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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 sind Beleuchtungsvorrichtungen bekannt, welche drei separate Lichtmodule umfassen, wobei ein Lichtmodul Licht in der Grundfarbe Rot, ein Lichtmodul Licht in der Grundfarbe Grün und ein Lichtmodul Licht in der Grundfarbe Blau emittiert. Mit einem Bildgeber, auf dem das monochromatische Licht der einzelnen Lichtmodule fällt, können farbige Lichtverteilungen generiert werden. Die einzelnen Lichtmodule werden dabei sequentiell angeschaltet, d.h. zu einem jeweiligen Zeitpunkt ist nur eines der Lichtmodule angeschaltet.
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In einer Beleuchtungsvorrichtung der obigen Art kann durch eine hohe Frequenz des sequentiellen Anschaltens der Lichtquellen eine Weißlichtverteilung generiert werden. Der Wechsel zwischen den angeschalteten Zuständen der einzelnen Lichtquelle ist dabei derart schnell, dass er für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist, so dass die generierte Lichtverteilung für einen menschlichen Betrachter als Weißlicht erscheint. Es besteht jedoch das Problem, dass bei schnellen Augenbewegungen der sog. Regenbogeneffekt auftritt, der dadurch hervorgerufen wird, dass verschiedene Bereich der Netzhaut mit unterschiedlichen Lichtfarben beleuchtet werden. Als Folge nimmt der Betrachter die einzelnen Farben Rot, Grün und Blau kurzzeitig als Einzelfarben wahr, so dass der unerwünschte Eindruck eines Regenbogens entsteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit der die Generierung einer Weißlichtverteilung verbessert wird.
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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 für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um einen PKW, jedoch kann das Kraftfahrzeug ggf. auch ein LKW sein.
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Sofern im Folgenden und insbesondere in den Patentansprüchen Wechselwirkungen zwischen der Beleuchtungsvorrichtung und Komponenten des Kraftfahrzeugs bzw. der für das Kraftfahrzeug generierten Lichtverteilung beschrieben werden, so ist dies immer dahingehend zu verstehen, dass die Wechselwirkung bei Anordnung bzw. Einbau der Beleuchtungsvorrichtung im Kraftfahrzeug auftritt.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine RGB-Leuchteinrichtung, einen flächigen Bildgeber sowie eine Projektionsoptik. Die RGB-Leuchteinrichtung beinhaltet monochromatische Lichtquellen in der Form von separaten, unabhängig voneinander betreibbaren Lichtmodulen. Mit anderen Worten handelt es sich bei den einzelnen Lichtmodulen um separate Bauteile, die getrennt voneinander ansteuerbar sind und an separatraten Positionen in der Beleuchtungsvorrichtung verbaut sind. Es ist dabei ein Lichtmodul bzw. eine Lichtquelle zur Emission von Licht im roten Spektralbereich, ein Lichtmodul bzw. eine Lichtquelle zur Emission von Licht im grünen Spektralbereich und ein Lichtmodul bzw. eine Lichtquelle zur Emission von Licht im blauen Spektralbereich vorgesehen. Die entsprechenden Wellenlängen- bzw. Frequenzintervalle dieser Spektralbereiche sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Hier und im Folgenden entsprechen die Spektralbereiche folgenden Intervallen der Wellenlänge Ä:
- - roter Spektralbereich: 610 nm < λ < 760 nm;
- - grüner Spektralbereich: 500 nm < λ < 570 nm;
- - blauer Spektralbereich: 450 nm < λ < 500 nm
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Die Beleuchtungsvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass in deren Betrieb das emittierte Licht der Lichtquellen auf den Bildgeber fällt, der daraus mittels Amplitudenmodulation ein Bild generiert, aus dem durch die Projektionsoptik eine Lichtverteilung erzeugt wird. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst ferner eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs der Lichtquellen bzw. Lichtmodule.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich durch einen speziellen Betriebsmodus zur Erzeugung einer Weißlichtverteilung aus. Hierzu ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass im Falle, dass eine Lichtverteilung aus Graustufen (d.h. eine Weißlichtverteilung) zu erzeugen ist, die Lichtquellen der RGB-Leuchteinrichtung zeitlich überlappend angeschaltet werden, so dass sich das emittierte Licht der Lichtquellen mischt und Weißlicht auf den Bildgeber fällt. Die Steuereinrichtung hat somit Zugriff auf die Information, dass eine Weißlichtverteilung zu generieren ist. Beispielsweise kann sie diese Information über ein ihr zugeführtes Signal erhalten. Basierend auf dieser Information werden dann alle Lichtmodule der RGB-Leuchteinheit zeitlich überlappend aktiviert, so dass unmittelbar eine Farbmischung aus den Grundfarben Rot, Grün und Blau und somit Weißlicht entsteht. Demzufolge tritt bei der generierten Lichtverteilung nicht mehr der unerwünschte Regenbogeneffekt auf, dessen Ursache das sequentielle Umschalten zwischen den einzelnen Lichtmodulen ist. Darüber hinaus kann durch das überlappende Anschalten der Lichtquellen eine wesentlich höhere Beleuchtungsstärke für die Weißlichtverteilung erreicht werden.
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Je nach Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung unterschiedliche Funktionen im Kraftfahrzeug übernehmen. Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung ein Kraftfahrzeugaußenlicht zur Erzeugung einer Lichtverteilung im Außenraum um das Kraftfahrzeug sein. Beispielsweise kann es sich um einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, eine Umfeldbeleuchtungseinrichtung, insbesondere zur Projektion einer Lichtverteilung auf den Boden in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, oder ggf. auch um eine andere Leuchte, wie z.B. eine Heckleuchte, handeln. Nichtsdestotrotz kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ggf. auch ein Kraftfahrzeuginnenlicht zur Erzeugung einer Lichtverteilung im Innenraum des Kraftfahrzeugs sein, z.B. eine ambiente Innenraumbeleuchtung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Beleuchtungsvorrichtung auch zur Generierung einer farbigen Lichtverteilung vorgesehen. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass im Falle, dass eine farbige Lichtverteilung zu erzeugen ist, zumindest eine Lichtquelle der RGB-Leuchteinrichtung nicht zeitlich überlappend mit den anderen Lichtquellen angeschaltet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann auch eine Lichtverteilung direkt im roten, grünen oder blauen Spektralbereich generiert werden. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass im Falle, dass eine Lichtverteilung in einem Spektralbereich einer der Lichtquellen der RGB-Leuchteinrichtung zu erzeugen ist, nur die Lichtquelle angeschaltet wird, die Licht in dem Spektralbereich der zu erzeugenden Lichtverteilung emittiert.
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Die Lichtmodule bzw. die Lichtquellen der RGB-Leuchteinrichtung können unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere können eine oder mehrere Lichtquellen jeweils eine oder mehrere (monochromatische) LEDs umfassen. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere Lichtquellen der RGB-Leuchteinrichtung jeweils auch eine oder mehrere (monochromatische) Laserdioden umfassen, wodurch besonders helle Lichtverteilungen erzeugt werden können. Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass die RGB-Leuchteinrichtung nur LEDs bzw. nur Laserdioden enthält.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Bildgeber der Beleuchtungsvorrichtung ein elektrisch ansteuerbarer Lichtmodulator, dessen generiertes Bild variiert werden kann. Dabei können an sich bekannte Technologien für diesen Lichtmodulator verwendet werden. Insbesondere kann es sich um ein LCD-Bildgeber (LCD = Liquid Crystal Display) oder um einen LCoS-Bildgeber (LCoS = Liquid Crystal on Silicon) oder um einen DMD-Bildgeber (DMD = Digital Mirror Device) handeln. Diese Arten von Bildgebern sind an sich bekannt und werden deshalb nicht weiter im Detail beschrieben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst die RGB-Leuchteinrichtung mehrere dichroitische Spiegel. Vorzugsweise sind zwei oder drei dichroitische Spiegel vorgesehen. Den dichroitischen Spiegeln sind unterschiedliche Spektralbereiche aus dem roten, grünen und blauen Spektralbereich zugeordnet, wobei jeder dichroitische Spiegel Licht in dem ihm zugeordneten Spektralbereich reflektiert und Licht außerhalb des ihm zugeordneten Spektralbereichs durchlässt. Die mehreren dichroitischen Spiegel sind derart angeordnet, dass sich das emittierte Licht der Lichtquellen nach Passieren der mehreren dichroitischen Spiegel mischt. Durch die Verwendung von dichroitischen Spiegeln kann eine sehr kompakte Anordnung der Lichtmodule in der RGB-Leuchteinrichtung erreicht werden.
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Neben der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine oder mehrere der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt in schematischer Darstellung in Draufsicht eine Variante einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
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Die in 1 gezeigte Beleuchtungsvorrichtung 100 ist in einem Kraftfahrzeug verbaut. Je nach Anwendungsfall kann es sich dabei um ein Außenlicht oder ggf. auch um ein Innenlicht im Kraftfahrzeug handeln. In der Ausführungsform der 1 umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 100 eine RGB-Leuchteinrichtung 4, die aus drei Lichtquellen in der Form von separaten Lichtmodulen 1, 2 und 3 sowie zwei dichroitischen Spiegeln 5 und 6 besteht. Alle drei Lichtquellen 1 bis 3 sind LED-Lichtquellen. Die Lichtquelle 1 umfasst eine LED 1a mit zugeordneter Kollimatorlinse 1b, wobei die LED 1a Licht im roten Spektralbereich aussendet. Die Lichtquelle 2 umfasst eine LED 2a mit zugeordneter Kollimatorlinse 2b, wobei die LED 2a Licht im grünen Spektralbereich aussendet. Die Lichtquelle 3 umfasst eine LED 3a mit zugeordneter Kollimatorlinse 3b, wobei die LED 3a Licht im blauen Spektralbereich aussendet. Der Strahlengang des kollimierten Lichts der einzelnen Lichtquellen ist in 1 durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Darüber hinaus beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung 100 einen Bildgeber 7 in der Form eines elektrisch ansteuerbaren räumlichen Lichtmodulators, der beispielsweise ein LCoS-Bildgeber oder ein DMD-Bildgeber ist. Nichtsdestotrotz können auch andere Varianten von elektrisch ansteuerbaren Bildgebern verwendet werden, z.B. ein LCD-Display. Wie weiter unten noch näher beschrieben, fällt das Licht der Lichtquellen 1, 2 oder 3 nach Passieren der dichroitischen Spiegel 5 und 6 auf den Bildgeber 7, der dort ein Bild erzeugt. Dieses Bild wird über eine nachgeschaltete Projektionsoptik 8, die in 1 schematisch als einzelne Linse angedeutet ist, in die Umgebung der Beleuchtungsvorrichtung projiziert, so dass eine Lichtverteilung LV als Lichtprojektion generiert wird. Diese Lichtverteilung ist in 1 lediglich schematisch durch eine gepunktete Ellipse angedeutet.
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Das Licht der einzelnen Lichtquellen 1 bis 3 fällt zunächst auf die dichroitischen Spiegel 5 und 6. Der dichroitische Spiegel 5 ist ausschließlich für Licht im grünen Spektralbereich reflektierend, so dass dieser Spiegel das Licht der grünen Lichtquelle 2 hin zu dem Bildgeber 7 ablenkt. Der dichroitische Spiegel 6 ist ausschließlich für Licht im blauen Spektralbereich durchlässig, so dass dieser Spiegel das Licht der blauen Lichtquelle 3 hin zu dem Bildgeber 7 ablenkt. Demgegenüber geht das Licht der roten Lichtquelle 1 durch beide dichroitische Spiegel 5 und 6 hindurch und gelangt ohne Ablenkung zu dem Bildgeber 7. Folglich wird durch das Licht der angeschalteten Lichtquellen mit Hilfe des Bildgebers 7 ein Bild generiert, dass als Lichtverteilung LV abgebildet wird.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 9, die ggf. entfernt von den Komponenten 1 bis 8 angeordnet sein kann. Die Steuereinrichtung 9 steuert den Betrieb der einzelnen Lichtquellen 1 bis 3 und des Bildgebers 7, so dass unterschiedliche Bilder und damit unterschiedliche Lichtverteilungen generiert werden können. In einem Betriebsmodus der Beleuchtungsvorrichtung 100 wird eine Weißlichtverteilung generiert. Herkömmlicherweise werden hierzu die einzelnen Lichtquellen sequentiell angesteuert, d.h. sie werden nacheinander mit hoher Frequenz kurzzeitig zeitlich nicht überlappend angeschaltet. Die Frequenz, mit der zwischen den einzelnen Lichtquellen geschaltet wird, ist dabei derart hoch, dass das Umschalten zwischen den Lichtquellen für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Demzufolge erscheint die Lichtverteilung LV für das menschliche Auge in Weißlicht. Nichtsdestotrotz besteht das Problem des bereits oben erläuterten Regenbogeneffekts, bei dem bei schnellen Bewegungen des Auges die einzelnen Spektralfarben nach Art eines Regenbogens kurzzeitig sichtbar werden, was als störend empfunden wird.
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Zur Vermeidung dieses Regenbogeneffekts werden in der Beleuchtungsvorrichtung der 1 die einzelnen Lichtquellen 1 bis 3 zur Erzeugung einer Weißlichtverteilung nicht mehr sequentiell nacheinander angeschaltet. Stattdessen werden sie überlappend angeschaltet, so dass sich das emittierte Licht der drei Lichtquellen nach Passieren der dichroitischen Spiegel 5 und 6 miteinander überlagert. Der Strahlengang des überlagerten Lichts ist in 1 schematisch durch strichpunktierte Linien angedeutet. Mit anderen Worten wird durch das zeitlich überlappende Anschalten der Lichtquellen 1 bis 3 erreicht, dass sich das Licht der Lichtquellen 1 bis 3 mischt und somit Weißlicht auf den Bildgeber 7 fällt, das dann über die Projektionsoptik 8 als Lichtverteilung LV abgebildet wird. Die Generierung des Bildes auf dem Bildgeber 7 erfolgt somit unmittelbar über Weißlicht, so dass es nicht zu einem Regenbogeneffekt aufgrund eines Umschaltens zwischen unterschiedlichen Spektralfarben kommt.
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Neben dem soeben erläuterten Betriebsmodus zur Erzeugung einer Weißlichtverteilung kann die Beleuchtungsvorrichtung der 1 auch in einem weiteren Betriebsmodus betrieben werden, in dem eine farbige Lichtverteilung generiert wird. In diesem Fall werden die einzelnen Lichtquellen sequentiell (d.h. zeitlich nicht überlappend) angesteuert. Ist eine entsprechende Lichtquelle angeschaltet, erzeugt der Bildgeber 7 ein zugeordnetes Bild, das in der Farbe der angeschalteten Lichtquelle in der farbigen Lichtverteilung wiedergegeben wird. Es werden somit unterschiedliche Bilder durch den Bildgeber 7 in Abhängigkeit davon generiert, welche Lichtquelle gerade angeschaltet ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass eine Lichtverteilung in einer bestimmten der drei Farben der Lichtquellen 1 bis 3 erzeugt wird. Hierzu wird dann lediglich diejenige Lichtquelle angeschaltet, welche die Farbe erzeugt, die die Lichtverteilung annehmen soll.
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Die im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug geschaffen, mit der eine Weißlichtverteilung generiert werden kann, die nicht zu dem unerwünschten Regenbogeneffekt führt. Darüber hinaus ist es möglich, die Weißlichtverteilung mit einer höheren Beleuchtungsstärke als bei einer sequentiellen Ansteuerung der einzelnen Lichtquellen zu generieren. Nichtsdestotrotz kann die Helligkeit der einzelnen Lichtquellen in geeigneter Weise variiert werden, z.B. indem die einzelnen Lichtquellen mittels Pulsweitenmodulation betrieben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2, 3
- Lichtquellen
- 1a, 2a, 3a
- LEDs
- 1b, 2b, 3b
- Kollimatorlinsen
- 4
- RGB-Leuchteinrichtung
- 5, 6
- dichroitische Spiegel
- 7
- Bildgeber
- 8
- Projektionsoptik
- 9
- Steuereinrichtung
- 100
- Beleuchtungsvorrichtung
- LV
- Lichtverteilung
