lichts über den Strahlteiler 11 zu der Sensoreinrichtung 6.
Die Beleuchtungsvorrichtung 1 der 1 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 7, die den Betrieb der Lichtquellen 2 und 5 sowie des MEMS-Scanners 3 steuert und Sensordaten der Sensoreinrichtung 6 empfangen kann, wie im Folgenden näher erläutert wird. Die in 1 gezeigten Komponenten sind bis auf die Steuereinrichtung 7 in einem gemeinsamen Gehäuse integriert und bilden in diesem Sinne ein Lichtmodul. Die Steuereinrichtung ist über nicht gezeigte Kommunikationsleitungen mit den Lichtquellen 2, 5, der Sensoreinrichtung 6 sowie dem MEMS-Scanner 3 verbunden. Die Steuereinrichtung kann ggf. mehrere separate Einheiten bzw. Geräte umfassen.
Die Beleuchtungsvorrichtung der 1 zeichnet sich dadurch aus, dass der MEMS-Scanner 3 sowohl als Vektorscanner als auch als Rasterscanner betrieben werden kann. Beim Betrieb als Vektorscanner wird die Lichtverteilung LV mittels der Lichtquelle 2 generiert, wohingegen der Betrieb als Rasterscanner dazu genutzt wird, Sensordaten von der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels der Sensoreinrichtung 6 zu erfassen. Der Betrieb des MEMS-Scanners 3 als Vektorscanner entspricht einem ersten Betriebsmodus der Beleuchtungsvorrichtung 1 und der Betrieb des MEMS-Scanners 3 als Rasterscanner entspricht einem zweiten Betriebsmodus der Beleuchtungsvorrichtung 1. Durch die Verwendung dieser beiden Betriebsarten kann eine Lichtverteilung mit hoher Beleuchtungsstärke generiert werden und zusätzlich eine Sensierung der Umgebung um das Kraftfahrzeug erreicht werden.
Im ersten Betriebsmodus, in dem die Lichtquelle 2 zur Generierung der Lichtverteilung LV angeschaltet ist, wird der verkippbare Spiegel 4 durch die Steuereinrichtung 7 derart angesteuert, dass die Scanbewegung des Spiegels in Abhängigkeit von der generierten Lichtverteilung so variiert wird, dass jeder zusammenhängende Bereich der Lichtverteilung durch den Lichtspot LS bei kontinuierlich angeschalteter Lichtquelle 2 abgefahren wird. Es wird somit kein fest vorgegebenes Muster abgefahren, sondern das Muster wird so variiert, dass der Lichtspot bei der Scanbewegung immer auf Positionen in der Lichtverteilung zeigt, die auch beleuchtet werden sollen. Lediglich im Falle, dass die Lichtverteilung mehrere örtlich separierte Bereiche umfasst, wird die Lichtquelle 2 kurzzeitig beim Sprung zwischen diesen Bereichen abgeschaltet. Durch diesen Vektorscan wird die Leistung der Lichtquelle 2 optimal genutzt, da die Lichtquelle im Wesentlichen durchgängig betrieben wird. Somit kann eine Lichtverteilung mit hoher Beleuchtungsstärke generiert werden.
Neben dem ersten Betriebsmodus kann die Beleuchtungsvorrichtung der 1 auch in dem zweiten Betriebsmodus betrieben werden, in dem ein Rasterscan durch den MEMS-Scanner 3 durchgeführt wird. In der Ausführungsform der 1 wird im zweiten Betriebsmodus die Lichtquelle 2 abgeschaltet und stattdessen die Infrarot-Lichtquelle 5 angeschaltet. Gleichzeitig wird der MEMS-Scanner als Rasterscanner betrieben. Dies bedeutet, dass der Spiegel 4 basierend auf Steuersignalen der Steuereinrichtung 7 zueinander versetzte Linearbewegungen mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung ausführt, d.h. die Scanbewegung wird im Unterschied zum Vektorscan nicht variiert. Mit diesem Rasterscan wird ein nicht-sichtbarer Lichtspot generiert. Dabei wird die von der Umgebung zurückgeworfene Lichtstrahlung des Lichtspots über die Sensoreinrichtung 6 erfasst. Auf diese Weise erhält man Sensordaten, die ein Bild von dem Bereich der Umgebung liefern, der durch den Rasterscan abgefahren wird. Diese Sensordaten werden der Steuereinrichtung 7 bereitgestellt, die anschließend mit an sich bekannten Algorithmen eine Objekterkennung durchführt. Je nach Ausgestaltung der Objekterkennung können verschiedene Arten von Objekten erkannt und basierend darauf bestimmte Aktionen über die Steuereinrichtung 7 veranlasst werden. Vorzugsweise wird diese Objekterkennung nur im zweiten Betriebsmodus (d.h. nicht im ersten Betriebsmodus) durchgeführt. Demzufolge kann die Sensoreinrichtung 6 im ersten Betriebsmodus ggf. deaktiviert werden.
In einer bevorzugten Variante wird die Beleuchtungsvorrichtung 1 zur Generierung eines sog. Welcome-Szenarios genutzt. Ausgangspunkt dieses Szenarios ist ein abgestelltes Kraftfahrzeug, dem sich der Fahrer nähert. Der Fahrer führt dabei einen Zugangstoken in der Form eines kontaktlosen Schlüssels mit sich, wobei vom Kraftfahrzeug mit an sich bekannten Methoden die Anwesenheit des kontaktlosen Schlüssels detektiert wird und folglich erkannt wird, dass der Fahrer auf das Kraftfahrzeug zugeht. Als Konsequenz wird die Beleuchtungsvorrichtung 1, die sich zunächst im inaktiven Zustand befindet, aktiviert, wobei als erstes der oben beschriebene zweite Betriebsmodus angeschaltet wird, bei dem über den Rasterscan des MEMS-Scanners 4 die Umgebung mittels der Sensoreinrichtung 6 sensiert wird und keine sichtbare Lichtverteilung generiert wird. Durch Auswertung der Sensordaten erkennt die Steuereinrichtung 7 die Position des sich nähernden Fahrers. Als Konsequenz wird die Beleuchtungsvorrichtung 1 durch die Steuereinrichtung 7 in den ersten Betriebsmodus geschaltet, bei dem die Lichtquelle 2 angeschaltet wird und der MEMS-Scanner 3 als Vektorscanner betrieben wird. Dies hat zur Folge, dass die vorgegebene Lichtverteilung LV auf dem Boden generiert wird. Die Position der Lichtverteilung kann dabei in Abhängigkeit von der sich nähernden Person derart gesteuert werden, dass sich die Lichtverteilung mit der sich nähernden Person bewegt bzw. sich direkt vor der sich nähernden Person befindet. Die Lichtverteilung kann eine Symbolik, z.B. in der Form eines Logos oder einer anderen Grafik, enthalten. Auf diese Weise wird ein ansprechendes Lichtszenario für den Fahrer geschaffen, der sich seinem Kraftfahrzeug nähert.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 7 im zweiten Betriebsmodus mittels der Objekterkennung ein Mobilfunkgerät in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erkennen. Sobald ein solches Mobilfunkgerät erkannt wird, richtet die Steuereinrichtung den Spiegel 4 des MEMS-Scanners 3 hin zu dem Mobilfunkgerät aus, d.h. der Spiegel wird in eine feste Position gebracht und der Rasterscan beendet. Anschließend kann vom Mobilfunkgerät ausgesendete Infrarotlichtstrahlung mit darin enthaltener Information durch die Sensoreinrichtung 6 empfangen werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält diese Information Bilddaten. Diese Bilddaten werden von der Steuereinrichtung 7 ausgelesen, welche anschließend den MEMS-Scanner im ersten Betriebsmodus derart betreibt, dass das durch die Bilddaten beschriebene Bild als vorgegebene Lichtverteilung LV auf dem Boden im Umfeld des Kraftfahrzeugs dargestellt wird.
Vorzugsweise ist auf dem Mobilfunkgerät eine App installiert, die es dem Benutzer ermöglicht, ein gewünschtes Bild auszuwählen, das als Lichtverteilung wiedergegeben werden soll. Die diesem Bild entsprechenden Bilddaten werden dann über Infrarotlichtstrahlung vom Mobilfunkgerät ausgesendet und können von der Sensoreinrichtung 6 empfangen werden, woraufhin mittels der Steuereinrichtung 7 das erwünschte Bild als Lichtverteilung LV erzeugt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung der 1 kann die Steuereinrichtung 7 mittels der Objekterkennung im zweiten Betriebsmodus auch eine Person detektieren, die in Richtung zur Beleuchtungsvorrichtung blickt. In diesem Fall wird die Lichtleistung der Lichtquelle 2 bei einem anschließenden ersten Betriebsmodus reduziert, um hierdurch Augenschädigungen zu vermeiden, die insbesondere dann relevant sind, wenn die Lichtquelle 2 eine Laserlichtquelle ist.
In einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist es auch möglich, dass ein sichtbarer Lichtspot mittels eines Rasterscans des MEMS-Scanners 3 bewegt wird. Mit anderen Worten kann eine sichtbare Lichtverteilung ggf. auch über einen Rasterscan erzeugt werden. In diesem Fall wird die Beleuchtungsvorrichtung in einem dritten Betriebsmodus betrieben, in dem die Lichtquelle 2 angeschaltet ist und der MEMS-Scanner einen Rasterscan ausführt. Um eine gewünschte Lichtverteilung mittels des Rasterscans zu erzeugen, wird die Lichtquelle 2 dabei derart betrieben, dass sie nur dann angeschaltet wird, wenn durch den Rasterscan eine Position eingenommen wird, die einer beleuchteten Stelle in der Lichtverteilung entspricht. Dies führt zu einem Effizienzverlust bei der Generierung der Lichtverteilung, jedoch können höher aufgelöste Lichtverteilungen erzeugt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass der Rasterscan zur Erzeugung einer Lichtverteilung bei Dunkelheit verwendet wird, da in diesem Fall niedrigere Beleuchtungsstärken ausreichend sind. Im Gegensatz dazu wird bei heller Umgebungshelligkeit der Vektorscan genutzt, da hier höhere Beleuchtungsstärken benötigt werden, um die Lichtverteilung gegenüber der Umgebungshelligkeit sichtbar zu machen.
Die im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird in einer Kraftfahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung ein MEMS-Scanner genutzt, der sowohl eine Beleuchtungsfunktion mittels eines Vektorscans als auch eine Sensorfunktion mittels eines Rasterscans ausführen kann. Hierdurch wird eine hohe Beleuchtungsstärke der erzeugten Lichtverteilung mittels des Vektorscans erreicht, wobei gleichzeitig eine große sensierte Fläche durch Verwendung des Rasterscans gewährleistet wird. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des MEMS-Scanners einen kompakten Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung. Insbesondere können wesentliche Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung in einem gemeinsamen Lichtmodul verbaut sein.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungsvorrichtung
2: erste Lichtquelle
3: MEMS-Scanner
4: Spiegel
5: zweite Lichtquelle
6: Sensoreinrichtung
7: Steuereinrichtung
8, 9, 12, 13: Linsen
10, 11: Strahlteiler
LS: Lichtspot
LV: Lichtverteilung
ZE: Zwischenbildebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/162222 A1 [0003]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Lichtquelle (2) zur Erzeugung von sichtbarem Licht und einen MEMS-Scanner (3), der ein MEMS-Bauteil mit einem Halbleiterchip beinhaltet, in dem ein einzelner verkippbarer Spiegel (4) integriert ist, wobei ein Lichtspot (LS), der mittels der Beleuchtungsvorrichtung (1) in einem Abstand von dieser generiert wird, über eine Scanbewegung des Spiegels (4), bei welcher der Spiegel (4) kontinuierlich verkippt wird, bewegt werden kann, wobei eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen ist, mit welcher die Beleuchtungsvorrichtung (1) in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden kann, in dem der Lichtspot (LS) aus Licht der angeschalteten ersten Lichtquelle (2) generiert wird und der MEMS-Scanner (3) einen Vektorscan durchführt, um eine vorgegebene Lichtverteilung (LV) mittels der Bewegung des Lichtspots (LS) zu erzeugen, wobei im Vektorscan die Scanbewegung des Spiegels (4) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Lichtverteilung (LV) so variiert wird, dass jeder zusammenhängende Bereich in der vorgegebenen Lichtverteilung (LV) durch den Lichtspot (LS) bei kontinuierlich angeschalteter erster Lichtquelle (2) abgefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, die Beleuchtungsvorrichtung (1) in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, in dem der MEMS-Scanner (3) einen Rasterscan durchführt, bei dem der Spiegel (4) zueinander versetzte Linearbewegungen mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung ausführt, wobei eine Sensoreinrichtung (6) vorgesehen ist, welche derart ausgestaltet ist, dass sie im zweiten Betriebsmodus Lichtstrahlung, welche aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammt und auf den Spiegel (4) fällt, als Sensordaten erfasst, und wobei die Steuereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie über die Auswertung der Sensordaten eine Objekterkennung durchführt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) derart ausgestaltet ist, dass im zweiten Betriebsmodus die erste Lichtquelle (2) oder eine zweite Lichtquelle (5) angeschaltet ist, um den Lichtspot (LS) zu generieren und mittels des Rasterscans des MEMS-Scanners (3) zu bewegen, wobei von dem Lichtspot (LS) stammendes Licht, das zu der Beleuchtungsvorrichtung (1) durch Interaktion mit der Umgebung zurückgeworfen wird und auf den Spiegel (4) fällt, als zumindest ein Teil der Sensordaten durch die Sensoreinrichtung (6) erfasst wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtquelle (5) dazu eingerichtet ist, Licht im nicht-sichtbaren Spektrum, insbesondere Infrarotlicht, zu erzeugen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle (2) eine LED-Lichtquelle aus einer oder mehreren LEDs oder eine Laserlichtquelle aus einer oder mehreren Laserdioden ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle (2) eine RGB-Lichtquelle aus einer roten LED, einer grünen LED und einer blauen LED oder aus einer roten Laserdiode, einer grünen Laserdiode und einer blauen Laserdiode ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die erste Lichtquelle (2), der MEMS-Scanner (3) und die Sensoreinrichtung (6) in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, die Beleuchtungsvorrichtung (1) in einem dritten Betriebsmodus zu betreiben, in dem der MEMS-Scanner (3) einen Rasterscan durchführt, bei dem der Spiegel (4) zueinander versetzte Linearbewegungen mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung ausführt, wobei im dritten Betriebsmodus die erste Lichtquelle (2) oder eine weitere Lichtquelle, die sichtbares Licht erzeugt, angeschaltet ist, um den Lichtspot (LS) zu generieren und mittels des Rasterscans des MEMS-Scanners (3) zur Erzeugung einer vorbestimmten Lichtverteilung zu bewegen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie bei Empfang eines Signals, das im Kraftfahrzeug ausgelöst durch die Annäherung einer Person an das Kraftfahrzeug generiert wird, die Beleuchtungsvorrichtung (1) aus einem inaktiven Zustand in einen Betriebszustand, insbesondere in den ersten oder zweiten oder dritten Betriebsmodus, versetzt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie die Beleuchtungsvorrichtung (1) bei Empfang des Signals zunächst in den zweiten Betriebsmodus versetzt, bis sie die sich annähernde Person über die Auswertung der Sensordaten mittels der Objekterkennung erkennt, woraufhin sie die Beleuchtungsvorrichtung (1) in den ersten oder dritten Betriebsmodus versetzt, um die vorgegebene oder vorbestimmte Lichtverteilung (LV), vorzugsweise am Boden benachbart zur Person, zu erzeugen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie im Rahmen der Objekterkennung ein Mobilfunkgerät in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erkennen kann, wobei die Steuereinrichtung (7) bei der Erkennung eines Mobilfunkgeräts den Spiegel (4) des MEMS-Scanners (3) zum Mobilfunkgerät ausrichtet, so dass von dem Mobilfunkgerät stammende Lichtstrahlung mit darin enthaltener Information durch die Sensoreinrichtung (6) empfangen wird, wobei die Steuereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie die Information aus der Lichtstrahlung ausliest und weiterverarbeitet.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Lichtstrahlung enthaltene Information Bilddaten umfasst, die ein Bild beschreiben, wobei die Steuereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie im Rahmen der Weiterverarbeitung den MEMS-Scanner (3) im ersten oder dritten Betriebsmodus so betreibt, dass das Bild als vorgegebene oder vorbestimmte Lichtverteilung (LV), vorzugsweise am Boden in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, erzeugt wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie mittels der Objekterkennung im zweiten Betriebsmodus eine Person erkennen kann, welche in Richtung zur Beleuchtungsvorrichtung (1) blickt, wobei die Steuereinrichtung (7) bei der Erkennung einer solchen Person die Lichtleistung der ersten Lichtquelle (2) bei deren Betrieb reduziert.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) eine Umfeldbeleuchtungseinrichtung umfasst, um die vorgegebene Lichtverteilung (LV) im Umfeld des Kraftfahrzeugs zu generieren.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) einen Scheinwerfer umfasst, der dazu eingerichtet ist, als vorgegebene Lichtverteilung (LV) eine Abblendlicht- und/oder Fernlichtverteilung zu generieren.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) eine Fahrzeugsignalleuchte, insbesondere ein Rücklicht und/oder ein Bremslicht, umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Signalfunktion durch die vorgegebene Lichtverteilung (LV) zu erzeugen.
Kraftfahrzeug, umfassend eine oder mehrere Beleuchtungsvorrichtungen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.