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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, einen Scheinwerfer und ein Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung, insbesondere für ein Fahrzeug.
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Moderne Beleuchtungseinrichtungen für Fahrzeuge sollen Lichtverteilungen mit hoher Intensität und Genauigkeit erzeugen, wobei gleichzeitig der Energieverbrauch niedrig gehalten werden soll. Eine Herausforderung besteht darin, bei einer kompakten Bauweise ein robustes System zu erreichen, mit dem eine an die Umstände der Fahrt anpassbare Lichtverteilung erzeugt werden kann.
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Mit bekannten Techniken stellt sich die Schwierigkeit, einen großen räumlichen Bereich mit hoher Intensität auszuleuchten und eine Lichtverteilung mit einer hohen Winkelauflösung zu erzeugen. Typischerweise werden entweder größere Bereiche mit einer geringen Intensität und geringen Winkelauflösung ausgeleuchtet oder kleinere Bereiche werden mit höherer Intensität und besserer Auflösung beleuchtet.
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In der
DE 10 2015 203 887 A1 wird eine Beleuchtungsvorrichtung beschrieben, bei der Flüssiglinsenelemente zum Fokussieren verwendet werden.
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Die
DE 10 2017 211 699 A1 schlägt ein Verfahren zur Kalibrierung einer Beleuchtungsvorrichtung vor, wobei eine Mehrzahl von Lichtquellen eine Lichtverteilung erzeugt, die anschließend mit Mitteln zur Einstellung der Fokussierung und Steuermitteln zum Erzeugen einer überlagerten Gesamtlichtverteilung ausgegeben wird.
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Aus der
AT 511 761 A1 ist ein LED-Lichtquellenmodul bekannt, bei dem zwei oder mehr LED-Lichtquellen Licht in zugeordnete Primäroptikelemente einkoppeln und das Licht an Lichtaustrittsflächen wieder ausgekoppelt wird.
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Bei dem in der
DE 10 2015 201 766 A1 beschriebenen Verfahren zum Erzeugen eines Lichtverteilung zur Ausgabe einer Fahranweisung wird beispielsweise ein grafisches Symbol auf die Fahrbahn projiziert.
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Aus der
DE 10 2008 036 193 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein Lichtmodul mit einem LED-Array umfasst. Durch Zuschaltung einer LED kann eine erste Lichtverteilung durch einen variablen Spot ergänzt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, einen Scheinwerfer und ein Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung bereitzustellen, die es ermöglichen, mit hoher Energieeffizient eine Lichtverteilung mit klar definierter Intensität und Auflösung zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Scheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle zum Erzeugen einer Lichtemission, ein elektrooptisches Element und eine mit dem elektrooptischen Element gekoppelte Steuereinheit. Das elektrooptische Element weist dabei zumindest eine elektrooptische Eigenschaft auf und ist in einem Strahlengang der Lichtemission so angeordnet, dass in Abhängigkeit von der elektrooptischen Eigenschaft Licht der Lichtemission durch das elektrooptische Element in seiner Ausbreitung verändert wird. Dabei ist ferner die Steuereinheit dazu eingerichtet, mittels einer an dem elektrooptischen Element anliegenden elektrischen Spannung die elektrooptische Eigenschaft so zu steuern, dass enie ausgekoppelte Lichtverteilung einen vorgegebenen Parameter aufweist.
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Dadurch kann die Lichtverteilung vorteilhafterweise durch geeignetes Ansteuern des elektrooptischen Elements eingestellt werden. Es kann ein großer räumlicher Bereich beleuchtet werden, wobei gleichzeitig gezielt hohe Intensitäten und eine gute Auflösung erreicht werden können.
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Die Lichtquelle ist auf an sich bekannte Weise ausgebildet. Sie kann beispielsweise eine Glühlampe, einen Halogenstrahler, eine Leuchtdiode (light emitting diode, LED), eine Laser-Beleuchtungseinrichtung oder eine andere Einrichtung zur Lichterzeugung umfassen. Das emittierte Licht kann weiß oder farbig sein, wobei insbesondere auch eine Lichtquelle mit einer einstellbaren Farbe, etwa eine RGB-Lichtquelle, verwendet werden kann.
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Die Vorrichtung kann ferner eine Projektionsoptik zum Auskoppeln der Lichtverteilung umfassen. In diesem Fall kann das elektrooptische Element in einem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Projektionsoptik angeordnet sein. Auch eine solche Projektionsoptik ist auf an sich bekannte Weise ausgebildet. Sie kann ein oder mehrere optische Elemente umfassen, die insbesondere durch Brechung die Strahlengeometrie des einfallenden Lichts beeinflussen, etwa um Licht zu einem schmaleren Ausbreitungswinkel zu bündeln oder um einen größeren Ausbreitungswinkel zu erreichen. Durch die Projektionsoptik wird die Lichtverteilung ausgekoppelt, das heißt insbesondere, Licht der Lichtquelle tritt in einer bestimmten Intensitätsverteilung in die Projektionsoptik ein und tritt mit der gewünschten Lichtverteilung aus.
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Bei einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die elektrooptische Eigenschaft ein Brechungsindex. Dadurch kann die Lichtverteilung vorteilhafterweise vor der Auskopplung genau nach Vorgaben gebildet und sehr schnell verändert werden.
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Das durch das elektrooptische Element hindurchtretende oder auf dieses auftreffende Licht wird in seiner Ausbreitung in der Weise verändert, dass es an einer Grenzfläche zwischen dem Material des elektrooptischen Elements und einem umgebenden Medium gebrochen wird. Hierdurch verläuft die Ausbreitung des Licht insbesondere mit einem bestimmten Austritts- oder Reflexionswinkel, der gegenüber dem Einfalls- oder Eintrittswinkel verschieden sein kann.
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Das elektrooptische Element kann die Ausbreitung des Lichts auch auf andere Weise verändern, etwa durch Streuung an dem elektrooptischen Element.
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Bei einer weiteren Ausbildung betrifft der vorgegebene Parameter eine Leuchtweite, eine Helligkeit oder eine Breite der ausgekoppelten Lichtverteilung. Dadurch können vorteilhafterweise zentrale Eigenschaften der ausgekoppelten Lichtverteilung eingestellt werden.
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Zum Beispiel kann die ausgekoppelte Lichtverteilung einen bestimmten Verlauf einer Hell-Dunkel-Grenze aufweisen, die ein Volumen beziehungsweise einen beleuchteten Flächenbereich definiert, in dem eine bestimmte Beleuchtung erzielt wird. Das von der Projektionseinheit in den Außenraum des Fahrzeugs ausgekoppelte Licht weist für einen bestimmten Abstrahlungswinkel beispielsweise eine Intensität und Farbe auf. Ferner können die von mehreren Beleuchtungseinrichtungen ausgekoppelten Lichtverteilungen zu einer Gesamtlichtverteilung überlagert werden.
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Für die Beurteilung einer Fahrzeugbeleuchtung ist von besonderer Bedeutung, wie eine sogenannte Hell-Dunkel-Grenze verläuft und wie die Intensität des emittierten Lichts in einem beleuchteten Bereich verteilt ist. Ferner können besondere Lichtverteilungen ausgekoppelt und insbesondere auf eine Fläche projiziert werden, etwa auf eine Fahrbahn. Zum Beispiel kann ein Spot erzeugt werden, um gezielt bestimmte Bereiche hervorzuheben und/oder besser zu beleuchten, ein Bereich kann abgeschattet werden, etwa um eine Blendung eines anderen Verkehrsteilnehmers in diesem Bereich zu vermeiden, oder es können Symbole dargestellt werden, beispielsweise um Fahr- oder Sicherheitshinweise für einen Fahrer und/oder einen anderen Verkehrsteilnehmer auszugeben.
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Die elektrooptische Eigenschaft des elektrooptischen Elements kann beispielsweise so gesteuert werden, dass das an das elektrooptische Element fallende Licht so in seiner Ausbreitung verändert wird, dass die ausgekoppelte Lichtverteilung sich über einen bestimmten Raumwinkel erstreckt und/oder eine Fläche einer bestimmten Größe beleuchtet wird. Insbesondere kann die ausgekoppelte Lichtverteilung bei gleicher Intensität der durch die Lichtquelle erzeugten Lichtemission auf einen größeren oder kleineren Bereich fokussiert werden, was bei einer kleineren Fläche zu einer höheren Intensität führt; umgekehrt kann bei einer größeren Fläche eine geringere Intensität erreicht werden. Ohne zusätzlichen Energiebedarf, wie etwa beim Betreiben der Lichtquelle mit höherer Intensität, kann daher durch Fokussieren auf eine kleinere Fläche eine höhere Intensität erreicht werden oder die Intensität kann umgekehrt sehr einfach reduziert werden.
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Bei einer Weiterbildung weist die Vorrichtung eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Verkehrssituation auf und die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, den vorgegebenen Parameter anhand der erfassten Verkehrssituation zu bilden. Dadurch kann die ausgekoppelte Lichtverteilung vorteilhafterweise besonders gezielt an die Umstände der Fahrt angepasst werden.
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Bei einer Ausbildung betrifft die erfasste Verkehrssituation eine geografische Umgebung. Die ausgekoppelte Lichtverteilung kann dadurch vorteilhafterweise besonders gut an die jeweilige Situation angepasst werden.
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Die Verkehrssituation, die insbesondere eine Bewertung verschiedener die Fahrt und die aktuelle Situation des Fahrzeugs betreffenden Umstände umfasst, kann auf verschiedene Weisen erfasst werden, etwa mittels Sensoren des Fahrzeugs oder mittels einer Schnittstelle zu einer fahrzeugeigenen Einheit, etwa einem Navigationssystem, oder zu einer externen Einheit, etwa einem externen Server. Um die Verkehrssituation zu bestimmen, können dabei verschiedene Daten erfasst werden, etwa eine Position des Fahrzeugs, Bilddaten in der Umgebung des Fahrzeugs oder eine Umgebungshelligkeit. Ferner können Fahrparameter erfasst werden, etwa eine Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeugs, ein Einschlagswinkel einer Lenkung oder eine Fahrwerkseinstellung, oder es kann eines Eingabe eines Nutzers erfasst werden. Ferner können weitere Verkehrsteilnehmer in einer Umgebung des Fahrzeugs erfasst werden, beispielsweise neben dem Fahrzeug und in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung fahrende weitere Fahrzeuge, wobei deren Anzahl, ihre Position, ihre Entfernung und/oder Geschwindigkeit relativ zum eigenen Fahrzeug erfasst werden können. Dabei können ferner Daten berücksichtigt werden, die mittels einer Car2Car- oder einer Car2lnfrastructure-Verbindung erfasst werden.
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In Abhängigkeit von der erfassten Verkehrssituation wird dann der vorgegebene Parameter für die auszukoppelnde Lichtverteilung bestimmt. Wie oben erläutert, wird etwa die Verteilung der Helligkeit des ausgekoppelten Lichts in Abhängigkeit von einem Abstrahlwinkel bestimmt, um beispielsweise einen bestimmten Bereich in der Umgebung des Fahrzeugs mit einer bestimmten Helligkeit zu beleuchten. Ferner kann die Lichtverteilung in einem bestimmten Bereich schmaler oder breiter sein; beispielsweise kann entweder ein breiterer vor dem Fahrzeug befindlicher Bereich ausgeleuchtet werden oder ein schmalerer Bereich, der sich dafür über eine größere Länge erstreckt.
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Der vorgegebene Parameter kann beispielsweise so gebildet sein, dass die entsprechende ausgekoppelte Lichtverteilung ein Tagfahrlicht, Abblendlicht oder ein Fernlicht ist. Der vorgegebene Parameter kann ferner spezifisch für eine Fahrt auf einer Autobahn, auf einer Landstraße oder innerhalb einer Ortschaft als Tagfahrlicht, Abblendlicht oder Fernlicht ausgebildet sein; alternativ oder zusätzlich können die genannten Typen der Fahrzeugbeleuchtung spezifisch für eine Umgebungshelligkeit oder eine Tageszeit gebildet werden. Ferner kann der vorgegebene Parameter so gebildet werden, dass weitere Verkehrsteilnehmer besonders geeignet beleuchtet werden, beispielsweise so, dass sie gut erkennbar sind und es zugleich zu keiner Blendung kommt. Insbesondere kann ein maskiertes Dauerfernlicht erzeugt werden.
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Bei einer weiteren Ausbildung ist ferner eine Lage des elektrooptischen Elements in dem Strahlengang mechanisch veränderbar, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die mechanische Veränderung der Lage des elektrooptischen Elements so zu steuern, dass die ausgekoppelte Lichtverteilung einen weiteren Parameter aufweist. Dadurch kann die ausgekoppelte Lichtverteilung vorteilhafterweise noch umfassender eingestellt und an die aktuellen Bedürfnisse angepasst werden.
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Der hierdurch einstellbare weitere Parameter kann ähnlich zu dem vorgegebenen Parameter ausgebildet sein, der durch Einstellen der elektrooptischen Eigenschaft erreicht werden kann. Ferner können andere Parameter der ausgekoppelten Lichtverteilung eingestellt werden, etwa durch eine Verlagerung der Lichtverteilung im Raum.
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Das elektrooptische Element weist insbesondere eine flächigen Ausdehnungsebene auf und eine mechanische Verschiebung kann innerhalb dieser Ebene und/oder senkrecht dazu erfolgen. Eine Verschiebung kann beispielsweise in einer Ebene erfolgen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung eines auf das elektrooptische Element auftreffenden Lichtbündels, das von der Lichtquelle emittiert wird, verläuft. Alternativ oder zusätzlich kann eine Verschiebung in eine Richtung parallel zu dieser Ausbreitungsrichtung des Lichtbündels erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das elektrooptische Element auf andere Weise in seiner Lage verändert werden, etwa durch Rotieren und/oder Kippen.
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Bei einer weiteren Ausbildung sind andere Elemente der Vorrichtung mechanisch verschiebbar, insbesondere Elemente der Projektionsoptik oder die Projektionsoptik insgesamt. Ferner kann eine andere Bewegbarkeit vorgesehen sein, etwa eine Rotation oder ein Kippen.
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Bei einer Weiterbildung ist ferner ein Lichtmodulator im Strahlengang der Lichtemission angeordnet, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Lichtmodulator so anzusteuern, dass die ausgekoppelte Lichtverteilung eine vorgegebene Hell-Dunkel-Grenze aufweist. Der Lichtmodulator kann insbesondere zwischen der Lichtquelle und einer Projektionsoptik angeordnet sein. Dadurch kann die ausgekoppelte Lichtverteilung vorteilhafterweise noch besser angepasst werden.
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Der Lichtmodulator ist insbesondere auf an sich bekannte Weise ausgebildet, etwa mit einer DLP- oder DMD-, LCD-, LCoS-Technik. Das von der Lichtquelle emittierte Licht trifft zumindest teilweise auf den Lichtmodulator oder durch diesen hindurch und wird dadurch in seinen physikalischen Eigenschaften verändert. Eine solche Veränderung kann etwa eine Intensität oder eine Polarisation des Lichts betreffen. Ein Lichtmodulator kann insbesondere eine Vielzahl von Modulatorelementen umfassen, die insbesondere in einer Matrix nach der Art von Pixeln angeordnet sind.
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Ferner kann ein anderes Element, wie etwa eine Blende, vorgesehen sein, um die ausgekoppelte Lichtverteilung anzupassen und beispielsweise bestimmte Bereiche abzuschatten oder abzudunkeln.
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Bei einer Ausbildung weist das elektrooptische Element eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren elektrooptischen Einzelelementen auf, die insbesondere in einer Matrix angeordnet sind. Dadurch können vorteilhafterweise Parameter der ausgekoppelten Lichtverteilung in verschiedenen Bereichen unabhängig voneinander eingestellt werden. Zum Beispiel kann eine Intensität in einem einzelnen Bereich innerhalb der ausgekoppelten Lichtverteilung angepasst werden oder ein Bereich kann mit anderen geometrischen Abmessungen ausgebildet werden als andere Bereiche.
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Die Anordnung der elektrooptischen Einzelelemente in der Matrix kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Insbesondere sind die Einzelelemente dabei so angeordnet, dass im Wesentlichen alles Licht, das zum Erzeugen der ausgekoppelten Lichtverteilung verwendet wird, durch genau ein elektrooptisches Einzelelement fällt. Die Einzelelemente können etwa in einer Ebene neben- und übereinander angeordnet sein, wobei der Begriff „Matrix“ hier nicht einschränkend auf eine bestimmte Anordnung oder Form der Anordnung verstanden werden soll.
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Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die ausgekoppelte Lichtverteilung mit einer besonders guten Auflösung erhalten werden. Durch Ansteuern des elektrooptischen Elements kann insbesondere eingestellt werden, mit welchen Abmessungen eine bestimmte Lichtverteilung auf eine Fläche und/oder in eine Umgebung des Fahrzeugs projiziert wird; die Lichtverteilung kann ferner gegenüber einer Ausgangslichtverteilung in eine oder mehrere Raumrichtungen verzerrt werden, etwa durch Stauchen oder Strecken. Die Lichtverteilung kann dadurch größer oder kleiner abgebildet werden. Bei Verwendung mehrerer elektrooptischer Elemente können ferner die einzelnen Bereiche der ausgekoppelten Lichtverteilung, bei denen der vorgegebene Parameter mittels jeweils eines des Einzelelemente eingestellt wird, in ihren Abmessungen verändert werden. Insbesondere werden die elektrooptischen Einzelelemente als Pixel verwendet, bei denen die Pixelgröße - und damit die erreichte Auflösung der projizierten Lichtverteilung - durch Ansteuern der elektrooptischen Einzelelemente einstellbar ist.
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Der erfindungsgemäße Scheinwerfer umfasst zumindest eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Beschreibung. Er umfasst insbesondere zumindest zwei der erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Mittels des Scheinwerfers kann dadurch vorteilhafterweise eine besonders frei einstellbare Lichtverteilung erzeugt werden. Die Vorrichtung oder die Vorrichtungen können im Scheinwerfer schwenkbar gelagert sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung wird eine Vorrichtung betrieben, die eine Lichtquelle, ein elektrooptisches Element und eine mit dem elektrooptischen Element gekoppelte Steuereinheit umfasst. Das elektrooptische Element weist dabei zumindest eine elektrooptische Eigenschaft auf und ist in einem Strahlengang der Lichtemission so angeordnet, dass in Abhängigkeit von der elektrooptischen Eigenschaft Licht der Lichtemission durch das elektrooptische Element in seiner Ausbreitung verändert wird. Bei dem Verfahren wird mittels einer an dem elektrooptischen Element anliegenden elektrischen Spannung die elektrooptische Eigenschaft so geregelt, dass eine ausgekoppelte Lichtverteilung einen vorgegebenen Parameter aufweist, und die Lichtverteilung wird ausgekoppelt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere ausgebildet, die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung und den erfindungsgemäßen Scheinwerfer zu betreiben. Das Verfahren weist somit dieselben Vorteile auf wie die erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die Vorrichtung kann ferner eine Projektionsoptik umfassen und das elektrooptische Element kann dann im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Projektionsoptik angeordnet sein. In diesem Fall wird die Lichtverteilung insbesondere durch die Projektionsoptik ausgekoppelt.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert.
- 1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
- 4 zeigt einen modular aufgebauten Scheinwerfer mit mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
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Mit Bezug zu 1 wird ein Fahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.
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Das Fahrzeug 1 umfasst eine Steuereinheit 6, mit der eine Erfassungseinheit 7 gekoppelt ist. Mit der Steuereinheit 6 sind ferner zwei Beleuchtungsvorrichtungen 2 gekoppelt, die jeweils eine Lichtquelle 3, ein elektrooptisches Element 4 und eine Projektionsoptik 5 umfassen.
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Die Beleuchtungsvorrichtungen 2 sind bei dem Ausführungsbeispiel analog aufgebaut und insbesondere als Frontscheinwerfer des Fahrzeugs 1 ausgebildet. Die Lichtquelle 3 ist jeweils auf an sich bekannte Weise ausgebildet, hier als LED-Lichtquelle; alternativ oder zusätzlich können andere Arten von Lichtquellen 3 vorgesehen sein. Auch die Projektionsoptik 5 ist jeweils auf an sich bekannte Weise ausgebildet und umfasst bei dem Ausführungsbeispiel einstellbare optische Elemente wie Reflektoren, Sammel- und Streulinsen, Blenden, Diffusoren oder Kollimatoren. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das Fahrzeug 1 unterschiedlich ausgebildete Beleuchtungsvorrichtungen 2 umfassen.
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Die Steuerungseinheit 6 ist dazu ausgebildet, die Beleuchtungsvorrichtungen 2 so anzusteuern, dass von diesen ausgegebene Lichtverteilungen eingestellt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel werden Steuersignale an die Beleuchtungsvorrichtungen 2 übertragen und in Abhängigkeit von diesen Steuersignalen werden Motoren und andere Elemente angesteuert. Das elektrooptische Element 4 ist so ausgebildet, dass sich sein Brechungsindex unter dem Einfluss einer von außen angelegten Spannung verändert. Die Steuersignale der Steuereinheit 6 geben die angelegte Spannung vor. Anhand der Ansteuerung der Beleuchtungseinheiten 2 können ferner deren einzelne Elemente 3, 4, 5 mechanisch verschoben und/oder gekippt werden, etwa um eine Anordnung von Linsen und Reflektoren zueinander zu verändern und dadurch eine andere Lichtverteilung auszukoppeln.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfassen die Beleuchtungsvorrichtungen mehrere elektrooptische Elemente 4. Diese sind bei einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Matrix so angeordnet, dass jeweils ein Teil des von der Lichtquelle 3 emittierten Lichts auf sie trifft und durch separates Ansteuern der einzelnen elektrooptischen Elemente 4 auf verschiedene Weise gebrochen wird. Ferner kann ein Scheinwerfer des Fahrzeugs 1 mehrere Beleuchtungseinheiten 2 umfassen, wie weiter unten mit Bezug zu 4 im Detail erläutert wird.
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Die Erfassungseinheit 7 ist dazu ausgebildet, eine Verkehrssituation in der Umgebung des Fahrzeugs 1 zu erfassen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Schnittstelle (nicht dargestellt) zu einem Navigationssystem umfasst, mittels derer ein Typ der befahrenen Straße bestimmt wird. So wird beispielsweise zwischen einer Fahrt auf einer Autobahn, einer Landstraße und in einer geschlossenen Ortschaft unterschieden. Anschließend werden die jeweiligen Beleuchtungsbedürfnisse beziehungsweise ein gewünschter Lichtparameter für eine von den Beleuchtungsvorrichtungen 2 auszugebene Lichtverteilung bestimmt. Zusätzlich wird bei dem Ausführungsbeispiel eine Umgebungshelligkeit bestimmt und der gewünschte Lichtparameter wird ferner anhand dieser Umgebungshelligkeit bestimmt. Ferner kann eine Tageszeit erfasst werden, die wiederum beispielsweise Rückschlüsse auf die Umgebungshelligkeit und spezifische Bedürfnisse für den Lichtparameter zulässt.
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Mit Bezug zu den 2 und 3 werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Dabei wird von dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgegangen, die durch die Beschreibung des Verfahrens weiter spezifiziert wird.
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Eine Beleuchtungsvorrichtung 20 umfasst eine Lichtquelle 23, die eine Lichtemission erzeugt. Diese trifft auf eine variable Optik 21, die das Licht zu einer Lichtverteilung formt und schließlich aus der Beleuchtungsvorrichtung 20 auskoppelt. Die variable Optik 21 umfasst eine Sammeloptik 26, etwa einen Kollimator, ein elektrooptisches Element 24 und eine Projektionsoptik 25.
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Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Beleuchtungsvorrichtung 20 modular aufgebaut, das heißt, ihre Elemente können einfach separat montiert, eingestellt oder ausgetauscht werden. Mittels der Lichtquelle 23, die beispielsweise eine einzelne LED oder ein Array von LEDs umfasst, wird eine Lichtemission erzeugt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist ein Array von LEDs vorgesehen, bei dem durch separates Ansteuern der einzelnen, in einer Matrix angeordneten LEDs ein beliebiges aus Pixeln zusammengesetztes Lichtbild als Lichtverteilung erzeugt werden kann. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können andere Lichtquellen 23 verwendet werden, etwa Laser. Die Lichtemission kann beliebig gefärbt sein, etwa weiß oder in einer Farbe, die etwa mittels einer RGB-Lichtquelle erzeugt werden kann.
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Die Sammeloptik 26 bündelt das Licht der Lichtquelle 23 beziehungsweise wirkt als Kollimator. Das Licht trifft bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel anschließend auf das elektrooptische Element 24, durch das der Strahlengang des Lichtes durch Brechung weiter verändert wird. Die Besonderheit des elektrooptischen Elements 24 besteht darin, dass sein Brechungsindex durch Anlegen einer bestimmten Spannung eingestellt werden kann. Die Steuereinheit 6 bestimmt mittels eines Steuersignals, welche Spannung an das elektrooptische Element 24 angelegt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wird zudem eingestellt, in welche Richtung die Spannung an das elektrooptische Element 24 angelegt wird. Je nach der eingestellten Richtung ändert sich der Brechungsindex im elektrooptischen Element für bestimmte Richtungen. Die Ausbreitung des Lichts wird daher durch das elektrooptische Element 24 entlang zweier Achsen, insbesondere eine x- und y-Achse, manipuliert. Durch dieses Manipulieren der Ausbreitung werden auch die Breite des durch die Lichtverteilung beleuchteten Bereichs (Field of View) verändert, insbesondere unabhängig voneinander in die Richtungen seiner Höhe und Breite. Das Licht trifft schließlich auf die Projektionsoptik 25, welche eine Lichtverteilung nach außen projiziert. Die Abbildungseigenschaften hängen dabei von der Projektionsoptik ab, die ihrerseits einstellbare ist.
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Eines oder mehrere Module der Beleuchtungsvorrichtung 20 können auch verschiebbar, schwenkbar oder neigbar gelagert sein.
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Bei dem in 3 gezeigten Fall ist ferner ein Lichtmodulator 27 vorgesehen, auf den das Licht nach dem Durchtreten durch die Sammeloptik 26 auftrifft und von dem es zu dem elektrooptischen Element 24 gelangt. Der Lichtmodulator ist auf an sich bekannte Weise ausgebildet, etwa mittels Techniken wie DLP, DMD, LCD oder LCoS, und kann in einer Matrix pixelartig angeordnete Modulator-Elemente umfassen. Durch geeignetes Ansteuern des Lichtmodulators, insbesondere durch separates Ansteuern der Modulator-Elemente, kann eine Modulation des Lichts so erfolgen, dass die Lichtverteilung eingestellt werden kann. Insbesondere sind dabei zusätzlich weitere optische Elemente, etwa Filter, Spiegel und/oder Polarisatoren vorgesehen (nicht dargestellt). Dadurch können beispielsweise Teilbereiche der ausgekoppelten Lichtverteilung unabhängig voneinander mit unterschiedlicher Intensität ausgebildet werden, etwa um bestimmte Bereiche schwächer oder stärker zu beleuchten.
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Der Lichtmodulator 27 kann insbesondere eingesetzt werden, um eine durch Pixel, das heißt separat ansteuerbare Bildelemente, gebildete Lichtverteilung zu erzeugen. Er kann dabei anstelle eines Arrays von Lichtquellen 23 oder zusätzlich dazu eingesetzt werden. Als Lichtquelle 23 wird beispielsweise eine LED oder ein Laser verwendet.
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Mit Bezug zu den 1 bis 3 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Dabei wird von den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ausgegangen.
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Mittels der Erfassungseinheit 7 wird eine Verkehrssituation erfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird anhand der Position des Fahrzeugs 1 bestimmt, auf welchem Typ Straße es sich befindet. Ferner wird die Umgebungshelligkeit bestimmt. Anhand dieser erfassten Daten wird als Parameter der zu erzeugenden Lichtverteilung bestimmt, ob die Beleuchtungsvorrichtung 2, 20 des Fahrzeugs 1 mit einem Fahrlicht, einem Abblendlicht oder einem Fernlicht betrieben werden soll. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können alternativ oder zusätzlich weitere Faktoren berücksichtigt werden, etwa die Fahrtgeschwindigkeit oder eine Krümmung der Fahrtrajektorie.
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Der Parameter, den die Steuereinheit 6 für die Beleuchtungsvorrichtung 2, 20 bestimmt, betrifft die ausgekoppelte Lichtverteilung, das heißt die Verteilung der ausgekoppelten Lichtintensität in Abhängigkeit von einem Abstrahlwinkel. Bei dem Verfahren wird dann das elektrooptische Element 4, 24 so angesteuert, dass eine Lichtverteilung mit dem gewünschten Parameter erreicht wird. Prinzipiell können auch alle anderen Elemente der Beleuchtungsvorrichtung 2, 20 einen Einfluss darauf haben, wie die ausgekoppelte Lichtverteilung gebildet wird. Beispielsweise beeinflussen die Intensität der Lichtemission der Lichtquelle 3, 23 sowie die Abbildungseigenschaften der Projektionsoptik 5, 25 die Lichtverteilung. Die Ansteuerung des elektrooptischen Elements 4, 24 durch Anlegen einer Spannung erlaubt allerdings eine besonders schnelle und genaue Einstellung der gewünschten Eigenschaften der Lichtverteilung.
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Der vorgegebene Parameter betrifft bei dem Ausführungsbeispiel eine Leuchtweite, eine Helligkeit und eine Breite der ausgekoppelten Lichtverteilung. Dadurch wird beispielsweise ein maskiertes Dauerfernlicht realisiert, bei dem die ausgekoppelte Lichtverteilung abgeschattete Bereiche aufweist, in denen eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer vermeiden wird, während andere Bereiche mit besonders hoher Intensität und Leuchtweite beleuchtet werden.
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Es kann zwischen einer breiten Lichtverteilung mit eher geringer Intensität und Auflösung oder einer schmaleren Lichtverteilung mit größerer Intensität und Auflösung umgeschaltet werden. Die Breite und die Höhe des ausgeleuchteten Bereichs können an den jeweiligen Ausleuchtungsfall, also etwa an die Funktion eines Abblendlichts oder Fernlichts, angepasst werden. Durch Bündeln des Lichts in einem kleineren Bereich kann auch die Intensität nach Bedarf erhöht oder verringert werden, während der Energieverbrauch gleich bleibt. In Abhängigkeit von der Breite der Lichtverteilung kann zudem die im ausgeleuchteten Bereich erzielbare Winkelauflösung verändert werden, das heißt die Möglichkeit, innerhalb des ausgeleuchteten Bereichs besonders scharfe Übergänge und genau positionierte Bereiche unterschiedlicher Intensität zu definieren.
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Beispielsweise erfordert der Betrieb eines Fernlichts eine hohe Intensität und Auflösung, um etwa die Maskierung von entgegenkommendem oder vorausfahrendem Verkehr ideal zu realisieren und gleichzeitig eine gute Ausleuchtung des Fernbereichs zu gewährleisten. Bei einer Abblendlichtfunktion ist hingegen eine eher breite Ausleuchtung gewünscht und es werden keine hohen Auflösungen sowie Intensitäten benötigt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die ausgekoppelte Lichtverteilung so ausgebildet, dass dabei eine Lichtgrafik projiziert wird, etwa auf eine Fahrbahn. Typischerweise erfordert dies eine schmale Lichtverteilung beziehungsweise einen kleinen beleuchteten Bereich, in dem die Lichtverteilung eine hohe Intensität und Auflösung erreichen muss. Für eine detaillierte Darstellung von Lichtgrafiken sind hohe Auflösungen nötig. Ferner muss das System eine hohe Intensität bereitstellen, damit die Lichtgrafiken auch bei einer hohen Umgebungshelligkeit für den Betrachter sichtbar sind. Durch elektronische oder mechanische Änderung des optischen Systems erfolgt eine Anpassung des Projektionsbereichs und/oder der räumlichen Lage des ausgeleuchteten Bereichs. Bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dies durch die Ansteuerung des elektrooptischen Elements erreicht.
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Mit Bezug zu 4 wird ein modular aufgebauter Scheinwerfer mit mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen erläutert. Dabei wird von den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ausgegangen.
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Der Scheinwerfer 40 umfasst mehrere Module 41, 42, 43, die jeweils als Beleuchtungsvorrichtungen 2, 20 gemäß der obigen Beschreibung oder anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung ausgebildet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel sind sie schräg übereinander angeordnet, wobei beliebige andere Anordnungen vorgesehen sein können.
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Der Scheinwerfer 40 umfasst verschiedene Module für unterschiedliche Anwendungsfälle, etwa Abblendlicht und Fernlicht, an welche jeweils die erreichbare Auflösung und Intensität angepasst sind. Die Erfindung ermöglicht dabei elektronische und/oder mechanische Anpassungen der optischen Elemente und Linsen, etwa um eine Brennweite, die Geometrie und die Lage eines optischen Elements zu verändern. Zudem kann eine Fokussierung erfolgen. Ferner kann die ausgekoppelte Lichtverteilung durch Schwenken des optischen Systems eines Moduls oder eines seiner optischen Elemente verlagert werden.
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Der Scheinwerfer 40 kann die Aufgabe verschiedener bekannter Leuchten des Fahrzeugs 1 übernehmen und entsprechend an verschiedenen Positionen am Fahrzeug 1 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Scheinwerfer 40 oder eine ähnlich aufgebaute Leuchte als Frontscheinwerfer, als Rückleuchte am Fahrzeugheck oder als Innenleuchte in einem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Vorrichtung; Beleuchtungsvorrichtung
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Elektrooptisches Element
- 5
- Projektionsoptik
- 6
- Steuereinheit
- 7
- Erfassungseinheit
- 20
- Beleuchtungsvorrichtung
- 21
- Variable Optik
- 23
- Lichtquelle
- 24
- Elektrooptisches Element
- 25
- Projektionsoptik
- 26
- Sammeloptik
- 27
- Lichtmodulator
- 40
- Scheinwerfer
- 41,42,43
- Modul
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015203887 A1 [0004]
- DE 102017211699 A1 [0005]
- AT 511761 A1 [0006]
- DE 102015201766 A1 [0007]
- DE 102008036193 A1 [0008]
