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Die Erfindung geht aus von einer optischen Vorrichtung mit zumindest einem räumlichen Modulator für Licht und ein Verfahren zum Verändern einer Lichtverteilungskurve auf einem räumlichen Modulator für Licht.
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Aus dem Stand der Technik ist adaptives Fernlicht für Fahrzeuge bekannt, wobei bei diesem entgegenkommende Fahrzeuge erkannt werden und in diesen Sektoren, in denen sich die entgegenkommenden Fahrzeuge aufhalten, die Lichtintensität stark reduziert wird, um eine Blendung des Fahrers des entgegenkommenden Fahrzeugs zu vermeiden. Um dies zu ermöglichen, kann beispielsweise ein Scheinwerfer eingesetzt werden, der ein Array (Anordnung) aus Aluminiummikrospiegeln hat, welcher die Bezeichnung Digital Micromirror Device (DMD) hat. Je nach Konfiguration können DMDs hunderte, tausende und/oder mehr einzeln steuerbare Mikrospiegel enthalten, wobei jedem Spiegel eine flexible mechanische Stützstruktur zugeordnet ist. Die mechanische Stützstruktur kann den einzelnen Spiegel in eine von zwei möglichen Positionen bringen und somit kann je nach Position der einzelnen Spiegel bestimmt werden, ob das Licht beispielsweise in Richtung der Straße, auf dem ein Fahrzeug angeordnet ist, das einen solches DMD aufweist, projiziert wird, oder in Richtung eines Absorbers.
DE 10 2014 213 636 A1 offenbart eine Fahrzeugleuchte mit einem Lichtbild-Erzeugungsabschnitt, der ein Lichtbild erzeugt, das von der Leuchte nach vorn gestrahlt wird, einem optischen Element, das das Lichtbild von der Lampe nach vorn projiziert, sowie einen Abschnitt zum Verschieben des optischen Elementes.
DE 10 2013 226 614 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Laserlichtquellenanordnung, einer Optik und mindestens einem schwenkbaren Spiegel sowie mindestens einem Lichtwellenlängenkonversionselement, wobei die Optik und der mindestens eine schwenkbare Spiegel derart ausgebildet sind, dass von der Laserlichtquellenanordnung erzeugtes Laserlicht über die Optik und den mindestens einen schwenkbaren Spiegel zum Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkt wird.
AT 517 294 A1 offenbart einen Scheinwerfer für Fahrzeuge, mit zumindest einer Lichtquelle samt einer Fokussieroptik, mit einem Mikrospiegelarray und mit einer Abbildungsoptik, wobei der Lichtquelle und dem Mikrospiegelarray eine zentrale Recheneinheit mit einer Lichtquellen-Ansteuerung und einer Arrayansteuerung zugeordnet ist.
WO 2018/ 077 633 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem hochauflösenden Scheinwerfer, einem Mittel zur Einstellung der Leuchtweite des Scheinwerfers, wobei die Mittel zur Einstellung der Leuchtweite zusätzlich mechanische Verstellmittel umfassen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige optische Vorrichtung zu schaffen, die zumindest zwei Fahrzeuglichtfunktionen erfüllt. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen vorrichtungstechnisch einfachen Scheinwerfer mit der optischen Vorrichtung und einen vorrichtungstechnisch einfaches und kostengünstiges Fahrzeug zu schaffen. Zusätzlich ist es eine Aufgabe ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Verändern einer Lichtverteilungskurve auf einem räumlichen Modulator für Licht zu schaffen.
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Die Aufgabe hinsichtlich der optischen Vorrichtung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2, hinsichtlich des Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12, hinsichtlich des Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 oder 15.
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Erfindungsgemäß ist eine optische Vorrichtung mit zumindest einer Lichtquelle und einem räumlichen Modulator für Licht vorgesehen. Der räumliche Modulator für Licht (Special Light Modulator (SLM)) ist insbesondere ein räumlicher Mikrospiegelaktor. Jedoch kann der Modulator auch beispielsweise ein digitaler Mikrospiegelaktor (Digital Micromirror Device (DMD)) oder ein Liquid Crystal Display (LCD) oder ein oder mehrere Mikro-Elektro-Mechanical Systems (MEMS) oder Liquid Crystal-on-silicon (LCOS) und/oder Monomaterialien sein. Des Weiteren kann der Modulator digital oder analog ausgebildet sein. Das Licht der Lichtquelle ist zu dem Modulator führbar. Des Weiteren weist die optische Vorrichtung zumindest eine Optik auf, wobei die Optik in einem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Modulator angeordnet ist. Des Weiteren weist die optische Vorrichtung vorzugsweise zumindest einen Aktuator auf, der dazu konfiguriert ist, die Optik zu verstellen und/oder eine Position des Modulators zu verstellen. Durch die Verstellung der Optik wird das Licht der Lichtquelle durch die Optik jeweils unterschiedlich gebrochen und gelenkt. Beispielsweise kann durch eine Bewegung der Optik der Modulator aus dem Brennpunkt der Optik heraus bewegt werden und/oder hinein bewegt werden. Durch die Bewegung und/oder Verstellung des Modulators trifft das Licht der Lichtquelle ebenfalls je nach Position des Modulators unterschiedlich auf dem Modulator auf. Die Lichtverteilung kann, wenn der Aktuator den Modulator, beispielsweise in einer Erstreckungsrichtung des Modulators, verstellt, an einer Stelle eine höhere Intensität aufweisen als an einer anderen Stelle, da somit die Position, an der das Licht mit der höchsten Intensität auf dem Modulator auftrifft, veränderbar ist. Weist die optische Vorrichtung zwei oder mehr Optiken auf, so sind die zwei Optiken durch einen Aktuator jeweils im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Modulator einführbar und ausführbar. Eine weitere Möglichkeit die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator zu verändern ist es, die Position der Lichtquelle durch beispielsweise einen Aktuator zu verändern. Die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator ändert sich vorzugsweise, je nachdem, welche und/oder wie viele Optiken zwischen der Lichtquelle und dem Modulator angeordnet sind.
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Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass auf vorrichtungstechnisch einfache Weise durch die veränderte Lichtverteilungskurve auf dem Modulator verschiedene Lichtfunktionen ausgeführt werden können. Ist die optische Vorrichtung beispielsweise in einem Fahrzeug als ein Scheinwerfer vorgesehen, so kann mit der optischen Vorrichtung beispielsweise ein adaptives Fernlicht als eine erste Funktion der optischen Vorrichtung ausgeführt werden. Der Modulator kann dabei so gesteuert werden, dass verschiedene Bereiche, in denen beispielsweise ein entgegenkommendes Fahrzeug erkannt wurde, ausgeblendet wird. Als eine zweite Funktion kann die optische Vorrichtung beispielsweise ein Kurvenlicht erzeugen. Durch die Veränderung der Lichtverteilungskurve auf dem Modulator, beispielsweise indem die Optik in einer Richtung, insbesondere parallel, zu einer Grundfläche, auf dem das Fahrzeug, das die optische Vorrichtung aufweist, angeordnet ist, bewegt wird, so dass in einem Bereich des Modulators eine größere Lichtintensität vorliegt, als in einem anderen Bereich, so dass das in der optischen Vorrichtung erzeugte Lichtbild sich ebenfalls in einer Richtung, insbesondere parallel, zu der Grundfläche, auf dem das Fahrzeug angeordnet ist, bewegt. Solche Bewegung der Optik ist besonders vorteilhaft, wenn die Lichtverteilungskurve, die auf dem Modulator auftrifft, nicht homogen ist, sondern an unterschiedlichen Stellen eine unterschiedliche Intensität aufweist. Zusammengefasst ist es einfach umsetzbar, das von der optischen Vorrichtung erzeugte Lichtbild zu verändern, so dass unterschiedliche Funktionen von dieser ausführbar sind. Es ist auch beispielsweise denkbar, ein Tagfahrlicht und/oder sonstige andere Lichtfunktionen durch die optische Vorrichtung zu realisieren. Da somit eine Vielzahl von Funktionen durch die optische Vorrichtung ausführbar sind, müssen nicht eine Vielzahl von Leuchten wie beispielsweise eine Leuchte für Abblendlicht und/oder eine Leuchte für Nebelscheinwerfer und/oder eine Leuchte für Fernlicht einzeln in dem Fahrzeug angeordnet sein, so dass somit Kosten eingespart werden können. Zudem muss auch nur eine optische Vorrichtung und/oder zwei optische Vorrichtungen in das Fahrzeug montiert werden und nicht, wie bei konventionellen Scheinwerfern, eine Vielzahl von Leuchten. Dies kann den Montageaufwand verringern und somit die Montagezeit, was ebenfalls zu einer Verminderung der Kosten führen kann.
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Ein weiterer Vorteil ist es, dass eine Vielzahl von Designmöglichkeiten entstehen, da beispielsweise die Front eines Fahrzeugs nicht mit einer Vielzahl von Leuchten ausgestattet werden muss, ohne dass auf Funktion, wie beispielsweise Kurvenlicht, verzichtet werden muss.
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Wie oben beschrieben, kann die optische Vorrichtung zumindest zwei Optiken aufweisen, die zusammen und/oder einzeln in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Modulator einführbar und ausführbar sind. Dazu kann beispielsweise eine Vorrichtung genutzt werden, in die die Optiken, insbesondere umlaufend oder kreisförmig um eine Drehachse der Vorrichtung, eingebracht sein können, und die, insbesondere um ihren Mittelpunkt, drehbar gelagert ist. Die Drehachse ist dabei insbesondere parallel zu dem Strahlengang des Lichts zwischen Lichtquelle und den Modulator. Durch das Drehen der Vorrichtung um die Drehachse kann dann jeweils eine andere Optik zwischen der Lichtquelle und dem Modulator angeordnet sein. Es ist auch möglich, mehrere solcher Vorrichtungen hintereinander anzuordnen, die jeweils zumindest eine und/oder mehrere Optiken aufweisen. Mit anderen Worten kann/können die Vorrichtung und/oder die Vorrichtungen beispielsweise als eine Art Revolvertrommel oder Trommel mit zumindest einer Optik ausgeführt sein. Dies ist vorteilhaft, da durch eine einfache Drehung der Vorrichtung oder durch ein einfaches Einbringen und/oder Ausführen einer Optik aus dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Modulator eine andere Lichtverteilungskurve auf dem Modulator realisierbar ist. Dies ist eine besonders einfache Anordnung, die sich kostengünstig realisieren lässt, da insbesondere bei der Integration von zumindest zwei Optiken in eine Vorrichtung diese durch den Aktuator gedreht werden kann. Dies ist besonders leicht zu realisieren und der Aktuator kann beispielsweise ein einfacher Elektromotor sein. Des Weiteren ist es durch die Vorrichtungen oder durch die Trommel möglich, dass verschiedene Optiken nur einen Aktuator benötigen, um in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Modulator ein- oder ausgeführt werden zu können. Dies macht diese Lösung vorrichtungstechnisch sehr einfach.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Optik und/oder der räumliche Modulator und/oder die zumindest zwei Optiken durch den zumindest einen Aktuator derart verstellbar sind, so dass die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator flach sein kann, d.h., wenn der beleuchtete Bereich größer ist, als eine gesamte Abstrahlfläche des Modulators (Overfill) und somit die Intensität des Lichts auf dem Modulator im Wesentlichen gleich ist. Mit anderen Worten wird der Modulator über seine Ränder seiner gesamten Abstrahlfläche hinaus bestrahlt. Des Weiteren kann der Aktuator die Optik und/oder den Modulator und/oder die zumindest zwei Optiken derart verstellen, dass die Lichtverteilungskurve steil ist, das heißt, die Lichtverteilung auf dem Modulator inhomogen ist, d. h., die Lichtintensität auf dem Modulator insbesondere große Unterschiede aufweist. Beispielsweise kann die Lichtverteilungskurve eine Gauß-Form aufweisen und insbesondere kann nicht der gesamte Bereich des Modulators beleuchtet sein (Underfill). Mit anderen Worten können insbesondere zwei verschiedene Modi durch die Verstellung der Optik und/oder des Modulators und/oder der zumindest zwei Optiken erreicht werden, wobei diese beispielsweise nicht eindeutig voneinander abgrenzbar sind. Mit anderen Worten sind auch Modi dazwischen möglich, bei der die Lichtverteilungskurve beispielsweise eher flach ist, jedoch die Lichtverteilung nicht über den gesamten Modulator homogen ist. Dies ist vorteilhaft, da somit unterschiedliche Beleuchtungsfunktionen realisiert werden können. In dem ersten Modus, in dem der gesamte Modulator, insbesondere homogen, bestrahlt ist, ist es möglich, ein möglichst homogenes Lichtbild zu erzeugen, bei dem die Intensität im Wesentlichen gleich ist. Wird dann der Modulator, der beispielsweise ein DMD sein kann, beispielsweise durch ein Rechenelement angesteuert und verschiedene Abschnitte des Lichtbilds verdunkelt, ist es beispielsweise möglich, dass einem Fahrer eines Fahrzeugs, in dem die optische Vorrichtung vorgesehen ist, ein Text und/oder ein sonstiges Symbol, insbesondere auf der Straße, angezeigt wird. Des Weiteren kann dieser Modus als Abblendlicht genutzt werden, da somit ein größerer Bereich, als bei dem zweiten Modus, durch die optische Vorrichtung beleuchtbar ist, insbesondere Fußwege und/oder Abschnitte, die nicht direkt vor einem Fahrzeug angeordnet sind. Beispielsweise auch Bereiche, die schräg vor dem Fahrzeug liegen. Dies kann die Sicherheit, insbesondere im Stadtverkehr, erhöhen, da somit beispielsweise Fußgänger sicherer erkannt werden können. Des Weiteren kann somit verhindert werden, dass Fußgänger und/oder Einwohner durch Licht des Lichtbilds der optischen Vorrichtung geblendet werden. Ist die Lichtverteilungskurve steil, d. h., wenn sie beispielsweise eine Gauß-Form aufweist, so kann beispielsweise die Fernlichtfunktion eines Fahrzeugs damit realisiert werden. Die Intensität des Lichts ist in einem Bereich höher als in anderen Bereichen auf dem Modulator und gleichzeitig höher, als in dem ersten Modus, da in diesem mit der gleichen Lichtquelle eine größere Fläche beleuchtet wird. Somit kann insbesondere im Fernfeld eine bessere Intensität des Lichtbildes realisiert werden und beispielsweise früher Hindernisse, insbesondere außerhalb eines Stadtbereichs, gesehen werden.
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Um die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator zu ändern, insbesondere von einer inhomogenen zu einer homogenen Lichtverteilung auf dem Modulator oder umgekehrt, gibt es verschiedenen Möglichkeiten, wobei die Lichtquelle und/oder der Modulator aus dem Brennpunkt der Optik hinaus- und oder hineinbewegt werden. Dazu kann die Optik und/oder der räumliche Modulator für Licht durch den Aktuator in dem Strahlengang hin zu dem Modulator und/oder der Lichtquelle oder weg von dem räumlichen Modulator und/oder der Lichtquelle verstellt werden und/oder die Lichtquelle kann verstellt werden. Durch die Verstellung der Optik und/oder des Modulators kann der Modulator aus dem Brennpunkt der Optik oder in den Brennpunkt der Optik bewegt werden, und so kann die Lichterverteilungskurve auf dem Modulator verstellt werden. Mit anderen Worten kann das Lichtbild, das von der Lichtquelle und der Optik erzeugt ist, „scharf“ oder „unscharf“ auf dem Modulator auftreffen. Ist das Lichtbild unscharf, so ist die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator eher flach, d. h., die Lichtverteilung auf dem Modulator ist eher homogen und wenn das Lichtbild scharf ist, so ist die Lichtverteilungskurve eher steil und die Lichtverteilung somit inhomogen auf dem Modulator.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Optik und/oder der Modulator und/oder die Vorrichtung, die zumindest zwei Optiken aufweist, durch den Aktuator neigbar und/oder kippbar ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Lichtverteilungskurve steil ist, d. h., wenn die Lichtverteilung auf dem Modulator inhomogen ist und beispielsweise einer Gauß-Kurve ähnelt. Durch die Verkippung der Optik und/oder der Vorrichtung und/oder des Modulators kann beispielsweise die Funktion Kurvenlicht realisierbar sein. Mit anderen Worten kann das Lichtbild der optischen Vorrichtung sich durch kippen und/oder neigen der Elemente und/oder eines Elements, wobei ein Element der Modulator und/oder die Optik und/oder eine Vorrichtung, die zumindest zwei Optiken aufweist, sein kann, verschoben werden. Wird beispielsweise der Modulator gekippt, so kann das Lichtbild der optischen Vorrichtung bewegt werden. Dies ist vorteilhaft, da somit beispielsweise eine Kurve ausleuchtbar ist, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Mit anderen Worten kann das Lichtbild nach rechts bewegt sein, wenn das Fahrzeug eine Rechtskurve fährt. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit kann sein, dass beispielsweise eine Leuchtweitenregulierung durch das Kippen eines der Elemente und/oder mehrerer Elemente vorgenommen werden kann. Mit anderen Worten kann die Leuchtweite der optischen Vorrichtung, obwohl das Fahrzeug unterschiedliche Beladungszustände aufweisen kann, vorzugsweise immer gleich sei.
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Eine weitere Möglichkeit, das Lichtbild der optischen Vorrichtung zu verändern, ist es, die Optik und/oder die Vorrichtung in eine Richtung senkrecht zu dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Modulator zu verstellen. Mit anderen Worten wird die Optik, die sich in dem Strahlengang befindet, derart bewegt, so dass sich die Position der Lichtverteilungskurve und damit auch die Position der Stelle mit der höchsten Lichtintensität auf dem Modulator bewegt. Eine weitere zusätzliche oder alternative Möglichkeit, die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator zu bewegen, so dass die höchste Intensität beispielsweise an einer anderen Stelle auf dem Modulator ist, ist es, den Modulator durch den Aktuator in einer Erstreckungsrichtung des Modulators zu verstellen. Durch eine Veränderung der Position des Modulators und/oder der Optik ist es möglich die Kurvenlichtfunktion zu realisieren.
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Sind zumindest zwei Optiken in der optischen Vorrichtung vorgesehen, so ist es vorteilhaft, wenn diese unterschiedliche Brennweiten aufweisen. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine der Optiken eine Mehrlinsenanordnung (Multi Lens Array) und/oder ein Diffusor und/oder ein Streuelement ist. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, wenn die Optiken derart in den Strahlengang ein- und/oder ausführbar sind, so dass sich die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator verändert, und dies ist besonders leicht umzusetzen, wenn die zumindest zwei Optiken unterschiedlich ausgebildet sind.
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Des Weiteren ist vorzugsweise zumindest ein Rechenelement vorgesehen, das insbesondere dazu konfiguriert ist, den Modulator zu steuern. Beispielsweise kann, wenn der Modulator ein DMD ist, der Modulator derart gestellt werden, dass dem Fahrer des Fahrzeugs, an dem die optische Vorrichtung angeordnet ist, auf der Straße oder auf einer externen Projektionsfläche, ein Text und/oder ein Symbol anzeigbar ist.
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Das Rechenelement kann auch beispielsweise dafür benutzt werden, den Aktuator und/oder die Aktuatoren derart zu steuern, dass die optische Vorrichtung verschiedene Modi ausführt.
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Beispielsweise kann die optische Vorrichtung einen Sensor aufweisen, der äußere Gegebenheiten bestimmen kann, wie zum Beispiel, ob das Fahrzeug in einem Stadtgebiet, d. h. innerorts, oder in einem ländlichen Gebiet, d. h. außerorts, fährt. Diese Information kann der Sensor beispielsweise dem Rechenelement kommunizieren und abhängig davon kann das Rechenelement den oder die Aktuatoren derart steuern, dass die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator beispielsweise flach oder steil ist.
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Des Weiteren kann das Rechenelement beispielsweise durch einen oder den Sensor eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs registrieren und dementsprechend die oder den Aktuator/en steuern, so dass beispielsweise die optische Vorrichtung als ein Kurvenlicht eingesetzt ist.
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Die verschiedenen Modi können zudem auch abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt werden. Beispielsweise kann ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit ab 60 km/h der Modus derart gewählt sein, so dass die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator inhomogen ist, d. h. steil ist. Unter einer Geschwindigkeit von beispielsweise 60 km/h kann insbesondere das Rechenelement, die Aktuatoren oder Aktuator derart steuern, dass die Lichtverteilungskurve auf dem Modulator eher flach ausgebildet ist.
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Eine weitere Möglichkeit ist es, dass die Modi derart angepasst werden, je nachdem, wie ein Fahrer des Fahrzeugs, an dem die optische Vorrichtung angeordnet ist, eine Einstellung an beispielsweise einem Lichtschalter vornimmt. Wechselt der Fahrer beispielsweise von Abblendlicht auf Fernlicht, so kann sich der Modus ändern.
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Vorzugsweise ist die Etendue der Lichtquelle kleiner als die Etendue des Modulators. Dies ist vorteilhaft, da so der Wirkungsgrad der optischen Vorrichtung höher ist, da vorzugsweise im Wesentlichen die gesamte Lichtstrahlung der Lichtquelle auf den Modulator auftrifft.
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Vorzugsweise ist zumindest ein optisches Element dem Modulator nachgeschaltet. Dies kann beispielsweise eine Linse und/oder eine Projektionslinse sein, die den Wirkungsgrad der optischen Vorrichtung vorzugsweise verbessert und/oder das Lichtbild der optischen Vorrichtung dem Anwendungsfall der optischen Vorrichtung anpasst.
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Vorzugsweise wird bei einem Verfahren zum Verändern der Lichtverteilungskurve auf dem Modulator der Aktuator, vorzugsweise durch das Rechenelement, derart gesteuert, dass die Optik und/oder der Modulator und/oder die Optiken mit einer Frequenz verstellt und/oder in den Strahlengang eingeführt oder ausgeführt werden, so dass die oszillierende Bewegung des Lichtbilds der optischen Vorrichtung vom menschlichen Auge nicht wahrnehmbar ist. Dazu kann die Frequenz der Oszillation ungefähr 60 Hz oder mehr betragen. Durch die schnelle Bewegung kann beispielsweise, insbesondere wenn die optische Vorrichtung als Fernlicht eingesetzt ist, das Lichtbild für das menschliche Auge eine größere Fläche bestrahlen. Mit anderen Worten bewegt sich das Lichtbild derart schnell hin und her, dass das menschliche Auge eine größere beleuchtete Fläche wahrnimmt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Lichtverteilungskurve steil ist und somit die Intensität besonders im Fernfeld groß ist. Das heißt, es kann beispielsweise die gesamte Abstrahlfläche des Modulators abwechselnd mit einer Frequenz von 60 Hz oder mehr beleuchtet werden.
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Wird die optische Vorrichtung mit einer Frequenz von ungefähr 60 Hz oder mehr angesteuert, so ist es auch möglich verschiedene Lichtmuster zu erzeugen, die sich überlagern. Durch den beispielsweise schnellen Wechsel eines Lichtmusters mit einem anderen, entsteht für das menschliche Auge den Anschein, als würden die Lichtmuster sich überlagern.
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Bei einem weiteren Verfahren kann der Modulator oder die Optik und/oder die Optiken derart verstellt werden und/oder in den Strahlengang ein- oder ausgeführt werden, so dass das menschliche Auge diese Bewegung wahrnimmt, d. h. mit einer Frequenz von insbesondere maximal bis zu zehn Hertz bewegt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die optische Vorrichtung als Kurvenlicht eingesetzt ist, da somit das menschliche Auge die Bewegung, die das Lichtbild vollführt, durch die Verstellung wahrnimmt.
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Vorzugsweise ist die Frequenz der oszillierenden Bewegung synchron mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) einer Ansteuerung der Lichtquelle. Insbesondere LEDs werden durch Pulsweitenmodulation angesteuert und blinken somit in einem hochfrequenten Bereich, der durch das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Ist die oszillierende Bewegung asynchron mit dieser Frequenz des Blinkens, so kann dies für das menschliche Auge unangenehm sein. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Frequenzen synchronisiert sind.
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Der Modulator ist beispielsweise ein Digital-Micromirror-Device (DMD), ein Liquid Crystal Display (LCD) oder ein oder mehrere Micro-Electro-Mechanical-Systeme (MEMS).
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Ein DMD weist eine Vielzahl von Spiegeln auf (Mikrospiegel), die mit hoher Frequenz zwischen zwei Spiegelstellungen kippbar sind und jeweils ein Lichtpixel bilden können. Üblicherweise wird in einer ersten Position eines Spiegels ein auf den Spiegel einfallendes Licht aus dem Fahrzeugscheinwerfer emittiert und in einer zweiten Position zu einer Absorberfläche gelenkt.
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Das DMD ist vorzugsweise ein Teil eines Digital Light Processing (DLP, englisch), das eine von dem US-Unternehmen Texas Instruments (TI) entwickelte und als Marke registrierte Projektionstechnik ist, bei der Bilder erzeugt werden, indem ein digitales Bild auf einen Lichtstrahl aufmoduliert wird. Dabei wird der Lichtstrahl durch eine rechteckige Anordnung von beweglichen Mikrospiegeln, dem DMD, in Pixel zerlegt und dann pixelweise entweder in den Projektionsweg hinein oder aus dem Projektionsweg hinaus reflektiert.
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Die mindestens eine Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung kann jeweils als eine Licht emittierende Diode (LED), und/oder als eine organische LED (OLED), und/oder als eine Laserdiode und/oder als ein nach einem Laser Activated Remote Phosphor (LARP)-Prinzip arbeitendes Leuchtmittel, und/oder als eine Halogenlampe, und/oder als eine Gasentladungslampe (High Intensity Discharge (HID)), und/oder in Verbindung mit einem nach einem Digital Light Processing (DLP)-Prinzip arbeitenden Projektor ausgebildet sein. Somit steht eine Vielzahl von Alternativen als eine Lichtquelle für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung zur Verfügung.
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Es ist auch möglich, dass die optische Vorrichtung mindestens zwei Lichtquellen aufweist, die Licht mit unterschiedlichen Lichtfarben, insbesondere weißes Licht mit verschiedenen Farbtemperaturen, ausstrahlen. Das Licht der Lichtquellen kann sich im Lichtbild der optischen Vorrichtung auf verschiedene Arten überlagern und somit sind verschiedenen Lichtbilder möglich. Es ist auch möglich, die Lichtquellen synchronisiert mit dem Modulator anzusteuern, insbesondere mit einer Frequenz von über 60 Herz, und so kann ein Lichtbild erzeugt werden, das für das menschliche Auge verschiedene Farben aufweist. Es ist auch denkbar, dass zumindest eine der Lichtquellen eine Infrarotlichtquelle und/oder eine Ultraviolettabstrahlende Lichtquelle ist.
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Erfindungsgemäß ist ein Scheinwerfer mit einer optischen Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Der Scheinwerfer wird vorzugsweise bei einem Fahrzeug eingesetzt. Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teilautonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein. Wird der Scheinwerfer für ein Fahrzeug eingesetzt, so handelt es sich dann bei diesem vorzugsweise um einen Frontscheinwerfer.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2a und 2b eine schematische Darstellung einer Lichtverteilungskurve auf einem Modulator gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
- 3a und 3b eine schematische Darstellung einer Lichtverteilungskurve auf einem Modulator gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer optischen Vorrichtung 1 gegeben, wobei diese eine Lichtquelle 2 aufweist und einen räumlichen Modulator für Licht, der ein Mikrospiegelaktor 4 ist. Die optische Vorrichtung 1 ist beispielsweise in einem Schweinwerfer 5 angeordnet, der durch eine Strichlinie angedeutet ist. Der Scheinwerfer 5 wiederrum kann in einem Fahrzeug 6 angeordnet sein, das hier durch eine Strich-Zweipunktlinie angedeutet ist. Das Licht der Lichtquelle 2 trifft auf den Mikrospiegelaktor 4 auf. Dieser ist beispielsweise ein DMD mit einer Vielzahl von Mikrospiegeln, die das Licht der Lichtquelle 2 jeweils reflektieren. Je nachdem, wie die Mikrospiegel des DMD gestellt sind, kann das Licht auf einen Absorber 7 oder in Richtung einer Projektionslinse 8, die ein optisches Element ist, die dem Mikrospiegelaktor 4 nachgeschaltet ist, gelenkt werden.
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Zwischen der Lichtquelle 2 und dem Mikrospiegelaktor 4 im Strahlengang des Lichts der Lichtquelle 2 ist zudem eine Optik 10 angeordnet und eine Optik 12. Die Optik 10 kann beispielsweise eine Streulinse sein und die Optik 12 kann beispielsweise eine Sammellinse sein.
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Die Lichtquelle 2 und die Optik 10 weisen vorzugsweise eine jeweils geringere Etendue auf, als der Mikrospiegelaktor 4.
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Um eine Lichtverteilung auf dem Mikrospiegelaktor 4 zu verändern und/oder zu verstellen, kann die Optik 10 durch einen schematisch dargestellten Aktuator 11 in dem Strahlengang des Lichts der Lichtquelle zu der Lichtquelle 2 hin und von dem Mikrospiegelaktor 4 wegbewegt werden, so dass beispielsweise der Mikrospiegelaktor 4 außerhalb der Brennweite oder in der Brennweite der Optik 10 angeordnet wird. Des Weiteren kann die Optik 10 zu dem Mikrospiegelaktor 4 und von der Lichtquelle 2 wegbewegt werden, so dass sich eine Lichtverteilungskurve auf dem Mikrospiegelaktor 4 verändert wird. Dies kann unterschiedliche Lichtverteilungskurven auf dem Mikrospiegelaktor 4 erzeugen, wobei eine eher flachere Lichtverteilungskurve auf dem Mikrospiegelaktor 4 erzeugt ist, wenn dieser außerhalb des Brennpunkts der Optik 10 angeordnet ist und eine spitzere Lichtkurve, wenn der Mikrospiegelaktor 4 in dem Brennpunkt der Optik 10 angeordnet ist. Die Pfeile 14 zeigen diese Bewegung an. Zusätzlich oder alternativ kann die Optik 10 auch senkrecht oder radial zu dem Strahlengang des Lichts der Lichtquelle 2 bewegt sein, was durch die Pfeile 16 angezeigt ist. Durch diese Bewegung kann sich die Lichtverteilungskurve auf dem Mikrospiegelaktor 4 ebenfalls verändern. Beispielsweise kann sich der Punkt mit der höchsten Lichtintensität auf dem Mikrospiegelaktor 4 verschieben.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Optik 10 oder die Optik 12 von einem Aktuator 11 oder einem weiteren Aktuator aus dem Strahlengang des Lichts der Lichtquelle herausgeführt werden, so dass das Licht nur durch die Optik 12 und/oder die Optik 10 und/oder durch keine der Optiken 10, 12 hindurchgeht.
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Eine weitere Möglichkeit, die Lichtverteilungskurve auf dem Mikrospiegelaktor 4 zu verändern, ist es, diesen durch den Aktuator 11 oder einen weiteren Aktuator zu bewegen. Dazu kann der Mikrospiegelaktor 4 in einer Richtung seiner Erstreckungsrichtung bewegt werden oder senkrecht dazu, wobei die Bewegung in der Erstreckungsrichtung des Mikrospiegelaktors 4 durch den Pfeil 18 angedeutet ist und die Bewegungsrichtung senkrecht dazu durch den Pfeil 19. Durch die Bewegung des Mikrospiegelaktors 4 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung des Mikrospiegelaktors 4 kann sich der Mikrospiegelaktor aus dem Brennpunkt der Optik 10 herausbewegen oder in die den Brennpunkt hereinbewegen. Durch die Bewegung in der Erstreckungsrichtung kann sich die Stelle mit der höchsten Lichtintensität auf dem Mikrospiegelaktor 4 verschieben.
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Zusätzlich oder alternativ können die Optik 10 und auch der Mikrospiegelaktor 4 in eine, mehrere oder alle Raumrichtungen kippbar sein, um die Lichtverteilungskurve auf dem Mikrospiegelaktor 4 zu verändern.
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Die optische Vorrichtung 1 kann zudem ein Rechenelement 20 aufweisen, das beispielsweise den Mikrospiegelaktor 4 steuern kann. Ist der Mikrospiegelaktor 4 beispielsweise ein DMD so kann das Rechenelement 20 die Stellung von Mikrospiegeln des DMD steuern. Des Weiteren kann das Rechenelement 20 auch über den/die Aktuatoren 11 die Optiken 10, 12 und/oder die Position des Mikrospiegelaktors 4 steuern.
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Des Weiteren kann die optische Vorrichtung 1 einen Sensor 21 aufweisen, der äußere Gegebenheiten, beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 6 bestimmen kann und/oder die Helligkeit außerhalb des Fahrzeugs 6, und dies kann der Sensor 21 an das Rechenelement 20 weitergeben, wobei dieses entsprechend den Mikrospiegelaktor 4 und/oder den/die Aktuatoren und somit die Position des Mikrospiegelaktors 4 und/oder die Optiken 10, 12 einstellt.
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In 2a ist ein skizziertes Beispiel einer Lichtverteilungskurve 22 auf beispielsweise dem Mikrospiegelaktor 4 der 1 gegeben. Der Mikrospiegelaktor 4 ist in einer Draufsicht dargestellt. Es ist skizziert, dass die Lichtverteilungskurve 22 eine runde Grundform aufweist, wobei die Intensität bis zu einem Punkt 24 mit der höchsten Intensität zunimmt. In 2b ist der Mikrospiegelaktor 4 und die Lichtverteilungskurve 22 in einem Schnitt, der in 2a durch eine Punktlinie angegeben ist, gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die Lichtverteilungskurve 22 einer Gauß-Form ähnelt. Wird nun beispielsweise der Mikrospiegelaktor 4 in einer Erstreckungsrichtung des Mikrospiegelaktors 4 bewegt, so kann sich der Punkt 24 mit der höchsten Intensität ebenfalls auf dem Mikrospiegelaktor 4, wie durch die Pfeile 26 angedeutet, verändern.
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In 3a ist eine skizzierte Lichtverteilungskurve 28 gegeben, wobei diese zeigt, dass nicht das gesamt Licht, das beispielsweise von der Lichtquelle 2 der 1 ausgestrahlt wird auf dem Mikrospiegelaktor 4 auftrifft, sondern auch Bereich neben des Mikrospiegelaktors 4 bestrahlt. Dies kann zu einem schlechteren Wirkungsgrad der optischen Vorrichtung 1 führen, jedoch auch zu einer homogeneren Lichtverteilung und zu einer flacheren Lichtverteilungskurve 28. Die gezeigte Lichtverteilungskurve 28 hat ein Intensitätsplateau 30, wobei dieses fast den oder den gesamten Mikrospiegelaktor 4 umfasst. In 3b, die einen Schnitt durch den Mikrospiegelaktor 4 und die Lichtverteilungskurve 28 darstellt, zeigt, dass das Intensitätsplateau 30 fast den gesamten Mikrospiegelaktor 4 abdeckt, wobei eine Ausdehnung des Mikrospiegelaktors 4, durch eine Strichlinie angedeutet ist. Diese Lichtverteilungskurve 28 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Mikrospiegelaktor 4 nicht im Brennpunkt der Optik 10 angeordnet ist.
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Die Lichtverteilungskurven 22 und 28 der 2a und 2b sind hier symmetrisch dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, dass diese asymmetrisch sind und/oder eine andere Form aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Optische Vorrichtung
- 2
- Lichtquelle
- 4
- Mikrospiegelaktor
- 5
- Scheinwerfer
- 6
- Fahrzeug
- 7
- Absorber
- 8
- Linse
- 10, 12
- Optik
- 11
- Aktuator
- 14, 16, 18, 19, 26
- Pfeil
- 20
- Rechenelement
- 21
- Sensor
- 22, 28
- Lichtverteilungskurve
- 24
- Punkt höchster Lichtintensität
- 30
- Intensitätsplateau
