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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
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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.
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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.
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Scannende Beleuchtungsvorrichtungen mit MEMS-Scannern ermöglichen zwar die Generierung von Lichtverteilungen mit hohen Lichtstärken, jedoch ist die örtliche Auflösung dieser Lichtverteilungen begrenzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem MEMS-Scanner zu schaffen, welche die Erzeugung von Lichtverteilungen sowohl mit hoher Lichtstärke als auch mit hoher örtlicher Auflösung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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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.
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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.
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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.
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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 mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung ausführt, wobei im zweiten Betriebsmodus die erste Lichtquelle oder eine zweite 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. Im Rasterscan wird die vorbestimmte Lichtverteilung dadurch erzeugt, dass die entsprechende Lichtquelle und damit der Lichtspot immer dann deaktiviert werden, wenn durch den Rasterscan Positionen angefahren werden, die nicht durch die Lichtverteilung beleuchtet sein sollen. 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. 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.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass sowohl ein Vektorscan als auch ein Rasterscan zur Erzeugung einer Lichtverteilung mittels eines MEMS-Scanners genutzt werden können. Der Vektorscan ermöglicht dabei die Generierung einer Lichtverteilung mit hoher Beleuchtungsstärke. Demgegenüber ist die Beleuchtungsstärke der über den Rasterscan generierten Lichtverteilung zwar niedriger, jedoch können höhere räumliche Auflösungen erreicht werden.
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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.
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In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit um das Kraftfahrzeug auszuwählen, wobei der erste Betriebsmodus zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung verwendet wird, wenn die Umgebungshelligkeit eine vorgegebene Schwelle überschreitet, und ansonsten der zweite Betriebsmodus zur Erzeugung der vorbestimmten Lichtverteilung verwendet wird. Je nach Ausgestaltung kann die Umgebungshelligkeit z.B. direkt über einen zur Beleuchtungsvorrichtung gehörigen Umgebungshelligkeitssensor gemessen werden. Ebenso kann die Umgebungshelligkeit indirekt bestimmt werden, z.B. in Abhängigkeit von der aktuellen Tageszeit, wobei davon ausgegangen wird, dass ab einer bestimmten Tageszeit, die über das Jahr hinweg variieren kann, die Umgebungshelligkeit unter der entsprechenden Schwelle liegt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie im zweiten Betriebsmodus und/oder in einem dritten Betriebsmodus Lichtstrahlung, welche aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammt und auf den Spiegel fällt, als Sensordaten erfasst. Dabei ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie über die Auswertung der Sensordaten eine Objekterkennung durchführt. Im dritten Betriebsmodus ist keine Lichtquelle angeschaltet, die sichtbares Licht erzeugt. Insbesondere kann überhaupt keine Lichtquelle, weder für sichtbares noch für nicht-sichtbares Licht, angeschaltet sein. Nichtsdestotrotz ist es auch möglich, dass eine Lichtquelle angeschaltet ist, welche Licht im nicht-sichtbaren Spektrum generiert. Ferner führt im dritten Betriebsmodus der MEMS-Scanner analog zum zweiten Betriebsmodus einen Rasterscan durch, bei dem der Spiegel zueinander versetzte Linearbewegungen mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung ausführt. Mit dieser Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung wird eine Sensorfunktion im Rasterscan-Betrieb des MEMS-Scanners bereitgestellt, wodurch Sensordaten von einem großen Ausschnitt der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst werden können. 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 MEMS-Scanner. Die Objekterkennung wird in einer Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung im ersten Betriebsmodus deaktiviert. Vorzugsweise wird in diesem Fall auch die Sensoreinrichtung deaktiviert.
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In einer Variante der obigen Ausführungsform wird im dritten Betriebsmodus überhaupt kein Licht durch die Beleuchtungsvorrichtung ausgesendet. Vielmehr wird durch die Sensoreinrichtung lediglich passiv die Umgebung des Kraftfahrzeugs detektiert. Nichtsdestotrotz ist es in einer weiteren Ausgestaltung auch möglich, dass im zweiten und/oder dritten Betriebsmodus eine zusätzliche (sich von der ersten und zweiten Lichtquelle unterscheidende) Lichtquelle, welche Licht im nicht-sichtbaren Spektrum erzeugt, angeschaltet ist, um den bzw. einen weiteren 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 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 zusätzliche Lichtquelle erzeugt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle und/oder die die zusätzliche Lichtquelle jeweils eine LED-Lichtquelle aus einer oder mehreren LEDs oder gegebenenfalls auch eine Laserlichtquelle aus einer oder mehreren Laderdioden.
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In einer besonders bevorzugten Variante der obigen Ausführungsform ist die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle und/oder die die zusätzliche Lichtquelle jeweils eine RGB-Lichtquelle. Diese umfasst eine rote LED, eine grüne LED und eine blaue LED im Falle, dass die erste bzw. zweite Lichtquelle eine LED-Lichtquelle ist. Falls die erste bzw. zweite Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist, umfasst sie eine rote Laserdiode, eine grüne Laserdiode und eine blaue Laserdiode.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Lichtquelle, der MEMS-Scanner und ggf. auch die zweite Lichtquelle und/oder die Sensoreinrichtung und/oder die zusätzliche Lichtquelle in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut, so dass wesentliche Bestandteile der Beleuchtungsvorrichtung in einem kompakten Lichtmodul enthalten sind.
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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.
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In einer bevorzugten Variante der obigen Ausführungsform ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie die Beleuchtungsvorrichtung bei Empfang des Signals zunächst in den dritten 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 zweiten 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.
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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.
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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 zweiten 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.
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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/oder der zweiten Lichtquelle und/oder der zusätzlichen Lichtquelle bei deren Betrieb. Auf diese Weise werden Augenschädigungen der Person durch das Licht der entsprechenden Lichtquelle vermieden.
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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.
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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.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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 erwünschte Lichtverteilungen LV bzw. LV' generiert werden können, die in 1 nicht näher dargestellt sind. Wie weiter unten näher erläutert, wird die Lichtverteilung LV bei einem Vektorscan des MEMS-Scanners 3 erzeugt, wohingegen die Lichtverteilung LV' bei einem Rasterscan des MEMS-Scanners 3 generiert wird.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 der 1 umfasst eine weitere Lichtquelle 5, die einer zusätzlichen 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.
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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 nicht-sichtbarer 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. In einer abgewandelten Ausführungsform kann die Lichtquelle 5, die Sensoreinrichtung 6 sowie die Linse 9 und die Strahlteiler 10 und 11 auch weggelassen werden.
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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.
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Die Beleuchtungsvorrichtung der 1 zeichnet sich dadurch aus, dass der MEMS-Scanner 3 sowohl als Vektorscanner als auch als Rasterscanner zur Erzeugung von sichtbaren Lichtverteilungen betrieben werden kann. Sowohl im Betrieb als Vektorscanner als auch im Betrieb als Rasterscanner wird das Licht der Lichtquelle 2 auf den Spiegel 4 gerichtet, wobei im Vektorscan-Betrieb die Lichtverteilung LV und im Rasterscan-Betrieb die Lichtverteilung LV' erzeugt wird. Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass die Beleuchtungsvorrichtung anstatt der Lichtquelle 5 eine Lichtquelle 2' zusammen mit dem Strahlteiler 11 und der Kollimatorlinse 9 nutzt. Im Unterschied zur Lichtquelle 5 erzeugt die Lichtquelle 2' sichtbares Licht. Im Rasterscan-Betrieb wird dann die Lichtquelle 2 abgeschaltet und stattdessen die Lichtquelle 2' angeschaltet, so dass der Lichtspot LS und die Lichtverteilung LV' aus dem Licht der Lichtquelle 2' generiert werden. Die Lichtquelle 2' entspricht einer zweiten Lichtquelle im Sinne der Patentansprüche.
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Der Betrieb des MEMS-Scanners 3 als Vektorscanner zur Erzeugung der Lichtverteilung LV entspricht einem ersten Betriebsmodus der Beleuchtungsvorrichtung 1 und der Betrieb des MEMS-Scanners 3 als Rasterscanner zur Erzeugung der Lichtverteilung LV' entspricht einem zweiten Betriebsmodus der Beleuchtungsvorrichtung 1. Durch die Verwendung dieser beiden Betriebsarten können je nach Anforderungen unterschiedlichste Lichtverteilungen erzeugt werden. Der Vektorscan ermöglicht die Generierung einer Lichtverteilung mit hoher Beleuchtungsstärke, wohingegen durch den Rasterscan eine Lichtverteilung mit hoher räumlicher Auflösung erzeugt werden kann.
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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.
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Im zweiten Betriebsmodus wird der Lichtspot LS mittels eines Rasterscans des MEMS-Scanners 3 bewegt, wodurch die sichtbare Lichtverteilung LV' erzeugt wird. In diesem Rasterscan führt der Spiegel 4 basierend auf Steuersignalen der Steuereinrichtung 7 zueinander versetzte Linearbewegungen mit einer festen Oszillationsfrequenz als Scanbewegung aus, d.h. die Scanbewegung wird im Unterschied zum Vektorscan nicht variiert. Gleichzeitig wird die Lichtquelle 2 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.
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Die Beleuchtungsvorrichtung der 1 kann ferner in einem dritten Betriebsmodus betrieben werden, in dem wiederum ein Rasterscan durch den MEMS-Scanner 3 durchgeführt wird, wobei jedoch die Lichtquelle 2 abgeschaltet ist und stattdessen die Infrarot-Lichtquelle 5 angeschaltet ist. 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 dritten Betriebsmodus (d.h. nicht im ersten und nicht im zweiten Betriebsmodus) durchgeführt. Demzufolge kann die Sensoreinrichtung 6 im ersten und zweiten Betriebsmodus ggf. deaktiviert werden.
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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 dritte 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 oder den zweiten Betriebsmodus geschaltet, bei dem die Lichtquelle 2 angeschaltet wird und die Lichtverteilung LV bzw. 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.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 7 im dritten 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 oder zweiten Betriebsmodus derart betreibt, dass das durch die Bilddaten beschriebene Bild als vorgegebene Lichtverteilung LV bzw. LV' auf dem Boden im Umfeld des Kraftfahrzeugs dargestellt wird.
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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 bzw. LV' erzeugt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung der 1 kann die Steuereinrichtung 7 mittels der Objekterkennung im dritten Betriebsmodus auch eine Person detektieren, die in Richtung zur Beleuchtungsvorrichtung blickt. In diesem Fall wird die Lichtleistung der Lichtquelle 2 bei einem anschließenden ersten oder zweiten Betriebsmodus reduziert, um hierdurch Augenschädigungen zu vermeiden, die insbesondere dann relevant sind, wenn die Lichtquelle 2 eine Laserlichtquelle ist.
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Die im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird in einer Kraftfahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung ein MEMS-Scanner genutzt, der sichtbare Lichtverteilungen sowohl über einen Vektorscan als auch über einen Rasterscan generieren kann. Hierdurch ist es möglich, sowohl Lichtverteilungen mit hoher Beleuchtungsstärke (d.h. im Vektorscan) als auch Lichtverteilungen mit hoher räumlicher Auflösung (d.h. im Rasterscan) zu generieren. 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. Im Falle, dass ein optionaler dritter Betriebsmodus vorgesehen ist, kann die Beleuchtungsvorrichtung ferner eine Sensorfunktion mittels eines Rasterscans ausführen, wobei durch die Verwendung des Rasterscans eine große sensierte Fläche gewährleistet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- erste Lichtquelle
- 2'
- zweite Lichtquelle
- 3
- MEMS-Scanner
- 4
- Spiegel
- 5
- zusätzliche Lichtquelle
- 6
- Sensoreinrichtung
- 7
- Steuereinrichtung
- 8, 9, 12, 13
- Linsen
- 10, 11
- Strahlteiler
- LS
- Lichtspot
- LV, LV'
- Lichtverteilungen
- ZE
- Zwischenbildebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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