DE102022120320A1 - Adaptive lichtquelle mit räumlichem lichtmodulator - Google Patents

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Abstract

Ein Beispiel beinhaltet ein System, das Folgendes aufweist: eine Beleuchtungsquelle, die so konfiguriert ist, dass sie Beleuchtungslicht erzeugt; und einen räumlichen Lichtmodulator (SLM), der optisch mit der Beleuchtungsquelle gekoppelt ist, wobei der SLM ein Array von Bildelementen umfasst. Der SLM ist konfiguriert, um: das Beleuchtungslicht zu empfangen; durch einen ersten Anteil der Bildelemente Ein-Zustands-Licht in eine erste Richtung lenken; und durch einen zweiten Anteil der Bildelemente Aus-Zustands-Licht in eine zweite Richtung lenken. Das beispielhafte System beinhaltet eine Abbildungsoptik, die optisch mit dem SLM gekoppelt ist, wobei die Abbildungsoptik so konfiguriert ist, dass sie das Ein-Zustands-Licht vom SLM empfängt und ein Bild als Bildabschnitt eines Strahls projiziert; und eine nicht-abbildende Optik, die optisch mit dem SLM gekoppelt ist, wobei die nicht-abbildende Optik so konfiguriert ist, dass sie das Aus-Zustands-Licht vom SLM empfängt und das Aus-Zustands-Licht als Teil des Strahls projiziert.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der vorläufigen US-Patenanmeldung Nr. 63/234,045 , eingereicht am 17. August 2021, die hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das Vorliegende betrifft allgemein adaptive Lichtquellen und insbesondere einen Scheinwerfer oder Frontscheinwerfer mit einem räumlichen Lichtmodulator (SLM, spatial light modulator), der Licht projiziert.
  • HINTERGRUND
  • Lichtquellen, einschließlich Scheinwerfern oder Frontscheinwerfern, werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, z.B. in der Fahrzeugtechnik, der Schifffahrt, im Lastkraftverkehr, dem Schienenverkehr und der Luftfahrt. Fahrzeugfrontscheinwerfer verwenden zunehmend adaptive Technologien, um einen projizierten Lichtstrahl dynamisch zu formen. Zu den jüngsten Fortschritten gehört das adaptive Fahrlicht (ADB, adaptive driving beam), bei dem ein vom Frontscheinwerfer auf die Fahrbahn projizierter Lichtstrahl während der Fahrt entlang der Fahrbahn an verschiedene Bedingungen angepasst wird. ADB-Scheinwerfer können einen projizierten Lichtstrahl formen, um zu verhindern, dass Fahrer entgegenkommender Fahrzeuge geblendet werden, während sie im Fernlichtmodus verbleiben, bei dem Objekte und die Fahrbahn in der Ferne hell beleuchtet werden. Die ADB-Frontscheinwerfer können zudem den projizierten Lichtstrahl so formen, dass eine Blendung vorausfahrender Fahrzeuge vermieden wird, und sie können das projizierte Licht von Fußgängern oder Radfahrern, die neben der Fahrbahn fahren, auf der Fahrbahn stehen oder an Kreuzungen stehen, wegleiten. Die Verwendung von ADB-Frontscheinwerfern kann die Sicht für den Fahrer eines Fahrzeugs verbessern, indem ein „stets eingeschalteter“ Fernlichtbetrieb ermöglicht wird, die Leistung des Frontscheinwerfers automatisch reduziert wird und die Leistung des Frontscheinwerfers automatisch erhöht wird, wenn das Fahrzeug auf andere Fahrzeuge, Radfahrer oder Fußgänger trifft oder an diesen vorbeifährt, so dass ein heller Frontscheinwerferstrahl verwendet wird, wann immer dies in einer jeweiligen Situation möglich ist, um die Sicht des Fahrers zu verbessern.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Beispiel beinhaltet ein System, das Folgendes aufweist: eine Beleuchtungsquelle, die so konfiguriert ist, dass sie Beleuchtungslicht erzeugt; und einen räumlichen Lichtmodulator (SLM), der optisch mit der Beleuchtungsquelle gekoppelt ist, wobei der SLM ein Array von Bildelementen umfasst. Der SLM ist konfiguriert, um: das Beleuchtungslicht zu empfangen; durch einen ersten Anteil der Bildelemente Ein-Zustands-Licht in eine erste Richtung lenken; und durch einen zweiten Anteil der Bildelemente Aus-Zustands-Licht in eine zweite Richtung lenken. Das beispielhafte System beinhaltet eine Abbildungsoptik, die optisch mit dem SLM gekoppelt ist, wobei die Abbildungsoptik so konfiguriert ist, dass sie das Ein-Zustands-Licht vom SLM empfängt und ein Bild als Bildanteil eines Strahls projiziert; und eine nicht-abbildende Optik, die optisch mit dem SLM gekoppelt ist, wobei die nicht-abbildende Optik so konfiguriert ist, dass sie das Aus-Zustands-Licht vom SLM empfängt und das Aus-Zustands-Licht als Teil des Strahls projiziert.
  • Figurenliste
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegend beschriebenen Beispiele von Aspekten der vorliegenden Anmeldung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verwiesen, in denen gilt:
    • 1 veranschaulicht ein Fahrzeug mit einer adaptiven Lichtquelle, die für die Anordnungen nützlich ist.
    • 2 veranschaulicht ein beispielhaftes grafisches Bild, das mit Hilfe einer Anordnung auf eine Fahrbahn projiziert werden kann.
    • 3A veranschaulicht in einem Blockdiagramm ein Beispiel für einen adaptiven Kraftfahrzeug-Frontscheinwerfer, 3B veranschaulicht in einem Diagramm ein Beispiel für einen projizierten Lichtstrahl aus dem Sichtfeld des Fahrers, 3C veranschaulicht ein Intensitätsdiagramm für ein beispielhaftes Strahlmuster für einen Fernlichtbetriebsmodus, und 3D veranschaulicht in einem weiteren Intensitätsdiagramm ein weiteres Strahlmuster für einen Abblendlichtbetriebsmodus.
    • 4A veranschaulicht in einem zweidimensionalen Intensitätsgraphen ein Strahlmuster zur Verwendung mit einem adaptiven Frontscheinwerfer, und 4B veranschaulicht in einem Intensitätsdiagramm ein Strahlmuster zur Verwendung mit einem adaptiven Frontscheinwerfer.
    • 5A veranschaulicht die Funktionsweise einer beispielhaften digitalen Mikrospiegeleinrichtung, die in bestimmten Anordnungen nützlich ist, 5B veranschaulicht die Funktionsweise einer beispielhaften durchlässigen Flüssigkristalleinrichtung, die in bestimmten Anordnungen nützlich ist, und 5C veranschaulicht die Funktionsweise einer beispielhaften reflektierenden Flüssigkristall-auf-Silicium-Einrichtung, die in zusätzlichen Anordnungen nützlich ist.
    • 6 veranschaulicht in einer Draufsicht das Beleuchtungsmuster, das auf einem räumlichen Lichtmodulator für ein beispielhaftes Strahlmuster angezeigt wird.
    • 7A veranschaulicht in einem Blockdiagramm einen Kraftfahrzeug-Frontcheinwerfer mit einem SLM, die eine Beispielanordnung bilden, 7B veranschaulicht in einem Blockdiagramm und einem Intensitätsdiagramm den Betrieb eines räumlichen Lichtmodulators in einem Kraftfahrzeug-Frontscheinwerfer unter Verwendung einer Anordnung für ein beispielhaftes Strahlmuster, und 7C veranschaulicht in einem Blockdiagramm zusätzliche Einzelheiten einer Beispielanordnung für den räumlichen Lichtmodulator von 7B. 7D zeigt in einem Blockdiagramm Einzelheiten eines alternativen räumlichen Lichtmodulators zur Verwendung in einer Anordnung. 7E veranschaulicht weitere Einzelheiten des Aus-Zustands-Strahlengangs in der Anordnung von 7D. 7F und 7G veranschaulichen in Blockdiagrammen weitere alternative SLM-Anordnungen.
    • 8 veranschaulicht in einem Flussdiagramm eine beispielhafte Verfahrensanordnung.
    • 9 veranschaulicht in einem Blockdiagramm ein System zur Verwendung in einer Anordnung.
  • Korrespondierende Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich grundsätzlich auf korrespondierende Teile, sofern nicht anders angegeben. Die Figuren dienen der Veranschaulichung der relevanten Aspekte der Beispielanordnungen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Herstellung und Verwendung von Beispielanordnungen, die Aspekte der vorliegenden Anwendung beinhalten, werden im Folgenden ausführlich erörtert. Es ist jedoch zu beachten, dass die offenbarten Beispiele viele anwendbare erfinderische Konzepte bieten, die in einer Vielzahl von spezifischen Kontexten umgesetzt werden können. Die erörterten spezifischen Beispiele und Anordnungen dienen der Veranschaulichung spezifischer Möglichkeiten zur Herstellung und Verwendung der verschiedenen Anordnungen, und die beschriebenen Beispiele schränken weder den Umfang der Spezifikation noch den Umfang der beiliegenden Ansprüche ein.
  • Wenn zum Beispiel vorliegend der Begriff „gekoppelt“ verwendet wird, um die Beziehungen zwischen Elementen zu beschreiben, ist der Begriff, wie er in der Spezifikation und den beiliegenden Ansprüchen verwendet wird, weit auszulegen und ist nicht auf verbunden oder direkt verbunden beschränkt, sondern der Begriff „gekoppelt“ kann Verbindungen mit dazwischenliegenden Elementen beinhalten, und zusätzliche Elemente und verschiedene Verbindungen können zwischen allen Elementen verwendet werden, die gekoppelt sind. Vorliegend wird der Begriff „optisch gekoppelt“ verwendet. Elemente, die „optisch gekoppelt“ sind, weisen eine optische Verbindung zwischen den Elementen auf, wobei sich jedoch zwischen den optisch gekoppelten Elementen verschiedene Zwischenelemente befinden können.
  • Vorliegend wird der Begriff „räumlicher Lichtmodulator“ (SLM) verwendet. Zu den Arten von SLMs, die sich für die Anordnungen eignen, gehören eine Flüssigkristall-auf-Halbleiter-(LCOS, liquid crystal on semiconductor) Einrichtung, eine Mikro-Leuchtdiode- (microLED-) Einrichtung, eine digitale Mikrospiegeleinrichtung (DMD, digital micromirror device) oder eine durchlässige Flüssigkristallanzeige- (LCD-, liquid crystal display) Einrichtung. In den Anordnungen empfangen SLMs Beleuchtung, während Bildmuster angezeigt werden, und die SLMs liefern moduliertes Licht.
  • Vorliegend wird der Begriff „Pixel“ verwendet. Der Begriff „Pixel“ ist eine Abkürzung für den Begriff „Bildelement“. Ein Pixel ist das kleinste adressierbare Element, das in einer digitalen Anzeige verwendet wird. SLMs weisen Pixel auf. Ein Pixel ist ein Element eines Arrays adressierbarer Bildelemente, die ein Muster auf dem SLM zum Modulieren von Licht darstellen. In einem Beispiel ist der SLM eine digitale Mikrospiegeleinrichtung und die Pixel werden durch Mikrospiegel gebildet. In anderen Beispielen ist der SLM eine reflektierende Flüssigkristall-auf-Silicium- (LCOS-) Einrichtung und die Pixel sind Flüssigkristallzellen, oder der SLM ist eine durchlässige LCD-Einrichtung und die Pixel sind wiederum Flüssigkristallzellen. Der SLM kann Tausende oder Millionen von Pixeln aufweisen, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Bei amplitudenmodulierenden SLMs können sich die Pixel bei Beleuchtung des SLMs in einem „Ein-Zustand“ oder in einem „Aus-Zustand“ befinden. In den Anordnungen moduliert ein Pixel in einem Ein-Zustand das Beleuchtungslicht, um Ein-Zustands-Licht zu erzeugen, das so angeordnet ist, dass es unter Verwendung einer Abbildungsoptik wie beispielsweise einer Bildlinse als Bild projiziert werden kann. Ein Pixel in einem Aus-Zustand moduliert Licht, um Aus-Zustands-Licht zu erzeugen, das von der Abbildungsoptik weggeleitet wird. Auf diese Weise erzeugt der SLM Bilder, die durch die Bildlinse projiziert werden. In Beispielanordnungen wird das Ein-Zustands-Licht von einem DMD-SLM in eine andere Richtung reflektiert als das Aus-Zustands-Licht. In weiteren Beispielanordnungen hat das Ein-Zustands-Licht eine andere Polarisation als das Aus-Zustands-Licht, und das Ein-Zustands-Licht wird in eine andere Richtung gerichtet als das Aus-Zustands-Licht.
  • In Beispielanordnungen wird ein SLM in einem Frontscheinwerfer verwendet. Eine besondere Anwendung besteht in einem Kraftfahrzeug-Frontscheinwerfer. Kfz-Frontscheinwerfer unterstützen Abblendlicht- und Fernlicht-Betriebsmodi. Ein Frontscheinwerfer im Fernlichtmodus projiziert einen Lichtstrahl in weite Entfernung, um eine Sicht in weiter Entfernung zum Fahrzeug zu erhöhen, und liefert eine sehr helle, mittig gewichtete Lichtverteilung, um das sichtbare Sichtfeld (FOV, field of view) für den Fahrer zu erweitern. Die weite Entfernung kann Hunderte von Metern vor dem Fahrzeug betragen. Wenn das Fahrzeug mit dem Kfz-Frontscheinwerfer auf der Fahrbahn auf ein anderes Fahrzeug trifft, das in die Gegenrichtung fährt, kann ein im Fernlichtmodus projizierter Strahl den Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeugs blenden oder beeinträchtigen. Blendung kann auch die Sicht von Fahrern vorausfahrender Fahrzeuge, die in dieselbe Richtung fahren, oder von Fußgängern, Radfahrern oder Tieren, die sich entlang der Fahrbahn befinden, beeinträchtigen.
  • In einem Abblendlichtmodus, der der Standard-Betriebsmodus sein kann, ist der projizierte Strahl des Kfz-Frontscheinwerfers so angeordnet, dass er die Fahrbahn im Nahbereich in Bezug auf den Fahrer beleuchtet und die Fahrbahnmarkierungen entlang der Seiten der Fahrbahn oder Bordsteine der Fahrbahn vor dem Fahrer und auf beiden Seiten des Fahrzeugs beleuchtet. Das Abblendlicht hat eine begrenzte Reichweite und eine horizontale Begrenzung am oberen Ende des Sichtfelds des Fahrers, um zu vermeiden, dass andere Fahrer, Radfahrer oder andere Fahrbahnbenutzer geblendet werden. Das im Abblendlichtmodus projizierte Muster hat eine breite Basis im Nahbereich, um dem Fahrer eine Sicht auf die Bordsteine und die Gegebenheiten an den Fahrbahnrändern zu ermöglichen. Im Abblendlichtbetrieb ist der Lichtstrahl so angeordnet, dass er die Fahrbahnränder direkt vor dem Fahrzeug beleuchtet, um den Fahrer beim Durchfahren von Kurven oder beim Abbiegen von der Fahrbahn in kreuzende Straßen zu unterstützen, indem er Fahrbahnmarkierungslinien und den Seitenstreifen ausleuchtet, während in mittlerer Entfernung der Lichtstrahl eine eher mittige Verteilung aufweist, die sich auf die Fahrbahn beschränkt, um Blendung zu vermeiden. Bei höheren Geschwindigkeiten schränkt der Abblendlichtmodus die Sicht des Fahrers auf weit entfernte Objekte ein und verringert die Reaktionszeit des Fahrers beim Manövrieren, so dass bei diesen höheren Geschwindigkeiten der Fernlichtmodus bevorzugt ist.
  • Benötigt werden Lichtquellen mit adaptiven Strahlen, die einen verstärkten Einsatz von Fernlichtmodi ermöglichen und gleichzeitig unerwünschte Blendung vermeiden. Die Effizienz dieser Systeme ist wichtig, um den Energiebedarf zu senken.
  • In einer Beispielanordnung wird ein Beleuchtungssystem mit einem adaptiven Lichtstrahl implementiert. In einer beispielhaften Anwendung handelt es sich bei dem Beleuchtungssystem um einen Kfz-Frontscheinwerfer. In Kfz-Frontscheinwerfern werden zunehmend SLMs eingesetzt. Der Einsatz von SLMs in einem Kfz-Frontscheinwerfer ermöglicht eine intelligente Frontscheinwerfertechnologie. Bei intelligenten Frontscheinwerfern kann der Kfz-Frontscheinwerfer in Verbindung mit Fahrzeugnavigationssystemen, Ortungssystemen und Verkehrsinformationssystemen betrieben werden. In einigen Beispielen kann der Kfz-Frontscheinwerfer grafische Bilder anzeigen, die dem Fahrer visuelle Informationen liefern, indem Bilder auf die Fahrbahn im Sichtfeld des Fahrers projiziert werden. Informationen über bevorstehende Kurven oder Ausfahrten, Entfernungen zu einem Ziel, bevorstehende Baustellen, auf die das Fahrzeug zusteuert, Hinweise auf Unfälle, schlechtes Wetter, Staus und Standorte von Einrichtungen wie Tankstellen, Raststätten oder Krankenhäusern vor dem Fahrzeug können als visuelle Informationen auf der Fahrbahn angezeigt werden. Die Technologie der intelligenten Frontscheinwerfer hat den Vorteil, dass die Informationen für den Fahrer auf der Fahrbahn selbst angezeigt werden, so dass der Fahrer die Informationen erhalten kann, ohne den Blick von der Fahrbahn abzuwenden, was die Sicherheit gegenüber Systemen erhöht, bei denen der Fahrer den Blick von der Fahrbahn abwenden muss, um eine Anzeige oder einen Monitor zu betrachten. ADB- und intelligente Frontscheinwerfersysteme werden zunehmend entwickelt und in Pkws, Lkws und Nutzfahrzeugen eingesetzt. Die Energieeffizienz dieser Systeme ist ein wichtiger Aspekt, um eine Batterieleistung zu erhalten.
  • Die Anordnungen sind auf Leuchten anwendbar, die einen Lichtstrahl projizieren, einschließlich Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge, Schiffe, Lastkraftwagen, Schienenverkehr und Flugzeuge, sowie Außenbeleuchtung. Die Anordnungen sind insbesondere auf Leuchten anwendbar, die einen Lichtstrahl projizieren, der seine Form verändert, und sind ferner auf Lichtquellen für Fahrzeuge anwendbar, bei denen der projizierte Lichtstrahl seine Form verändert, um sich Bedingungen während der Fahrt anzupassen.
  • In Beispielanordnungen beinhaltet eine Vorrichtung einen SLM in einem Frontscheinwerfer. Der SLM zeigt ein Muster auf einem Array von Pixeln an. Der SLM empfängt Beleuchtungslicht und projiziert moduliertes Licht von Pixeln in einem Ein-Zustand auf eine Abbildungsoptik, um ein Bild als Teil des vom Frontscheinwerfer projizierten Strahls zu projizieren. Der SLM projiziert Licht von Pixeln in einem Aus-Zustand auf eine nicht-abbildende Optik, um Aus-Zustands-Licht als weiteren Teil des vom Frontscheinwerfer projizierten Lichtstrahls zu projizieren. Zusätzliche Lichtquellen im Frontscheinwerfer können Licht als Teil des Lichtstrahls projizieren, darunter beispielsweise ein Matrix-LED-System, das für die Projektion von Licht in einem Fernlichtbetriebsmodus verwendet werden kann, und eine weitere Basislichtquelle kann für für die Projektion von Licht in einem Basislichtmuster als Teil des Lichtstrahlmusters für einen Abblendlichtbetriebsmodus verwendet werden, und kann für die Bereitstellung eines Teils eines Lichtstrahlmusters für den Fernlichtbetriebsmodus verwendet werden.
  • In den Anordnungen kann der SLM Strahlmuster projizieren, um einen vom Frontscheinwerfer projizierten Strahl zu verbessern und anzupassen, und kann für einen beispielhaften Kfz-Frontscheinwerfer grafische Bilder auf eine Fahrbahn projizieren. In einer Beispielanordnung kann der SLM so angeordnet sein, dass er einen ersten Anteil, der Licht in einem Fernlichtbetriebsmodus projiziert, und einen zweiten Anteil aufweist, der Licht in einem Abblendlichtbetriebsmodus projiziert, und im Fernlichtbetriebsmodus kann der zweite Anteil dazu verwendet werden, gewünschte Strahlmuster zu projizieren, und kann dazu verwendet werden, grafische Bilder auf die Fahrbahn zu projizieren. Bei diesen Anordnungen wird Licht von Aus-Zustands-Pixeln in der DMD verwendet, um ein Basislichtmuster zu bilden, das Teil des Strahls ist, was die Effizienz des Systems erhöht.
  • In 1 ist ein Fahrzeug 102 gezeigt, das auf einer Fahrbahn 130 fährt. Das Fahrzeug 102 ist im Querschnitt mit einem Kfz-Frontscheinwerfer 104 gezeigt, wobei das Fahrzeug 102 zwei oder mehr Frontscheinwerfer aufweisen kann. Der Kfz-Scheinwerfer 104 weist einen Abblendlichtanteil 106, der im Abblendlichtbetriebsmodus verwendet wird und der im Fernlichtbetriebsmodus verwendet werden kann, und einen Fernlichtanteil 108 auf, der im Fernlichtbetriebsmodus verwendet wird. Der Fernlichtanteil 108 beleuchtet die Fahrbahn 130 in weiterer Entfernung vor dem Fahrzeug 102 (im Vergleich zum Abblendlichtanteil 106), beginnend an der Position 122 auf der Fahrbahn, während der Abblendlichtanteil 106 die Fahrbahn in einem näheren Entfernungsanteil beleuchtet, der an der Position 120 beginnt und sich bis zur Position 122 erstreckt. Ein Sensor 112, bei dem es sich um eine Kamera oder ein anderes bildgebendes System, ein System für maschinelles Sehen, ein Radar- oder Sonarerfassungssystem handeln kann, ist nach vorne gerichtet. In diesem konkreten Beispiel ist der Sensor 112 auf der Rückseite eines Rückspiegels 110 angebracht. Alternativ kann der Sensor 112 auch an einer anderen Stelle des Fahrzeugs angebracht und nach vorne gerichtet sein.
  • Der Kfz-Frontscheinwerfer 104 kann für ADB-Betrieb genutzt werden. In einem beispielhaften ADB-Betrieb kann, wenn der Sensor 112 ein entgegenkommendes Fahrzeug erkennt, das auf einer benachbarten Spur der Fahrbahn 130 fährt, der Betrieb des Kfz-Frontscheinwerfers 104 angepasst werden, indem die Beleuchtung des Fernlichtanteils 108 ausgeschaltet oder der Fernlichtanteil 108 des Lichtstrahls so geformt wird, dass der Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeugs nicht geblendet wird. Wenn der Sensor 112 ein vorausfahrendes Fahrzeug auf der Fahrbahn 130 vor dem Fahrzeug 102 erkennt, z.B. ein langsameres Fahrzeug auf derselben oder einer benachbarten Fahrspur, das sich in dieselbe Richtung wie das Fahrzeug 102 bewegt, kann der Fernlichtanteil 108 ebenfalls adaptiv eingestellt werden. Die adaptiven Einstellungen können vorgenommen werden, indem der Fernlichtanteil 108 ausgeschaltet wird oder indem der Fernlichtanteil 108 so geformt wird, dass in Bereichen, in denen das Fernlichtmuster ansonsten den Fahrer des vorausfahrenden Fahrzeugs beeinträchtigen würde, ein gedimmtes Muster erzeugt wird, so dass kein Blendlicht in das vorausfahrende Fahrzeug eintritt. In weiteren Beispielen kann der Sensor 112 zudem Fußgänger, Radfahrer oder Tiere entlang der Fahrbahn erkennen, und der Fernlichtanteil 108 kann ausgeschaltet oder adaptiv geformt werden, um die Fußgänger, Radfahrer oder Tiere nicht zu blenden. In einem anderen Beispiel kann der Kfz-Scheinwerfer 104 so angepasst werden, dass er ein Überstrahlen oder unerwünschtes Beleuchten von reflektierenden Verkehrsschildern verhindert, was dazu führen kann, dass die reflektierenden Verkehrsschilder weiß werden und dem Fahrer zu hell erscheinen, wodurch die Symbole auf dem Verkehrsschild verdeckt werden. Der Kfz-Frontscheinwerfer 104 kann zudem bei niedrigeren Geschwindigkeiten in verschiedenen Modi betrieben werden, z.B. durch Verringern der Leistung des Fernlichtanteils 108 oder in einem Abblendlichtbetriebsmodus, in dem der Fernlichtanteil 108 deaktiviert ist, so dass im Abblendlichtbetriebsmodus eine Blendung durch den vom Kfz-Frontscheinwerfer 104 projizierten Lichtstrahl keine nachteiligen Auswirkungen auf Fußgänger oder Fahrer von Fahrzeugen, die in andere Richtungen fahren, auf Fahrzeuge, die an Kreuzungen stehen, oder auf vorausfahrende Fahrzeuge hat.
  • Gezeigt ist zudem ein vom Kfz-Frontscheinwerfer 104 projizierter Grafikbildbereich 123. Dieser Grafikbildbereich 123 kann zum Anzeigen grafischer Bilder verwendet werden. In einem beispielhaften intelligenten Frontscheinwerfersystem können grafische Bilder, die dem Fahrer nützliche Informationen vermitteln, durch Betreiben des Kfz-Frontscheinwerfers 104 in Verbindung mit Navigations-, Wetter-, Positions- oder Verkehrsinformationssystemen bereitgestellt werden. Beispielhafte grafische Bilder, die Meldungen wie „Baustelle in 10 Meilen Entfernung“ oder „nächste Ausfahrt nehmen“ können in ausreichendem Abstand vor dem Fahrzeug 102 auf die Fahrbahn projiziert werden, um dem Fahrer Zeit einzuräumen, um angemessen zu reagieren. Mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs 102 wird der Abstand größer, und bei einer Verlangsamung des Fahrzeugs 102 wird der Abstand geringer. In einem Beispiel kann der Grafikbildbereich 123 50 Meter oder mehr vom Fahrzeug entfernt sein, wenn das Fahrzeug mit Autobahngeschwindigkeit fährt. Warnungen vor Gefahren oder Verkehrsunfällen, denen sich das Fahrzeug nähert, können im Grafikbildbereich 123 angezeigt werden, um dem Fahrer Zeit zu geben, die Spur zu wechseln oder die Fahrt zu verlangsamen, bevor er die Gefahr oder den Unfall erreicht. Durch die Bereitstellung der im Grafikbildbereich 123 angezeigten Meldungen von Kfz-Navigations- und Ortungssystemen kann der Fahrer Informationen erhalten, ohne den Blick von der Fahrbahn 130 abwenden zu müssen, um eine Anzeige, einen Monitor oder eine tragbare Einrichtung zu betrachten, was die Fahrzeugsicherheit erhöht. Es können auch Meldungen angezeigt werden, die sich auf den Betrieb des Sensors 112 beziehen, der beispielsweise Tiere oder Gegenstände auf der Fahrbahn, angehaltene oder verlangsamte vorausfahrende Fahrzeuge, Gegenverkehr oder andere Gefahren, denen sich das Fahrzeug 102 nähert, erkennt.
  • 2 veranschaulicht in einer Projektionsansicht ein Beispiel für ein grafisches Bild 201, das auf die Fahrbahn projiziert werden kann und in einem Grafikbildbereich erscheinen könnte (vgl. 123 in 1). In diesem Beispiel wird ein intelligenter Frontscheinwerfer in Verbindung mit dem Navigationssystem des Fahrzeugs betrieben, und das grafische Bild 201 zeigt eine bevorstehende Rechtskurve und eine Enfernung an. Das grafische Bild 201 wird in einem Abstand vor das Fahrzeug projiziert, der ausreicht, um dem Fahrer Zeit zu geben, den Navigationshinweis des grafischen Bildes zu lesen, zu verstehen, darauf zu reagieren und zu antworten. Um das Bild auf der Fahrbahn bereitzustellen, wird das grafische Bild in einem niedrigen Winkel und in einer Entfernung von bis zu 50 Metern oder mehr von den Kfz-Frontscheinwerfern entfernt projiziert, was eine relativ hohe Auflösung erfordert, damit das projizierte Bild nicht unscharf oder verpixelt erscheint. In Beispielanordnungen wird ein SLM mit ausreichender Auflösung in einem Kfz-Frontscheinwerfer eingesetzt, um die grafischen Bilder zu liefern. In einer konkreten Beispielanordnung kann der SLM mehr als 1 Million Pixel aufweisen.
  • 3A veranschaulicht in einem Blockdiagramm einen beispielhaften Kfz-Frontscheinwerfer 300 mit mehreren Lichtquellen, die in einer Anordnung verwendet werden können. In 3A enthält der Kfz-Frontscheinwerfer 300 mindestens drei Lichtquellen: eine Matrix-LED 301, ein SLM-System 303 und eine Basislichtquelle 317. Die Matrix-LED 301 beinhaltet mehrere LED-Segmente 302, beispielsweise 20 bis 80 Segmente, die einzeln angesprochen werden können. Die LED-Segmente 302 können selektiv aus- oder eingeschaltet werden, und in einigen Anordnungen kann die Intensität des Lichts der LED-Segmente 302 individuell durch Variieren eines Stroms zu den einzelnen LED-Segmenten 302 gesteuert werden. Die Matrix-LED 301 ist so angeordnet, dass das von der Matrix-LED 301 projizierte Licht einen Teil eines Fernlichtanteils 371 als Anteil eines projizierten Strahls bildet. Das Licht der Matrix-LED 301 ist in eine weite Entfernung vom Fahrzeug gerichtet, beispielsweise mehrere Hundert Meter bzw. Tausende Fuß, und dient dazu, Bereiche weit vor dem Fahrer zu beleuchten, wenn das Fahrzeug mit Autobahngeschwindigkeit, auf unbeleuchteten Straßen oder in ländlichen Gebieten unterwegs ist.
  • Die Verwendung der Matrix-LED 301 liefert helles Licht mit relativ hohem Lumenwert bei relativ geringer Leistung. Die in der Matrix-LED 301 verwendeten LEDs können sehr weißes Licht mit einer hohen Farbtemperatur von 6000 Kelvin oder mehr liefern, was dem Fahrer des Fahrzeugs eine ausgezeichnete Sicht bietet. Durch Ein- oder Ausschalten einzelner LED-Segmente 302 der Matrix-LED 301 oder durch Variieren der Lichtintensität der einzelnen LED-Segmente 302 kann die Matrix-LED 301 verwendet werden, um den Fernlichtanteil 371 des vom Kfz-Frontscheinwerfer 300 projizierten Lichts adaptiv zu formen. In einem Beispiel können einzelne LED-Segmente 302 ausgeschaltet werden, um dort, wo ein entgegenkommendes Fahrzeug erkannt wird, Schatten oder dunkle Bereiche zu erzeugen, um zu verhindern, dass der Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeugs durch eine Blendwirkung des Kfz-Frontscheinwerfers 300 beeinträchtigt wird. In einigen Beispielen können einige der LED-Segmente 302 so ausgerichtet werden, dass sie Eckbereiche beleuchten, so dass beim Abbiegen des Fahrzeugs aus einer geraden Richtung zusätzliches Licht am Fahrbahnrand oder Seitenstreifen bereitgestellt wird, um die Fahrbahnmarkierungslinien zu beleuchten, während das Fahrzeug um eine Kurve oder Ecke fährt, was dem Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs hilft. Navigationsinformationen über die Fahrbahn können zusammen mit dem Fahrzeugstandort verwendet werden, z.B. kann das Navigationssystem mit der Matrix-LED 301 zusammenarbeiten, um Eckbeleuchtung dynamisch zu aktivieren, bevor das Fahrzeug eine bevorstehende Kurve oder Biegung durchfährt.
  • Der Kfz-Frontscheinwerfer 300 beinhaltet ein SLM-System 303 und kann weitere Komponenten enthalten. Das SLM-System 303 beinhaltet ein SLM-Teilsystem 311, eine Beleuchtungsquelle 315 und eine Abbildungslinse 313 und kann zudem weitere Komponenten enthalten. Das SLM-System 303 liefert strukturiertes Licht 373 und/oder grafische Bilder, die von dem Kfz-Frontscheinwerfer 300 projiziert werden. In einem Beispiel wird ein Anteil des Lichts aus dem SLM-Teilsystem 311 auf einen Fernlichtanteil des vom Frontscheinwerfer projizierten Strahls gerichtet, und ein weiterer Teil des Lichts aus dem SLM-Teilsystem 311 wird auf einen Grafikbildanzeigebereich und auf einen Abblendlichtanteil gerichtet. Die Beleuchtungsquelle 315 kann mit einem oder mehreren Lasern oder mit einer oder mehreren LEDs implementiert werden. Es kann eine weiße LED verwendet werden. Eine blaue LED in Kombination mit einem gelben und/oder grünen Leuchtstoff kann zum Implementieren der Beleuchtungsquelle 315 verwendet werden, um weißes Licht als Beleuchtung für das SLM-Teilsystem 311 zu liefern. Es können auch eine rote LED, eine blaue LED und eine grüne LED verwendet werden. Zudem können weitere Farben verwendet werden.
  • Im Kfz-Frontscheinwerfer 300 ist zudem eine Basislichtquelle 317 vorhanden, die ein Basislicht 377 als Teil des Lichtstrahls erzeugt. In einem beispielhaften Abblendlichtbetriebsmodus wird die Matrix-LED 301 nicht verwendet, da das Licht der Matrix-LED 301 für den Abblendlichtbetrieb zu hell ist, und die Basislichtquelle 317 liefert ein Basislicht 377. In einigen Anordnungen ist die Basislichtquelle 317 immer eingeschaltet, um einen Teil eines Abblendlichtmusters zu erzeugen, und wird in einem Fernlichtbetriebsmodus verwendet, um den Bereich der Fahrbahn im Nahbereich mit Basislicht 377 zu füllen. In einigen Beispielanordnungen wird im Fernlichtbetriebsmodus die Basislichtquelle 317 nicht verwendet und der Strahl wird verengt, so dass gegebenenfalls nur die Matrix-LED 301 oder einzelne LED-Segmente 302 und das SLM-System 303 verwendet werden. In einigen Anordnungen kann die Basislichtquelle 317 auch bei Tageslicht eingeschaltet werden, um einen Tageslicht-Fahrindikator bereitzustellen und die Sichtbarkeit des Fahrzeugs für den Gegenverkehr bei Tageslicht zu erhöhen. Die Basislichtquelle 317 kann mit einer LED, einer Halogenlampe oder einer anderen Kfz-Glühlampe implementiert werden. Zudem kann ein Anteil des strukturierten Lichts 373 des SLM-Systems 303 verwendet werden, um bei Abblendlichtbetrieb grafische Bilder und zusätzliches Licht zum Auffüllen des Strahlmusters im Nahbereich des Fahrzeugs zu erzeugen. Das SLM-System 303 kann zudem im Fernlichtbetrieb eingesetzt werden. Durch Bereitstellen dieser Lichtquellen im Kfz-Frontscheinwerfer 300 können ADB-Funktionen und intelligente Frontscheinwerferfunktionen implementiert werden.
  • 3B veranschaulicht in einer Projektionsansicht ein Strahlmuster 350, aus der Perspektive des Fahrer-Sichtfelds (FOV), eines Fahrzeugs mit einem Kfz-Frontscheinwerfer wie beispielsweise dem Kfz-Frontscheinwerfer 300 in 3A. 3B zeigt, welche der drei Lichtquellen in einem Kfz-Frontscheinwerfer das Licht in verschiedenen Anteilen des Strahlmusters 350 liefert (vgl. z.B. Matrix-LED 301, SLM-System 303 und Basislichtquelle 317 des Kfz-Frontscheinwerfers 300 in 3A). In 3B hat das Strahlmuster 350 einen Fernlichtanteil 333 im oberen Teil des FOV und einen näher am Fahrzeug gezeigten Abblendlichtanteil 331 im unteren Teil des FOV. Der Abblendlichtanteil 331 beleuchtet die dem Fahrzeug und dem Fahrer nächstgelegene Fahrbahn im Nahbereich, während der Fernlichtanteil 333 die Fahrbahn in weiter Entfernung ausleuchtet. Die beiden Lichtanteile 333, 331 können sich überlappen. In einem Beispiel wird der Fernlichtanteil 333 von einer Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 in 3A) mit einzelnen Segmenten (vgl. LED-Segmente 302 in 3A) beleuchtet, die Segmentlicht 351 abgeben. Im gezeigten Beispiel von 3B wird ein entgegenkommendes Fahrzeug 321 auf einer benachbarten Fahrspur des das Strahlmuster 350 projizierenden Fahrzeugs erkannt, und einige LED-Segmente der Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 und LED-Segmente 302 in 3A) werden ausgeschaltet, wie durch die gestrichelt dargestellten Segmente 352 in 3B gezeigt. Der Fernlichtanteil 333 wird in diesem Beispiel angepasst, indem das Licht der Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 in 3A), das auf das entgegenkommende Fahrzeug 321 gerichtet ist, ausgeschaltet wird, um zu verhindern, dass der Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeugs 321 geblendet wird. Während die beiden Fahrzeuge weiter aufeinander zufahren, können die ein- und ausgeschalteten Segmente der Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 und LED-Segmente 302 in 3A) adaptiv modifiziert werden, um einen gedimmten Teil im Fernlichtanteil 333 dort beizubehalten, wo andernfalls Licht auf das entgegenkommende Fahrzeug 321 gerichtet würde. In 3B zeigen die gestrichelten Lichtsegmente 352 Bereiche an, die gedimmt sind, um eine Blendung des entgegenkommenden Fahrzeugs 321 zu vermeiden.
  • Das SLM-Licht 353 in dem mit „SLM-FOV“ in 3B gekennzeichneten Bereich wird von einem SLM-System bereitgestellt (vgl. SLM-System 303 in 3A). Das SLM-Licht 353 weist einen Anteil, der Teil des Fernlichtanteils 333 ist, und einen Anteil auf, der Teil des Abblendlichtanteils 331 ist. Das SLM-Licht 353, das dem SLM-FOV entspricht, überlappt sowohl den Fernlichtanteil 333 als auch den Abblendlichtanteil 331. In dem in 3B dargestellten Beispiel wird ein Straßenschild 355 neben der Fahrbahn erkannt. Der Fernlichtanteil 333 wird in dem Bereich, der sonst auf das Straßenschild 355 treffen würde, durch Abschalten einiger Segmente der Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 und LED-Segmente 302 in 3A) gedimmt, wodurch ein gedimmter Bereich (dargestellt als gestrichelte Segmente 352) im SLM-Licht 353 und im Fernlichtanteil 333 erzeugt wird, der der Position der Stirnseite des Straßenschilds 355 entspricht. Das Dimmen erfolgt, um eine klare Sicht auf das reflektierende Straßenschild 355 zu erhalten. Wenn zu viel Licht auf ein reflektierendes Straßenschild fällt, kann es „überstrahlt“ werden und die Augen des Fahrers blenden, so dass die Symbole auf dem Schild nicht mehr lesbar sind und die Informationen auf dem Straßenschild verloren gehen. In diesem Beispiel werden sowohl der Fernlichtanteil 333 der Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 und LED-Segmente 302 in 3A), der in 3B als Segmentlicht 351 dargestellt ist, als auch das SLM-Licht 353 in dem Bereich gedimmt, der dem Straßenschild 355 entspricht, um eine Sichtbarkeit des Straßenschilds 355 zu erhöhen.
  • In dem in 3B gezeigten Beispielstrahlmuster 350 hat ein Sensor (in 3B nicht dargestellt, siehe Sensor 112 in 1) zudem einen Defekt 357, z.B. ein Schlagloch, in der Fahrbahn vor dem Fahrzeug erkannt. Dieser Defekt 357 wird durch den Abblendlichtanteil 331 und durch einen Anteil des SLM-Lichts 353 beleuchtet. In Reaktion auf das Identifizieren des Defekts 357 in der Fahrbahn wird ein grafisches Warnsymbol 335 an einer Stelle in der Nähe des Defekts 357 auf die Fahrbahn projiziert. Das Symbol soll den Fahrer auf den Defekt 357 aufmerksam machen. In 3B wird das Basislicht 354 auf die Fahrbahn projiziert, um die Fahrbahn im Abblendlichtanteil 331 zu beleuchten. In Bereichen außerhalb des vom Fernlichtanteil 333 beleuchteten Bereichs wird das Basislicht 354 von einer Basisbeleuchtungsquelle wie z.B. einer Basislichtquelle (vgl. 317 in 3A) bereitgestellt. In einem Beispielbetrieb wird das Basislicht 354 sowohl im Abblendlicht- als auch im Fernlichtbetrieb bereitgestellt, und in einigen Anordnungen kann die Basislichtquelle (vgl. 317 in 3A) zudem sowohl bei Tag als auch bei Nacht eingeschaltet bleiben, so dass das Basislicht 354 stets eingeschaltet ist, wenn sich das Fahrzeug bewegt. Das Basislicht 354 kann als Teil des Abblendlichtanteils 331 durch eine Basislichtquelle (vgl. die Basislichtquelle 317 in 3A) bereitgestellt werden, die beispielsweise durch eine LED oder eine Halogenlampe implementiert werden kann.
  • 3C veranschaulicht einen weiteren Intensitätsgraphen, der ein beispielhaftes Strahlmuster 370 darstellt, das mit einer Anordnung verwendet werden kann. Das Strahlmuster 370 veranschaulicht einen Fernlichtbetriebsmodus. In 3C ist der Intensitätsgraph mit Symbolen überlagert, die anzeigen, welche Abschnitte eines Kfz-Frontscheinwerfers Teile des Strahlmusters 370 erzeugen (vgl. z.B. Matrix-LED 301, SLM-System 303 und Basislichtquelle 317 im Kfz-Frontscheinwerfer 300 in 3A). In 3C wird ein Teil des Fernlichtanteils 333 von einer Matrix-LED (vgl. 301 in 3A) bereitgestellt und ist als rechteckiges Array mit Segmentlicht 351 aus einzelnen LED-Segmenten dargestellt. Der Fernlichtanteil 333 wird zudem von einem Teil des Sichtfeldes (FOV) eines räumlichen Lichtmodulators (SLM) beleuchtet, wie durch das SLM-Licht 353 angezeigt, wobei Licht einzelner Pixel in einem zweidimensionalen Gitter dargestellt wird. Der obere Teil des SLM-Lichts 353 stellt die helle Beleuchtung in der Mitte des Fernlichtanteils 333 bereit. Abblendlichtanteil 331, der sich näher am Fahrer befindet und am unteren Rand des Sichtfelds des Strahlmusters 370 erscheint, wird von der Basislichtquelle, beispielsweise der Basislichtquelle 317 in 3A, bereitgestellt. Der Basislichtanteil wird im Intensitätsdiagraphen mit einem breiten Basislicht 354 dargestellt. Der untere Anteil des SLM-Lichts 353 bildet einen Teil des Abblendlichtanteils 331, und dieser Anteil des SLM kann zur Anzeige grafischer Bilder oder anderer Bilder mit höherer Auflösung verwendet werden (vgl. z.B. das grafische Warnsymbol 335 in 3B oder das Symbol in 2). Das Strahlmuster 370 in einem Fernlichtbetriebsmodus wird durch Kombinieren von Licht der Matrix-LED (301 in 3A), des SLM-Systems (vgl. SLM-System 303 in 3A) und der Basislichtquelle (vgl. Basislichtquelle 317 in 3A) gebildet, um eine Beleuchtung der Fahrbahn sowohl in einem nahen Abstand nahe dem Fahrer als auch in weiter Entfernung zu erhöhen, wobei der Fernlichtanteil 333 des Strahlmusters 370 die Beleuchtung auf weite Entfernung liefert. Das SLM-System liefert strukturiertes Licht im SLM-Licht 353 an sowohl den Fernlichtanteil 333 als auch den Abblendlichtanteil 331 des Strahlmusters 370. In 3C ist der Lichtstrom mit 1740 Lumen (lm) angegeben, und die maximale Feldstärke E max ist auf der X-Achse mit 213 Lux (lx) angegeben, was anhand der gepunkteten Gradienten in der Mitte des Diagramms zu erkennen ist. Die gepunkteten Muster sind in einer Legende am unteren Rand dargestellt, um zu verdeutlichen, wo im Sichtfeld sich das stärkere und schwächere Licht im Strahl 370 befindet. Die x-Achse in 3C veranschaulicht das Sichtfeld in Grad von einem Ursprung in der Mitte des Diagramms.
  • 3D veranschaulicht in einem anderen Intensitätsdiagramm ein Strahlmuster 380 für einen Abblendlichtbetrieb. In 3D ist der Fernlichtanteil 333 nicht mehr beleuchtet. Die Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 in 3A) ist ausgeschaltet oder die Leistung ist reduziert, um diesen Anteil des Strahlmusters 380 zu verdunkeln, wie in 3D durch das mit „KEIN LICHT“ beschriftete Segmentlicht 351 dargestellt ist. Ein oberer Teil des SLM-Lichts 353 im SLM-FOV wird nicht beleuchtet, wie in 3D gezeigt, so dass diese Pixel des SLM (vgl. 311 in 3A) kein Licht für das Strahlmuster 380 projizieren. Die x-Achse in 3D veranschaulicht das Sichtfeld in Grad von einem Ursprung in der Mitte des Diagramms.
  • In 3D wird im Abblendlichtbetriebsmodus der Abblendlichtanteil 331 des Strahlmusters 380 beleuchtet. Der Abblendlichtanteil 331 wird durch das Basislicht 354 der Basislichtquelle (vgl. Basislichtquelle 317 in 3A) und einen Anteil des SLM-Lichts 353 im SLM-FOV beleuchtet, das als teilweise beleuchtetes Rechteck dargestellt ist. Im Abblendlichtbetrieb können mithilfe der Pixel auf dem SLM (vgl. 311 in 3A), die dem unteren Anteil des SLM-Lichts 353 entsprechen, grafische Bilder auf der Fahrbahn angezeigt werden. Wie in 3C ist auch in 3D der Lichtstrom mit 1740 Lumen (lm) und die maximale Feldstärke E max mit 213 Lux (lx) angegeben. Die gepunkteten Muster sind in einer Legende am unteren Rand von 3D dargestellt, um zu verdeutlichen, wo im Sichtfeld sich das stärkere und schwächere Licht im Strahl 370 befindet.
  • Im Fernlichtbetrieb von 3C, bei dem eine maximale Beleuchtung erforderlich ist, können alle Lichtquellen im Kfz-Frontscheinwerfer verwendet werden, einschließlich der Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 in 3A), des SLM-Systems (vgl. SLM-System 303 in 3A) und der Basislichtquelle (vgl. Basislichtquelle 317 in 3A). Im Gegensatz hierzu können bei dem in 3D dargestellten Abblendlichtbetrieb die Matrix-LED 301 oder einzelne Segmente wie 302 in 3A deaktiviert sein, oder der Strom kann reduziert sein, um die Matrix-LED zu dimmen, und ein Anteil des SLM-Lichts 353 des SLM-Systems (vgl. SLM-System 303 in 3A) wird nicht verwendet, während ein anderer Anteil verwendet wird.
  • 4A veranschaulicht in einem Intensitätsgraphen ein Strahlmuster 401, das mit einer Anordnung verwendet werden kann. 4A zeigt auf der vertikalen Achse die Konzentration von Licht in einem zentralen Anteil des Strahlmusters in Spitzenlux (Lumen/m2), während die übrigen Bereiche dunkel sind. Das Strahlmuster erscheint bei etwa 100 Grad zum Ursprung, wie auf der mit „Y-RICHTUNG“ gekennzeichneten Y-Achse gezeigt. Das Strahlmuster erstreckt sich über etwa 100 Grad, wie die Skala auf der mit „X-RICHTUNG“ gekennzeichneten X-Achse anzeigt. Das Strahlmuster ist an der Basis dunkel oder fast dunkel und hat eine Spitzenintensität von etwa 150 Lux, wie auf der vertikalen Achse dargestellt. Teile eines Kfz-Frontscheinwerfers, die zur Bildung der höchsten Beleuchtungsintensität im Strahlmuster verwendet werden, wie z.B. die Matrix-LED (vgl. Matrix-LED 301 in 3A) und das SLM-System (vgl. SLM-System 303 in 3A), sind so angeordnet, dass sie ein Muster mit einer hohen Spitzenintensität im zentralen Anteil und niedriger oder keiner Intensität in anderen Anteilen ausgeben. In einem Fernlichtbetriebsmodus, wie er beispielsweise in 3C dargestellt ist, ist der Strahl so geformt, dass er den zentralen Anteil des Sichtfelds des Fahrers in weiter Entfernung beleuchtet, wobei ein Muster, wie es in 4A dargestellt ist, eine mittig gewichtete Verteilung des von einem Frontscheinwerfer projizierten Strahls anzeigt.
  • 4B veranschaulicht in einem weiteren Intensitätsdiagramm 402 ein beispielhaftes Abblendlichtmuster entlang der X-Achse, die in Millimetern (mm) aufgetragen ist, wobei das Sichtfeld in Millimetern auf der Y-Achse aufgetragen ist. In 4B ist die Intensität in Lux angegeben, wie in der Legende gezeigt. Wie in 4B. gezeigt, weist der zentrale Anteil des Strahlmusters in der unteren Hälfte des Sichtfelds, der dem Nahbereich im Sichtfeld des Fahrers entspricht, eine hohe Intensität auf, während die äußeren Anteile eine niedrige oder gar keine Intensität aufweisen, und der obere Anteil in diesem beispielhaften Strahlmuster hat eine niedrige Intensität, was auf ein Muster für einen Abblendlichtbetrieb hinweist. Ein Licht dieses Abblendlichtmusters wird auf eine geringe Entfernung projiziert.
  • 5A veranschaulicht in einer Projektionsansicht den Betrieb eines beispielhaften reflektierenden Mikrospiegels 508, der ein Pixel einer digitalen Mikrospiegeleinrichtung (DMD) bereitstellt, die in einer Anordnung als SLM verwendet werden könnte. In einer DMD werden die Pixel mithilfe beweglicher Mikrospiegel gebildet, die ein Beleuchtungslicht reflektieren. Die Oberfläche des Mikrospiegels kann aus Aluminium oder einem anderen reflektierenden Metall oder aus einem Metall mit einer reflektierenden Beschichtung gebildet sein. Der bewegliche Mikrospiegel 508 ist an einem Gelenk (nicht gezeigt) befestigt, das die Oberfläche des Mikrospiegels in Reaktion auf eine Spannung neigt. Die an den Mikrospiegel angelegte Spannung entspricht einem Datenbit, das in einer dem Pixel zugeordneten adressierbaren Speicherzelle gespeichert ist. Eine DMD verfügt über viele Tausend oder sogar Millionen dieser Pixel, wie z.B. den Mikrospiegel 508, die in Zeilen und Spalten in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, und die Pixel verfügen über zugehörige adressierbare Speicherzellen zum Speichern von Bilddaten. Die DMD und der Speicher können viele Male pro Sekunde geschaltet werden, um Muster darzustellen, die, wenn sie beleuchtet werden, Bilder für eine Projektion liefern. In Reaktion auf gespeicherte Daten kann sich ein Mikrospiegel in einem EIN-Zustand, in dem er sich in eine erste Richtung neigt, oder in einem AUS-Zustand befinden, in dem er sich in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung neigt. Der Mikrospiegel 508 lässt sich bis zu einem bestimmten Winkel neigen, so dass auf die Spiegeloberfläche auftreffendes Licht entweder in eine „EIN-ZUSTANDS“-Richtung oder in eine „AUS-ZUSTANDS“-Richtung reflektiert wird. Der Neigungswinkel, um den sich der Mikrospiegel bewegt, hängt von den jeweiligen Fertigungsmerkmalen ab. In einigen Beispielen wird ein Neigungswinkel von +/- 12 Grad verwendet, in anderen Beispielen ein Neigungswinkel von +/- 17 Grad, und es können auch andere Neigungswinkel verwendet werden. In dem Beispiel von 5 beträgt der Neigungswinkel +/- 12 Grad. Der Mikrospiegel 508 befindet sich in einer FLACH-Stellung, in der sich der Spiegel nicht neigt, wenn die Einrichtung nicht mit Leistung versorgt wird. Im Betrieb der DMD erfolgt keine Beleuchtung, wenn sich die Mikrospiegel im FLACH-Zustand befinden, der verwendet wird, wenn keine Leistung an die Einrichtung angelegt wird, und alle Mikrospiegel nehmen die gleiche flache Position (keine Neigung) ein.
  • In 5A ist das Licht in vier Richtungen oder Kegeln dargestellt, die einem auf die Oberfläche des Mikrospiegels 508 gerichteten Beleuchtungslicht und einem von der Oberfläche des Mikrospiegels in drei verschiedenen Positionen reflektierten Licht entsprechen. In diesem Beispiel ist die Lichtquelle 518 so positioniert, dass sie Licht in einem Winkel von -24 Grad unterhalb einer horizontalen Ebene in Richtung des Mikrospiegels 508 projiziert. Die horizontale Ebene verläuft senkrecht zur Oberfläche des Mikrospiegels 508 im FLACH-Zustand, der auf der vertikalen Achse mit 0 Grad bezeichnet ist, während die horizontale Ebene auf der horizontalen Achse mit 0 Grad bezeichnet ist. Im FLAT-Zustand wird das von der Lichtquelle 518 in einem Winkel von -24 Grad einfallende Licht in einem Winkel von +24 Grad zur Horizontalen reflektiert, wie in 5 als Kegel 515 mit der Bezeichnung „REFLEXIONEN FLACHE OBERFLÄCHE“ dargestellt, d.h. der Reflexionswinkel ist gleich und entgegengesetzt zum Einfallswinkel. Wenn der Mikrospiegel 508 in eine EIN-Zustands-Position von +12 Grad gegenüber der Vertikalen und in eine AUS-Zustands-Position von -12 Grad gegenüber der Vertikalen geneigt wird, wird das reflektierte Licht in unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die horizontale Ebene projiziert. Der flache Zustand wird verwendet, wenn das System nicht mit Leistung versorgt wird und alle Spiegel in einer DMD die gleiche Position einnehmen, so dass im Betrieb keine Beleuchtung bereitgestellt wird (da kein Muster angezeigt werden kann, wenn sich alle Mikrospiegel im flachen Zustand befinden). Wenn sich der Mikrospiegel 508 in einem EIN-Zustand befindet, ist der Spiegel um +12 Grad gegenüber der Vertikalen geneigt, und von der Spiegeloberfläche reflektiertes Licht wird in einem Winkel von Null Grad reflektiert, wie in dem mit „EIN-ZUSTANDS-ENERGIE“ gekennzeichneten Kegel zu sehen ist, und zwar aufgrund der Richtung von -24 Grad, aus der der Strahl auf den Spiegel trifft, der Neigung des Spiegels um +12 Grad und der entsprechenden Reflexion. Das Licht mit der EIN-ZUSTANDS-ENERGIE wird auf eine Abbildungslinse 514 gerichtet und vom System projiziert. Die Neigung im AUS-Zustand beträgt negative 12 Grad (-12 Grad), so dass das im AUS-Zustand reflektierte Licht den Mikrospiegel 508 in einem Winkel von 48 Grad verlässt, wie durch den mit „AUS-ZUSTANDS-ENERGIE“ bezeichneten Kegel in 5A dargestellt. Im Beispiel von 5A wird das Aus-Zustands-Licht auf eine Lichtfalle 510 gelenkt, bei der es sich um eine Wärmesenke handelt. Die unterschiedlichen Winkel, die sich aus dem Betrieb im EIN-Zustand und AUS-Zustand ergeben, ermöglichen es einem SLM-System, das Ein-Zustands-Licht zu trennen, das strukturiertes Licht bilden kann, das auf eine Abbildungslinse 514 gerichtet wird, um ein gewünschtes Bild zu projizieren. Das Aus-Zustands-Licht kann von der Abbildungslinse 514 weggeleitet werden, während das Beleuchtungslicht physisch von dem reflektierten Ein-Zustands-Licht getrennt ist, so dass keine Interferenz auftritt. Da der Mikrospiegel 508 schnell umgeschaltet werden kann und die DMD viele Male pro Sekunde verschiedene Bildmuster anzeigen kann, können mit dem Mikrospiegel 508 feste und bewegte Bilder projiziert werden.
  • Im Beispiel von 5A wird das vom Spiegel im AUS-Zustand reflektierte Licht nicht genutzt, sondern in einer Lichtfalle 510 mit der Bezeichnung „AUS-ZUSTANDS-LICHTFALLE“ gesammelt, die gekühlt werden kann, um eine Wärmesenke zu bilden, die Wärmeenergie ableitet: In den Anordnungen wird das im AUS-Zustand des Mikrospiegels reflektierte Licht jedoch nicht auf eine Lichtfalle gerichtet. Stattdessen wird in den Anordnungen das vom Mikrospiegel im AUS-Zustand reflektierte Licht als Teil des von einem Frontscheinwerfer projizierten Lichts verwendet, wodurch eine Effizienz des Frontscheinwerfers erhöht und eine Leistungsversorgung zu anderen Lichtquellen im Frontscheinwerfer verringert wird.
  • 5B veranschaulicht in einer Seitenansicht einen Abschnitt einer durchlässigen Flüssigkristallanzeige (LCD), die als SLM verwendet wird. In 5B ist eine LCD-Einrichtung 528 mit den Pixeln 5281, 5282, 5283, 5284 und 5285 gezeigt. Mit „POLARIZIERTE BELEUCHTUNG“ gekennzeichnetes Beleuchtungslicht wird von einer Unterseite (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 5B) auf die LCD-Einrichtung 528 gerichtet. Die Einrichtung 528 enthält Flüssigkristalle in einer Schicht 529 zwischen Glasabdeckungen 533 und 531, die für das Beleuchtungslicht durchlässig sind.
  • Im Betrieb tritt das polarisierte Beleuchtungslicht in die einzelnen Pixel 5281, 5282, 5283, 5284 und 5285 ein, bei denen es sich um adressierbare Pixel der Einrichtung 528 handelt. Eine Glasabdeckungs- und Ausrichtungsschicht 533 ist mit transparenten Elektroden 5301, 5302, 5303, 5304 und 5305 gezeigt, die in den Pixeln 5281, 5282, 5283, 5284 und 5285 positioniert sind, um eine elektrisch adressierbare Zelle für jedes Pixel bereitzustellen. Das Flüssigkristallmaterial 529 enthält Flüssigkristalle, die in Reaktion auf ein elektrisches Feld ihre Ausrichtung ändern oder sich verdrehen können. Das elektrische Feld kann mithilfe der transparenten Elektroden 5301, 5302, 5303, 5304 und 5305 und einer weiteren transparenten Elektrode, die an der Glasabdeckung 531 befestigt ist, angelegt werden, die während des Betriebs auf ein Referenzpotential gelegt werden kann. Wie in 5B gezeigt, kann die polarisierte Beleuchtung in einer horizontalen Polarisation erfolgen, wie durch die geschlossenen Punkte auf den in 5B gezeigten Strahlen angedeutet. Wenn die polarisierte Beleuchtung ein Pixel in einem Ein-Zustand durchläuft, wie etwa das Pixel 5281, was dadurch angezeigt wird, dass die Flüssigkristalle in Schicht 529 in horizontaler Richtung ausgerichtet sind, wird die Polarisation des Lichts in eine vertikale Polarisation geändert, wie durch die Doppelpfeile auf den Strahlen, die das Pixel 5281 verlassen, angezeigt wird, was in der Anordnung der EIN-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht. Wenn das polarisierte Beleuchtungslicht ein Pixel in einem Aus-Zustand durchläuft, wie etwa das Pixel 5282 in 5B, und die Kristalle in Schicht 529 in dem Pixel in einer vertikalen Ausrichtung angeordnet sind und die Polarisation des Lichts nicht geändert wird und sich das die Zelle verlassende Licht noch immer in der horizontalen Polarisation befindet, entspricht dies in der Anordnung der AUS-ZUSTANDS-ENERGIE. Durch die unterschiedliche Polarisation des Lichts kann ein System, das die durchlässige LCD-Einrichtung 528 verwendet, in den Anordnungen EIN-ZUSTANDS-ENERGIE-Licht von AUS-ZUSTANDS-ENERGIE-Licht trennen. In einem alternativen Ansatz könnte die POLARISIERTE BELEUCHTUNG in der vertikalen Polarisation erfolgen, und das Licht, das der EIN-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht, könnte sich in der horizontalen Polarisation befinden, während sich das Licht, das der AUS-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht, in der vertikalen Polarisation befindet. Diese Entscheidungen können während des Konstruktionsprozesses getroffen werden.
  • 5C veranschaulicht in einer Seitenansicht eine alternative SLM-Anordnung. In 5C ist ein Abschnitt einer reflektierenden Flüssigkristall-auf-Silicum- (LCOS-) Einrichtung 548 mit fünf Pixeln 5481, 5482, 5483, 5484 und 5485 gezeigt. Die reflektierende LCOS-Einrichtung 548 beinhaltet eine Flüssigkristallschicht 549 und eine Glasabdeckung 551, an der eine transparente Elektrode (der Klarheit halber nicht dargestellt) und optische Elemente wie optische Ausrichter befestigt sein können. Ein reflektierendes Halbleitersubstrat 553 ist mit adressierbaren Elektroden 5501, 5502, 5503, 5504, 5505 gezeigt, die den Pixeln 5481, 5482, 5483, 5484, 5485 entsprechen.
  • In einem Beispielbetrieb kann die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Schicht 549 durch Anlegen eines elektrischen Felds geändert werden. Die Beleuchtung tritt in die Einrichtung 548 als POLARISIERTE BELEUCHTUNG ein, die (gemäß der Ausrichtung der Elemente in der in 5C gezeigten Seitenansicht) auf die Oberseite der Einrichtung 548 gerichtet ist. Das Beleuchtungslicht wird von dem reflektierenden Halbleitersubstrat 553 reflektiert, wobei seine Polarisation je nach dem Zustand der Pixel geändert wird oder nicht geändert wird. In Pixel 5481 beispielsweise sind die Flüssigkristalle in horizontaler Richtung ausgerichtet, und das reflektierte Licht verlässt das Pixel 5481 in (aus der horizontalen Polarisation geänderter) vertikaler Polarisation, wie durch die Doppelpfeile auf den Strahlen in 5C gezeigt wird, was der EIN-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht. In einem anderen Beispielbetrieb wird das Beleuchtungslicht, das in das Pixel 5482 eintritt, welches sich in einem Aus-Zustand befindet, wie durch eine (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 5C) vertikale Ausrichtung der Flüssigkristalle angezeigt wird, reflektiert und verlässt das Pixel 5482 in horizontaler Polarisation, wie durch die geschlossenen Punkte auf den Strahlen in 5C angezeigt wird, was der AUS-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht. Da das Licht, das der EIN-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht, und das Licht, das der AUS-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht, eine unterschiedliche Polarisation aufweisen, kann ein System, das die Anordnung von 5C, die Einrichtung 548, als SLM verwendet, das EIN-ZUSTANDS-ENERGIE-Licht und das AUS-ZUSTANDS-ENERGIE-Licht in unterschiedliche Richtungen richten. In einem alternativen Ansatz könnte die POLARISIERTE BELEUCHTUNG in der vertikalen Polarisation erfolgen, und das Licht, das der EIN-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht, könnte sich in der horizontalen Polarisation befinden, während sich das Licht, das der AUS-ZUSTANDS-ENERGIE entspricht, in der vertikalen Polarisation befindet. Diese Entscheidungen können während des Konstruktionsprozesses getroffen werden.
  • 6 zeigt in einer Draufsicht ein Bildmuster 601, das auf einer SLM-Einrichtung angezeigt werden könnte, um ein gewünschtes Strahlmuster zu erzeugen. Dieses beispielhafte Bildmuster 601 kann für einen adaptiven Strahlbetriebsmodus in einem Kfz-Frontscheinwerfer verwendet werden. Der obere Anteil des Bildmusters 601 ist dunkel, was darauf hinweist, dass es sich bei Licht von den Pixeln im oberen Anteil des SLM um Aus-Zustands-Licht handelt, das von der Abbildungsoptik weggeleitet wird. Die Pixel des reflektierenden SLM, die dem dunklen Bereich entsprechen, befinden sich in einem Aus-Zustand. Da ein SLM subtraktiv arbeitet, wird Beleuchtungslicht für jedes Bild auf alle Pixel gerichtet, so dass die verwendete Beleuchtungsenergie dieselbe ist, unabhängig davon, ob das Licht von allen Pixeln durch eine Abbildungslinse projiziert wird oder nicht. Ein Muster mit vielen dunklen Pixeln, wie das in 6 gezeigte Beispielbildmuster 601, ist zwangsläufig ineffizient, wenn es von einem SLM projiziert wird, da die verwendete Beleuchtungsenergie dieselbe ist wie bei der Projektion eines hellen Musters (beispielsweise mit allen Pixeln im Ein-Zustand). Zur Bildung von Mustern subtrahiert ein Amplitudenmodulations-SLM von ausgewählten Pixeln geliefertes Beleuchtungslicht ausgehend von einer maximalen Helligkeit, bei der sich alle Pixel im Ein-Zustand befinden. In 6 ist der Anteil des Musters, der sich links von der gestrichelten Linie befindet, so ausgerichtet, dass er die Fahrbahn der benachbarten Fahrspur beleuchtet, auf der sich Gegenverkehr befindet (in 6 durch den Pfeil „Gegenverkehr“ angegeben), und der Anteil rechts von der gestrichelten Linie ist so ausgerichtet, dass er die Fahrbahn vor dem Fahrzeug beleuchtet (in 6 durch den Pfeil „Gleiche Richtung“ angegeben). In diesem Beispiel wird der Anteil des SLM, der die benachbarte Fahrspur beleuchtet, gedimmt, um eine Blendung entgegenkommender Fahrzeuge zu vermeiden, indem die Anzahl der Pixel im Ein-Zustand reduziert wird. In dem Anteil, der die Fahrbahn in gleicher Richtung der Fahrspur vor dem Fahrzeug beleuchtet, wird die Anzahl der SLM-Pixel im Ein-Zustand erhöht, und das Muster weist einen abgewinkelten Anteil 605 auf, der einen geformten Strahl ergibt. Der schräge Winkel zeigt eine Übergangsregion im Strahlmuster von der Gegenverkehr-Fahrbahn zur Fahrbahn gleicher Richtung an. Der SLM zeigt Muster an, indem er einige Pixel in den Aus-Zustand versetzt und die Aus-Zustands-Beleuchtung vom Projektionsweg weglenkt. Ein Kfz-Frontscheinwerfer, der einen SLM wie in 3A verwendet, kann ineffizient sein, wenn sich viele Pixel im Aus-Zustand befinden, da das von den Ein-Zustands-Pixeln projizierte Licht um die Anzahl der Aus-Zustands-Pixel reduziert wird und das Aus-Zustands-Licht üblicherweise nicht verwendet wurde.
  • 7A zeigt in einem Blockdiagramm eine Beispielanordnung für eine Lichtquelle 700 mit einem SLM-System 703. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Lichtquelle 700 um einen Kfz-Frontscheinwerfer, während die Lichtquelle 700 alternativ auch zur Beleuchtung anderer Fahrzeuge oder Anwendungen eingesetzt werden kann, z.B. in der Schifffahrt, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, im LKW-Verkehr, zur Außenbeleuchtung oder zur Beleuchtung von Fabriken. In den Anordnungen wird Aus-Zustands-Licht eines SLM in einem Strahlmuster verwendet, so dass der Einsatz der Anordnungen die Effizienz erhöht. In 7A beinhaltet das SLM-System 703 ein SLM-Teilsystem 711, eine Beleuchtungsquelle 715, eine nicht-abbildende Optik 714 und eine Abbildungsoptik 713. Die Abbildungsoptik 713 kann optische Elemente enthalten, die in Projektionssystemen verwendet werden, wie beispielsweise Kollimatoren, Linsen für Bildschärfe, Farbkorrekturelemente und andere optische Elemente, die zur Verbesserung von Sichtbarkeit und Kontrast eines projizierten Bildes verwendet werden können. Die nicht-abbildende Optik 714 kann Kollimatoren und andere Linsen enthalten, allerdings projiziert die nicht-abbildende Optik Licht als Strahl, und die nicht-abbildende Optik 714 ist daher weniger kritisch und die Komponenten können weniger kostenintensiv sein als die der Abbildungsoptik 713. Das SLM-System 703 liefert strukturiertes Licht und/oder grafische Bilder, die von der Lichtquelle 700 projiziert werden. Wie vorstehend beschrieben, wird ein Anteil des Ein-Zustands-Lichts des SLM-Teilsystems 711 auf den Fernlichtbetriebsmodus gerichtet, und ein anderer Anteil des Ein-Zustands-Lichts des SLM-Teilsystems 711 wird auf eine Grafikbildanzeigeregion und den Abblendlichtbetriebsmodus gerichtet. Der Anteil des Ein-Zustands-Lichts, der für den Betrieb im Fernlichtmodus bestimmt ist, kann mit Licht der Matrix-LED 701 kombiniert werden, die mittels eines Arrays oder einer Matrix einzelner LED-Segmente 702 implementiert ist, die in einer Reihe oder in einem Gittermuster angeordnet sein können und 10 bis 80 oder mehr Segmente 702 umfassen können. Die Matrix-LED 701 gibt Licht mit hoher Intensität zur Verwendung im Fernlichtbetriebsmodus ab, und in einem Abblendlichtbetriebsmodus kann die Matrix-LED 701 ausgeschaltet oder die Leistung stark reduziert werden. Die einzelnen Segmente 702 der Matrix-LED 701 können deaktiviert oder eine Leistungsversorgung der einzelnen Segmente reduziert werden, um das projizierte Licht mit hoher Intensität zu verringern und eine Blendung eines entgegenkommenden Fahrzeugs zu vermeiden, wie vorstehend beschrieben.
  • In der Beispielanordnung von 7A ist die nicht-abbildende Optik 714 so angeordnet, dass sie Aus-Zustands-Licht vom SLM-Teilsystem 711 empfängt und Aus-Zustands-Licht 775 projiziert. Das Aus-Zustands-Licht 775 ist so ausgerichtet, dass es einen Teil des Basislichts des projizierten Strahlmusters bildet, und kann mit dem Basislicht 777 aus der Basislichtquelle 717 kombiniert werden. Das SLM-Teilsystem 711 kann mit einer reflektierenden LCOS-Einrichtung, einer durchlässigen LCD-Einrichtung oder mit einer digitalen Mikrospiegeleinrichtung (DMD) implementiert werden. Die Beleuchtungsquelle 715 kann mit einer Glühlampe, einer Halogenlampe, Lasern oder mit einer LED oder mehreren LEDs implementiert werden. Eine blaue LED in Kombination mit einem gelben und/oder grünen Leuchtstoff kann zum Implementieren der Beleuchtungsquelle 715 verwendet werden, um weißes Licht für das SLM-Teilsystem 711 zu liefern. Die Beleuchtungsquelle 715 kann über eine Beleuchtungsoptik (in 7A nicht dargestellt) mit dem SLM-Teilsystem 711 gekoppelt werden.
  • Die Matrix-LED 701 gibt Matrixlicht 771 ab, das in einem Fernlichtanteil des Strahlmusters verwendet werden kann, wobei der Fernlichtanteil darauf ausgerichtet ist, Objekte und die Fahrbahn in der Ferne zu beleuchten. Die Abbildungsoptik 713 richtet Ein-Zustands-Licht 773 sowohl auf den Fernlichtanteil des Strahlmusters als auch auf den Abblendlichtanteil des Strahlmusters, wie vorstehend beschrieben, und grafische Bilder können im Abblendlichtanteil des Strahlmusters angezeigt werden (vgl. beispielsweise den Grafikbildbereich 123 in 1). Das SLM-System 703 kann so variiert werden, dass sich je nach Anwendung mehr oder weniger des SLM-Lichts im Fern- oder im Abblendlichtanteil befindet. Die nicht-abbildende Optik 714 richtet Aus-Zustands-Licht 775 auf den Abblendlichtanteil des Strahlmusters und beleuchtet die Fahrbahn im Nahbereich und in den Bereichen unmittelbar um die Fahrzeugfront herum. Die Basislichtquelle 717 gibt Basislicht 777 an den Abblendlichtanteil des Strahlmusters im Nahbereich ab. Wenn das Aus-Zustands-Licht 775 erhöht wird (weil ein bestimmtes Muster, das auf dem SLM-Teilsystem 711 angezeigt wird, viele dunkle Regionen aufweist), kann die Leistung der Basislichtquelle 717 verringert werden, und wenn die Intensität des Aus-Zustands-Lichts 775 verringert wird, kann die Leistung der Basislichtquelle 717 zum Ausgleich erhöht werden. In einem Beispiel kann, wenn kein Licht vom SLM im Strahlmuster benötigt wird, das gesamte Licht aus dem SLM Aus--Zustands-Licht sein, und die Basislichtquelle 717 kann reduziert oder deaktiviert sein, da das Aus-Zustands-Licht erhöht ist. Beispielsweise kann der SLM 703 bei Tageslicht Basislicht als Tageslicht-Fahrindikator liefern, oder in einem Parkszenario kann der SLM 703 Basislicht ohne Licht im Strahlmuster aus dem SLM liefern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass auf dem SLM für alle Pixel ein „dunkles“ Muster angezeigt wird, so dass das gesamte Licht des SLM als Aus-Zustands-Licht vorliegt.
  • 7B veranschaulicht Details eines beispielhaften SLM-Systems 703 und ein Intensitätsdiagramm für ein bestimmtes Strahlmuster 750, das in einem Abblendlichtbetriebsmodus projiziert werden soll. In 7B empfängt das SLM-Teilsystem 711 im SLM-System 703 Beleuchtung von der Beleuchtungsquelle 715. Das SLM-Teilsystem 711 gibt Ein-Zustands-Licht, das durch ein vom SLM angezeigtes Muster moduliert wird, an die Abbildungsoptik 713 ab. Ein-Zustands-Licht 773 aus der Abbildungsoptik 713 wird als SLM-Licht 753 im SLM-Sichtfeld (mit SLM-FOV bezeichnet) im Strahlmuster 750 projiziert. Das Strahlmuster 750 veranschaulicht einen Abblendlichtbetriebsmodus, bei dem ein Anteil des auf dem SLM-Teilsystem 711 angezeigten Musters dunkel ist; in 7B ist dies der Anteil, der dem Licht entspricht, das im oberen Abschnitt des SLM-FOV erscheinen würde, der den Fernlichtanteil 733 des Strahlmusters 750 überlappt. In dem in 7B gezeigten Abblendlichtbetriebsmodus ist dieser Fernlichtanteil 733 des Strahlmusters 750 dunkel, wie durch die Kenzeichnung „KEIN LICHT“ in 7B angezeigt.
  • Ein Anteil des von der Abbildungsoptik 713 projizierten Ein-Zustands-Lichts bildet SLM-Licht 753 im Strahlmuster 750, wie in dem mit „EIN-ZUSTAND“ bezeichneten Bereich im SLM-FOV gezeigt. Der EIN-ZUSTANDS-Anteil des SLM-Lichts 753 im SLM-FOV kann einen strukturierten Lichtstrahl darstellen und grafische Bilder oder Meldungen wie vorstehend gezeigt anzeigen.
  • In den Anordnungen gibt das SLM-Teilsystem 711 zudem Aus-Zustands-Licht der Pixel des SLM aus, die sich im Aus-Zustand befinden, und das Aus-Zustands-Licht 775 wird von der nicht-abbildenden Optik 714 auf den Basislichtanteil 755 des Strahlmusters 750 gerichtet und ist in 7B mit „AUS-ZUSTAND“ gekennzeichnet. Der Basislichtanteil 755 ist im unteren Teil des Intensitätsdiagramms gezeigt und entspricht dem Anteil des Strahlmusters 750, der auf den Nahbereich gerichtet ist, d.h. bei einem Kfz-Frontscheinwerfer am nächsten zum Fahrer und vor dem Fahrzeug. Der Abblendlichtanteil 731 des Strahlmusters 750 beinhaltet das Aus-Zustands-Licht 775. Durch die Verwendung des Aus-Zustands-Lichts 775 aus dem SLM-System 703, um einen Teil des Basislichtanteils 755 des Strahlmusters 750 zu bilden, wird die Effizienz des Kfz-Frontscheinwerfers erhöht. Die Leistungsversorgung einer Basislichtquelle (vgl. Basislichtquelle 717 in 7A) kann reduziert werden, und da die Leistung der Beleuchtungsquelle 715 für die in den Anordnungen verwendeten SLMs konstant ist, wird vom SLM-System 703 in den Anordnungen keine zusätzliche Leistung verbraucht, wenn das Aus-Zustands-Licht 775 projiziert wird. In 7B zeigt das Diagramm die Intensität: Bei einem Lichtstrom von 1740 Im beträgt das Maximum von Emax 213 Lux (Ix), was, wie die Füllmuster zeigen, im zentralen Abschnitt des Strahlmusters 750 liegt. Das Diagramm am unteren Rand von 7B zeigt die Intensitätswerte von 0 bis zum Wert 213 lx unter Verwendung eines Gradientenfüllmusters. Die x-Achse veranschaulicht das Sichtfeld in Grad von einem Ursprung in der Mitte des Diagramms.
  • 7C veranschaulicht weitere Einzelheiten einer beispielhaften Implementierung. In dieser Beispielanordnung für das SLM-System 703 beinhaltet das SLM-Teilsystem 711 eine DMD 730, ein erstes TIR- (total internal reflection, Totalreflexions-) Prisma 737 und ein zweites TIR-Prisma 735. In dem in 7C dargestellten Beispiel wird das Licht aus der Beleuchtungsquelle 715 durch die Beleuchtungsoptik 716 in einem Normalwinkel auf die Oberfläche der DMD 730 gerichtet. Die DMD 730 kann Tausende oder Millionen von digitalen Mikrospiegeln (nicht gezeigt, vgl. z.B. 508 in 5) enthalten, die ein zweidimensionales Array aus Pixeln bilden, und beinhaltet ein Speicherarray (nicht gezeigt) mit adressierbaren Speicherzellen zum Speichern von Bilddaten, die den Pixeln zugeordnet sind. Die Beleuchtungsquelle 715 kann in alternativen Anordnungen in einem anderen Winkel als einem Normalwinkel angeordnet sein, wie beispielsweise in 5 gezeigt, und es können zusätzliche optische Elemente wie Klappspiegel und Prismen verwendet werden, um das Beleuchtungslicht auf die Oberfläche der DMD 730 zu richten. Die TIR-Prismen 735, 737 verfügen über eine Innenfläche, die Licht, das in die Prismen eintritt und in bestimmten Winkeln auf die reflektierende Fläche trifft, vollständig reflektiert (bei den Prismen handelt es sich um Prismen mit interner Totalreflexion oder TIR-Prismen). In der Beispielanordnung empfängt das TIR-Prisma 737 das Beleuchtungslicht von der Beleuchtungsoptik 716 an einer Außenfläche, und dieses Licht durchläuft das TIR-Prisma 737 bis zur DMD 730. Die DMD 730 strukturiert das Licht so, dass strukturiertes Ein-Zustands-Licht und strukturiertes Aus-Zustands-Licht gebildet wird. Das strukturierte Ein-Zustands-Licht aus der DMD 730 tritt in das erste TIR-Prisma 737 in einem Winkel ein, der durch die Neigung der Ein-Zustands-Mikrospiegel in der DMD bedingt ist, wird (gemäß der Anordnung der Elemente in 7C) nach oben reflektiert und tritt an der Oberseite aus dem ersten TIR-Prisma 737 aus. Das vom ersten TIR-Prisma 737 kommende Licht wird auf einen ersten Klappspiegel 734 eingekoppelt. Der erste Klappspiegel 734 lenkt das strukturierte Ein-Zustands-Licht auf die Abbildungsoptik 713 und erzeugt Ein-Zustands-Licht 773. Das Ein-Zustands-Licht 773 wird von der Abbildungsoptik 713 als Teil eines projizierten Strahls wie vorstehend beschrieben projiziert. In dem in 7C dargestellten Beispiel empfängt das zweite TIR-Prisma 735 das Beleuchtungslicht von der Beleuchtungsoptik 716, und das Beleuchtungslicht durchquert das zweite TIR-Prisma 735 und verlässt das zweite TIR-Prisma 735 zur Oberfläche der DMD 730. Das strukturierte Aus-Zustands-Licht aus der DMD 730 tritt dann in das zweite TIR-Prisma 735 in einem Winkel ein, der durch die Neigung der Mikrospiegel in der DMD 730 bedingt ist, wird (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 7C) nach unten reflektiert und verlässt das TIR-Prisma 735 an der Unterseite und wird auf den zweiten Klappspiegel 736 gerichtet. Der zweite Klappspiegel 736 lenkt das strukturierte Aus-Zustands-Licht auf die nicht-abbildende Optik 714 und wird als Aus-Zustands-Licht 775 ausgegeben, das Teil des projizierten Strahls wird, wie vorstehend beschrieben.
  • In 7D bis 7E ist eine alternative Konfiguration für das SLM-System 703 mit einem SLM-Teilsystem 7111 als weitere Beispielimplementierung des SLM-Teilsystems 711 aus 7B dargestellt. In 7D wird das Beleuchtungslicht aus der Beleuchtungsquelle 715 in einem schrägen Winkel in Bezug auf eine reflektierende Oberfläche der DMD 730 bereitgestellt. Der Beleuchtungsweg beinhaltet eine Beleuchtungsoptik 7161, die das Licht bündelt. Ein konkaver Spiegel 718 empfängt das Licht der Beleuchtungsoptik 7161 und lenkt das Beleuchtungslicht in einem Winkel auf die Oberfläche der DMD 730. Wenn ein Muster angezeigt wird, um ein gewünschtes Strahlmuster zu bilden, reflektiert die DMD 730 Ein-Zustands-Licht und Aus-Zustands-Licht, was durch das Muster bestimmt wird, das zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der DMD angezeigt wird. Das Ein-Zustands-Licht wird von der DMD 730 in einem Normalwinkel zur DMD-Oberfläche auf die Abbildungsoptik 713 reflektiert. Die Abbildungsoptik 713 kann eine Projektionsoptik enthalten (der Klarheit halber nicht gezeigt), die den Strahl bündeln, den Kontrast verbessern und den Strahl formen kann und Kollimatoren und Farbkorrekturlinsen beinhalten kann. Die Abbildungsoptik 713 ist so konfiguriert, dass sie fokussierte Bilder mit ausreichend hoher Auflösung projiziert, um auf einer Oberfläche in einiger Entfernung vom SLM-Teilsystem 7111 deutlich sichtbar zu sein. Das Ein-Zustands-Licht 773 wird von der Abbildungsoptik 713 projiziert. Das Aus-Zustands-Licht wird von der Oberfläche der DMD 730 zunächst (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 7D) nach oben reflektiert und dann mithilfe eines Spiegels 719 und einer Kollimationslinse 732 nach unten zu einem Klappspiegel 736 und in die nicht-abbildende Optik 714 gerichtet. Die nicht-abbildende Optik 714 kann das Aus-Zustands-Licht bündeln, gleichmäßiger machen, formen und kollimieren, um parallelere Strahlen zu erzeugen, es werden jedoch keine Bilder projiziert, und die Eigenschaften der optischen Elemente in der nicht-abbildenden Optik 714 sind daher weniger kritisch und können weniger kostenintensiv sein als die in der Abbildungsoptik 713 verwendeten. Das Aus-Zustands-Licht 775 wird dann verwendet, um einen Teil des projizierten Strahls zu bilden.
  • Die Verwendung der Spiegel (Klappspiegel 734, 736 in 7C) und Optiken (Beleuchtungsoptik 716 und TIR-Prismen 737, 735) im SLM-Teilsystem 711 (vgl. 7C) ermöglicht es, das Ein-Zustands-Licht, das so strukturiert ist, dass es ein Bild projiziert, das dem von der DMD 730 angezeigten Bild entspricht, und das Aus-Zustands-Licht voneinander zu trennen und vom eingehenden Beleuchtungslicht aus der Beleuchtungsquelle 715 zu trennen. Im Gegensatz dazu werden bei der Anordnung des SLM-Teilsystems 7111, wie sie in 7D dargestellt ist, keine TIR-Prismen benötigt, jedoch kann die Anordnung mehr Spiegel und mehr Fläche/Volumen in einem SLM-System erfordern als die Anordnung von 7C. Das Aus-Zustands-Licht 775 wird als Teil des Basislichts in einem Strahlmuster wie vorstehend beschrieben verwendet. Ein Anteil des Ein-Zustands-Lichts 773 kann, wie vorstehend gezeigt, sowohl im Fern- als auch im Abblendlichtbetriebsmodus grafische Bilder oder andere Symbole bereitstellen, während ein anderer Anteil den Fernlichtanteil eines Strahlmusters beleuchtet.
  • 7E veranschaulicht das SLM-System 703 mit dem SLM-Teilsystem 7111 wie in 7D, um weitere Einzelheiten des Lichtwegs des Aus-Zustands-Lichts zu zeigen. In 7E ist das Ein-Zustands-Licht zur Verdeutlichung der Darstellung weggelassen. Die Beleuchtungsquelle 715 liefert Licht, das durch die Beleuchtungsoptik 7161 kollimiert und durch den konkaven Spiegel 718 auf die DMD 730 reflektiert wird. Das Aus-Zustands-Licht aus der DMD 730 wird (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 7E) nach oben zum Spiegel 719 gerichtet, bei dem es sich um einen bikonischen oder zylindrischen Spiegel handeln kann. Der Spiegel 719 sammelt das Aus-Zustands-Licht aus der DMD 730 und ist so positioniert, dass er eine optische Pupillenblende bildet. Das Aus-Zustands-Licht verlässt den Spiegel 719 und wird (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 7E) nach unten zu einer Linse 732 gerichtet, bei der es sich um eine bikonische oder zylindrische Linse handeln kann, die das Aus-Zustands-Licht formt oder kollimiert. Bei dem Spiegel 736, der den Lichtweg des Aus-Zustands-Lichts faltet, kann es sich um einen flachen, bikonischen oder zylindrischen Spiegel handeln. Das Aus-Zustands-Licht wird dann (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 7E) auf die rechte Seite der Figur durch die nicht-abbildende Optik 714 geleitet, bei der es sich um eine weitere bikonische oder zylindrische Linse handeln kann, die das Aus-Zustands-Licht weiter formt und bündelt. Die nicht-abbildende Optik 714 projiziert das Aus-Zustands-Licht 775. Die Intensität des Aus-Zustands-Lichts variiert mit dem auf der DMD angezeigten Muster, und somit variiert das projizierte Aus-Zustands-Licht auch mit der Intensität des projizierten Ein-Zustands-Lichtstrahls.
  • In den Anordnungen werden sowohl Ein-Zustands-Licht aus dem SLM-Teilsystem, das ein von der Abbildungsoptik projiziertes strukturiertes Bild ist, als auch Aus-Zustands-Licht aus dem SLM-Teilsystem, das von der Abbildungsoptik weg auf eine nicht-abbildende Optik gerichtet wird, in einem projizierten Strahl verwendet, wodurch die Effizienz erheblich gesteigert wird. Die Lichtmenge, die aus dem Aus-Zustands-Licht zur Verfügung steht, variiert mit den auf der SLM angezeigten Mustern, aber in einigen Beispielen kann die Leistungsaufnahme der Basislichtquelle um bis zu 90 Prozent reduziert werden, während ein Abblendlichtmuster projiziert wird (im Vergleich zu Systemen, die das Aus-Zustands-Licht nicht zur Beleuchtung des Basislichtanteils verwenden). Wenn das aus dem SLM-System (vgl. z.B. 703 in 7C oder 7D) verfügbare Aus-Zustands-Licht geringer ist, kann die Leistung der Basislichtquelle zum Ausgleich erhöht werden. Die Menge des verfügbaren Aus-Zustands-Lichts hängt davon ab, wie viele Pixel sich im SLM zu einem bestimmten Zeitpunkt im Aus-Zustand befinden, was wiederum vom Bildmuster abhängt, das der SLM zu einem bestimmten Zeitpunkt anzeigt.
  • 7F und 7G veranschaulichen Anordnungen für ein SLM-System, das die Flüssigkristallanzeige- (LCD-) Technologie (7F) oder die Flüssigkristall-auf-Silicium- (LCOS-) Technologie (7G) zur Implementierung des SLM verwendet. Bei diesen Anordnungen werden Polarisationsunterschiede zwischen dem Ein-Zustands-Licht und dem Aus-Zustands-Licht verwendet, um das Licht zu trennen, im Gegensatz zu den DMD-Anordnungen, die Unterschiede im Reflexionswinkel verwenden, um das Ein-Zustands-Licht vom Aus-Zustands-Licht zu trennen. Für ähnliche Elemente werden zum besseren Verständnis ähnliche Bezugszeichen wie in 7C bis 7E verwendet.
  • In 7F wird ein SLM-Teilsystem 7112 mittels einer durchlässigen LCD-Einrichtung 7302 implementiert. Bei einem SLM, der eine durchlässige LCD als räumlichen Lichtmodulator verwendet, durchläuft polarisiertes Beleuchtungslicht einzelne Zellen in einer LCD-Einrichtung und wird durch Polarisation moduliert. Die Beleuchtungsquelle 715 richtet polarisiertes Beleuchtungslicht durch die durchlässige LCD 7302, die ein Muster empfängt. Die LCD 7302 gibt Ein-Zustands-Licht und Aus-Zustands-Licht in zwei Polarisationszuständen aus, wobei Ein-Zustands-Licht in horizontaler Polarisation ausgegeben wird, wie durch die gefüllten Kreisformen auf den Strahlen in 7F angezeigt, und sich Aus-Zustands-Licht in vertikaler Polarisation befindet, wie durch die Doppelpfeilformen auf den Strahlen in 7F angezeigt. In dem gezeigten Beispiel ist das Ein-Zustands-Licht in einem horizontalen Polarisationszustand dargestellt, in alternativen Anordnungen kann sich das Ein-Zustands-Licht jedoch in einem vertikalen Polarisationszustand befinden, während sich das Aus-Zustands-Licht im horizontalen Polarisationszustand befindet, solange das Ein-Zustands-Licht und das Aus-Zustands-Licht voneinander getrennt werden können. Ein Polarisationsstrahlteiler (PBS, polarization beam splitter) 740 wird verwendet, um das Ein-Zustands-Licht und das Aus-Zustands-Licht zu trennen, das Ein-Zustands-Licht durchläuft den Polarisationsstrahlteiler 740, ohne zu reflektieren, und wird zur Abbildungsoptik 713 gerichtet und als Ein-Zustands-Licht 773 projiziert, und das Aus-Zustands-Licht wird vom PBS 740 aus (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 7F) nach unten zu einem Klappspiegel 7362 reflektiert und dann zur nicht-abbildenden Optik 714 reflektiert, und das Aus-Zustands-Licht 775 wird projiziert. Da das Aus-Zustands-Licht und das Ein-Zustands-Licht eine unterschiedliche Polarisation aufweisen, können die Elemente im SLM-Teilsystem 7112 das Aus-Zustands-Licht vom Ein-Zustands-Licht trennen, und das Aus-Zustands-Licht 775 wird von der nicht-abbildenden Optik 714 aus projiziert.
  • 7G veranschaulicht eine zusätzliche Anordnung, bei der eine reflektierende Flüssigkristall-auf-Silicium- (LCOS-) Einrichtung zur Implementierung eines SLM-Teilsystems 7113 verwendet wird. In der reflektierenden LCOS-Einrichtung tritt Licht in eine Flüssigkristallschicht ein und wird von einer reflektierenden Halbleiterschicht unter der Flüssigkristallschicht mit oder ohne Polaritätswechsel reflektiert. Die Beleuchtungsquelle 715 ist über einen optischen Zirkulator 745 optisch mit der LCOS-Einrichtung 7303 im SLM-Teilsystem 7113 gekoppelt. In einem optischen Zirkulator wird Licht an optischen Anschlüssen empfangen und ausgegeben. In einem Beispiel für einen optischen Zirkulator, wie in 7G gezeigt, wird das Licht, das in einen ersten Anschluss mit der Kennzeichnung „1“ eintritt, am nächsten Anschluss im optischen Zirkulator mit der Kennzeichnung „2“ ausgegeben, während in den Anschluss 2 eintretendes Licht am nächsten Anschluss mit der Kennzeichnung „3“ ausgegeben wird Beleuchtungslicht aus der Beleuchtungsquelle 715 ist mit horizontaler Polarisation dargestellt, wie durch die gefüllten Kreisformen auf den Strahlen in 7G angezeigt. Das Beleuchtungslicht wird am Anschluss 1 des optischen Zirkulators 745 empfangen. Das Beleuchtungslicht wird von Anschluss 2 des optischen Zirkulators 745, der in 7G mit „2“ gekennzeichnet ist, ausgegeben und zum Polarisationsstrahlteiler 740 gerichtet. Der Polarisationsstrahlteiler 740 ermöglicht es dem Licht, das mit der horizontalen Polarisationsseite eintritt, das Element zu passieren, während das Licht mit der vertikalen Polarisation in einem Winkel reflektiert wird, wie in 7G gezeigt. Das polarisierte Beleuchtungslicht aus dem optischen Zirkulator 745 durchläuft den Polarisationsstrahlteiler 740 ohne Reflexion und wird in die reflektierende LCOS-Einrichtung 7303 eingekoppelt, die ein Muster anzeigt. Das Ein-Zustands-Licht der reflektierenden LCOS-Einrichtung 7303 ist vertikal polarisiert, wie durch die Doppelpfeile entlang der Strahlen in 7G angegeben. Das Aus-Zustands-Licht, das horizontal polarisiert ist, wie durch die gefüllten Kreisformen entlang der Strahlen angegeben ist, verlässt ebenfalls die LCOS-Einrichtung 7303, und sowohl das Ein-Zustands-Licht als auch das Aus-Zustands-Licht werden auf den PBS 740 gerichtet. Das Ein-Zustands-Licht wird (gemäß der Ausrichtung der Elemente in 7G) nach oben zu einem ersten Klappspiegel 7343 reflektiert, und wird reflektiert und in die Abbildungsoptik 713 eingekoppelt, die das Ein-Zustands-Licht 773 projiziert. Das Aus-Zustands-Licht durchläuft den PBS 740 ohne Richtungsänderung und wird in den optischen Zirkulator 745 eingekoppelt, wo das Aus-Zustands-Licht in den Anschluss 2 eintritt. Der optische Zirkulator 745 gibt das Aus-Zustands-Licht aus dem Anschluss 3 aus, das Aus-Zustands-Licht wird dann auf einen zweiten Klappspiegel 7363 gerichtet und zu der nicht-abbildenden Optik 714 reflektiert und als Aus-Zustands-Licht 775 projiziert.
  • Die Anordnungen liefern Ein-Zustands-Licht und Aus-Zustands-Licht aus einem SLM-System, das in einem aus einer Lichtquelle projizierten Strahl verwendet werden kann, was die Effizienz erhöht. Durch das Trennen von Ein- und Aus-Zustands-Licht und das Ausrichten des Aus-Zustands-Lichts zur Projektion als Teil des projizierten Strahls kann der Bedarf an zusätzlichem Basislicht aus Basislichtquellen verringert und die Leistung gesenkt werden.
  • 8 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ausgewählte Schritte eines Verfahrens zum Projizieren von Licht mittels einer Anordnung. Das Verfahren beginnt in Schritt 801 mit Anzeigen eines Musters auf einem SLM mit Pixeln in einem 2D-Array, wobei das Muster einige Pixel in einen Ein-Zustand versetzt und die übrigen Pixel in einen Aus-Zustand versetzt. Das Verfahren wird in Schritt 803 mit Beleuchten des SLM fortgesetzt. In Schritt 804 fährt das Verfahren fort mit Bilden von strukturiertem Ein-Zustands-Licht und Bilden von strukturiertem Aus-Zustands-Licht unter Verwendung des Musters der Pixel des SLM. In Schritt 805 fährt das Verfahren fort mit optischem Einkoppeln des strukturierten Ein-Zustands-Lichts in eine Abbildungsoptik. In Schritt 807 fährt das Verfahren fort mit optischem Einkoppeln des strukturierten Aus-Zustands-Lichts in eine nicht-abbildende Optik. In Schritt 809 fährt das Verfahren fort mit Projizieren des strukturierten Ein-Zustands-Lichts aus der Abbildungsoptik als einen ersten Teil eines Strahlmusters. In Schritt 811 fährt das Verfahren fort mit Projizieren des strukturierten Aus-Zustands-Lichts aus der nicht-abbildenden Optik als einen zweiten Teil des Strahlmusters.
  • In den dargestellten Beispielen wird ein Strahlmuster von einem Kfz-Frontscheinwerfer auf eine Fahrbahn projiziert. In weiteren alternativen Anordnungen kann der Strahl jedoch von jeder Leuchte projiziert werden, die strukturierte Strahlen projiziert, wie z.B. Scheinwerfer für Schifffahrt, Luftfahrt, Schienenverkehr und LKW-Verkehr, Leuchten zur Außenbeleuchtung oder Leuchten zur Fabrikbeleuchtung. Die Anordnungen sind besonders wichtig für Leuchten, die in fahrenden Fahrzeugen eingesetzt werden, z.B. in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwagen, Eisenbahnen, Schiffen und in der Luftfahrt. Die Anordnungen finden insbesondere Anwendung zur Beleuchtung, wenn grafische Bilder in einem projizierten Lichtstrahl verwendet werden, z.B. bei der Verwendung von Navigations-, Warn- oder Positionssystemen, Verkehrsinformations- oder Kontrollsystemen oder bei der Verwendung von Leitinformationen. Mit diesen Anordnungen können einem Bediener oder Fahrer visuelle Informationen innerhalb eines projizierten Strahls angezeigt werden, so dass sich der Bediener eines Fahrzeugs auf das Sichtfeld vor dem Fahrzeug konzentrieren kann, ohne auf eine Anzeige oder einen Monitor sehen zu müssen, um die Informationen zu erhalten.
  • 9 veranschaulicht in einem Blockdiagramm verschiedene Elemente eines Systems 900 zur Verwendung mit Anordnungen. Das SLM-Teilsystem 911 kann mit einer Flüssigkristall-auf-Silicium- (LCOS-) Einrichtung, einer durchlässigen LCD-Einrichtung, einer MikroLED-Einrichtung oder einer digitalen Mikrospiegeleinrichtung implementiert werden. Ein Prozessor 951, der mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP), eines Mikroprozessors oder einer Mikrocontrollereinheit (MCU) implementiert sein kann, empfängt digitale Videoeingabe- (DVI, digital video input) Signale. Eine digitale Steuerung 953 liefert digitale Daten an das SLM-Teilsystem 911, darunter Daten zur Anzeige. Eine analoge Steuerung 957 steuert Leistungssignale an das SLM-Teilsystem 911 und die Beleuchtungsquelle 915. Licht aus der Beleuchtungsquelle 915 wird durch die Beleuchtungsoptik 916 optisch in das SLM-Teilsystem 911 eingekoppelt. Strukturiertes Ein-Zustands-Licht von den eingeschalteten Pixeln des SLM-Teilsystems 911 wird dann optisch in die Abbildungsoptik 913 eingekoppelt. Das strukturierte Ein-Zustands-Licht wird dann als Ein-Zustands-Licht 973 projiziert und aus dem System 900 abgegeben. Strukturiertes Aus-Zustands-Licht aus Pixeln im SLM-Teilsystem 911, die sich im Aus-Zustand befinden, wenn das Muster angezeigt wird, wird optisch in eine nicht-abbildende Optik 914 eingekoppelt. Das strukturierte Aus-Zustands-Licht wird dann aus dem System 900 als Aus-Zustands-Licht 975 projiziert.
  • In den Anordnungen wird ein Strahlmuster sowohl mit strukturiertem Ein-Zustands-Licht aus einem SLM, das grafische Bilder enthalten kann, die als Teil des Strahlmusters projiziert werden, als auch mit Aus-Zustands-Licht aus dem SLM gebildet, das von Pixeln im Aus-Zustand im SLM stammt und ebenfalls als Teil des Strahlmusters projiziert wird. Durch die Verwendung von sowohl Ein-Zustands-Licht als auch Aus-Zustands-Licht aus einem SLM im Strahlmuster wird die Effizienz eines Systems, das die Anordnungen verwendet, gegenüber Systemen, die die Anordnungen nicht verwenden, erhöht. In Beispielen können Kfz-Frontscheinwerfer die Anordnungen nutzen, um adaptives Fernlicht (ADB) und intelligente Frontscheinwerferfunktionen zu implementieren. In alternativen Anordnungen können auch andere Beleuchtungen, die Strahlen projizieren, wie z.B. in der Schifffahrt, Luftfahrt, im LKW-Verkehr, im Schienenverkehr, sowie Scheinwerfer und andere Beleuchtungssysteme die Anordnungen verwenden.
  • Auch wenn die beispielhaften Anordnungen im Einzelnen beschrieben wurden, können verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken und Anwendungsbereich der vorliegenden Anmeldung, wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Dementsprechend sollen die beiliegenden Ansprüche in ihrem Anwendungsbereich Prozesse, Maschinen, Herstellung, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte umfassen, die Äquivalente zu den offenbarten Beispielen darstellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 63/234045 [0001]

Claims (20)

  1. System, umfassend: eine Beleuchtungsquelle, die so konfiguriert ist, dass sie Beleuchtungslicht erzeugt; Abbildungsoptik; nicht-abbildende Optik; und einen räumlichen Lichtmodulator (SLM), der optisch mit der Beleuchtungsquelle, der Abbildungsoptik und der nicht-abbildenden Optik gekoppelt ist, wobei der SLM ein Array aus Bildelementen umfasst und konfiguriert ist, um: das Beleuchtungslicht zu empfangen; durch einen ersten Anteil der Bildelemente Ein-Zustands-Licht auf die Abbildungsoptik zu richten; und durch einen zweiten Anteil der Bildelemente Aus-Zustands-Licht auf die nicht-abbildende Optik zu richten; wobei die Abbildungsoptik so konfiguriert ist, dass sie das Ein-Zustands-Licht vom SLM empfängt und ein Bild als einen Bildanteil eines Strahls projiziert; und wobei die nicht-abbildende Optik so konfiguriert ist, dass sie das Aus-Zustands-Licht vom SLM empfängt und das Aus-Zustands-Licht als Teil des Strahls projiziert.
  2. System nach Anspruch 1, wobei der SLM eine reflektierende Flüssigkristall-auf-Silicium-(LCOS-) Einrichtung, eine durchlässige Flüssigkristallanzeige- (LCD-) Einrichtung oder eine digitale Mikrospiegeleinrichtung (DMD) umfasst.
  3. System nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein erstes Prisma mit interner Totalreflexion (TIR), das optisch mit der Beleuchtungsquelle, dem SLM und der Abbildungsoptik gekoppelt ist, wobei das erste TIR-Prisma so konfiguriert ist, dass es das Ein-Zustands-Licht vom SLM empfängt und das Ein-Zustands-Licht auf die Abbildungsoptik richtet; und ein zweites TIR-Prisma, das optisch mit der Beleuchtungsquelle, dem SLM und der nicht-abbildenden Optik gekoppelt ist, wobei das zweite TIR-Prisma so konfiguriert ist, dass es das Aus-Zustands-Licht vom SLM empfängt und das Aus-Zustands-Licht auf die nicht-abbildende Optik richtet.
  4. System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsquelle so konfiguriert ist, dass sie das Beleuchtungslicht in einem Normalwinkel in Bezug auf eine Oberfläche des SLM auf den SLM richtet.
  5. System nach Anspruch 1, wobei die Abbildungsoptik so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Anteil des Ein-Zustands-Lichts vom SLM auf einen Fernlichtteil des Strahls projiziert; und die Abbildungsoptik ferner so konfiguriert ist, dass sie einen zweiten Anteil des Ein-Zustands-Lichts vom SLM auf einen Abblendlichtanteil des Strahls richtet.
  6. System nach Anspruch 5, wobei der SLM und die Abbildungsoptik so konfiguriert sind, dass sie grafische Bilder anzeigen.
  7. System nach Anspruch 5, wobei in einem Fernlichtbetriebsmodus die Abbildungsoptik so konfiguriert ist, dass sie Ein-Zustands-Licht sowohl auf den Fernlichtanteil des Strahls als auch den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert.
  8. System nach Anspruch 5, wobei in einem Abblendlichtbetriebsmodus der SLM und die Abbildungsoptik so konfiguriert sind, dass sie Ein-Zustands-Licht auf den Abblendlichtanteil des Strahls projizieren.
  9. System nach Anspruch 5, wobei in einem Abblendlichtbetriebsmodus die nicht-abbildende Optik so konfiguriert ist, dass sie das Aus-Zustands-Licht auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert.
  10. Frontscheinwerfer, umfassend: Abbildungsoptik; nicht-abbildende Optik; einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) mit einem Array aus Bildelementen, wobei der SLM optisch mit der Abbildungsoptik und der nicht-abbildenden Optik gekoppelt ist, wobei der SLM so konfiguriert ist, dass er ein Muster anzeigt, indem er einen ersten Anteil der Bildelemente in einen Ein-Zustand versetzt und einen zweiten Anteil der Bildelemente in einen Aus-Zustand versetzt, wobei der SLM so konfiguriert ist, dass er Beleuchtungslicht empfängt, wobei der SLM so konfiguriert ist, dass er Ein-Zustands-Licht von den Ein-Zustands-Bildelementen auf die Abbildungsoptik richtet, und der SLM so konfiguriert ist, dass er Aus-Zustands-Licht von den Aus-Zustands-Bildelementen weg auf die nicht-abbildende Optik richtet; wobei die Abbildungsoptik so konfiguriert ist, dass sie das Ein-Zustands-Licht empfängt, und so konfiguriert ist, dass sie ein Bild als einen Bildanteil eines Strahls projiziert; und wobei die nicht-abbildende Optik so konfiguriert ist, dass sie das Aus-Zustands-Licht empfängt, und so konfiguriert ist, dass sie das Aus-Zustands-Licht auf einen Abblendlichtanteil des Strahls projiziert; eine Matrix-LED, die so konfiguriert ist, dass sie in einem Fernlichtbetriebsmodus Licht auf einen Fernlichtanteil des Strahls projiziert; und eine Basislichtquelle, die so konfiguriert ist, dass sie in einem Abblendlichtbetriebsmodus Licht auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert.
  11. Frontscheinwerfer nach Anspruch 10, wobei im Fernlichtbetriebsmodus die Matrix-LED so konfiguriert ist, dass sie Licht auf den Fernlichtanteil des Strahls projiziert, die Abbildungsoptik so konfiguriert ist, dass sie Bilder auf den Fernlichtanteil des Strahls und auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert, die nicht-abbildende Optik so konfiguriert ist, dass sie Licht auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert, und die Basislichtquelle so konfiguriert ist, dass sie Licht auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert.
  12. Frontscheinwerfer nach Anspruch 11, wobei im Abblendlichtbetriebsmodus die Matrix-LED so konfiguriert ist, dass sie kein Licht projiziert, die Abbildungsoptik so konfiguriert ist, dass sie Licht auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert, aber kein Licht auf den Fernlichtanteil des Strahls projiziert, die nicht-abbildende Optik so konfiguriert ist, dass sie Licht auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert, und die Basislichtquelle so konfiguriert ist, dass sie Licht auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert.
  13. Frontscheinwerfer nach Anspruch 10, ferner umfassend: einen Sensor, der so konfiguriert ist, dass er ein entgegenkommendes Fahrzeug innerhalb des Fernlichtanteils des Strahls erkennt; und wobei die Abbildungsoptik und der SLM so konfiguriert sind, dass sie ein Bild auf den Fernlichtanteil des Strahls projizieren, wobei ein gedimmter Anteil dort platziert ist, wo sich das entgegenkommende Fahrzeug innerhalb des Fernlichtanteils des Strahls befindet.
  14. Frontscheinwerfer nach Anspruch 10, wobei der SLM so konfiguriert ist, dass er grafische Bilder auf den Abblendlichtanteil des Strahls projiziert.
  15. Frontscheinwerfer nach Anspruch 10, wobei der SLM eine durchlässige Flüssigkristallanzeige- (LCD-) Einrichtung, eine reflektierende Flüssigkristall-auf-Silicium- (LCOS-) Einrichtung oder eine digitale Mikrospiegeleinrichtung (DMD) umfasst.
  16. System, umfassend: einen Prozessor, der so gekoppelt ist, dass er digitale Videoeingabedaten (DVI) empfängt, und der Signale an eine analoge Steuerung und an eine digitale Steuerung ausgibt; eine Beleuchtungsquelle, die mit der analogen Steuerung gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie Licht liefert; Beleuchtungsoptik, die optisch mit der Beleuchtungsquelle gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie das Licht empfängt und Beleuchtungslicht liefert; einen räumlichen Lichtmodulator (SLM), der so konfiguriert ist, dass er das Beleuchtungslicht empfängt, und so konfiguriert ist, dass er in Reaktion auf Signale von der digitalen Steuerung ein Muster anzeigt, wobei das Muster dadurch gebildet wird, dass erste Bildelemente eines Arrays aus Bildelementen des SLM in einen Ein-Zustand versetzt werden und ein zweiter Anteil von Bildelementen in einen Aus-Zustand versetzt wird, wobei der SLM so konfiguriert ist, dass er Ein-Zustands-Licht von den Ein-Zustands-Bildelementen in eine erste Richtung richtet und Aus-Zustands-Licht von den Aus-Zustands-Bildelementen in eine zweite Richtung richtet, die sich von der ersten Richtung unterscheidet; eine Abbildungsoptik, die optisch so gekoppelt ist, dass sie das Ein-Zustands-Licht vom SLM empfängt und ein Bild projiziert, das dem auf dem SLM angezeigten Muster entspricht; und eine nicht-abbildende Optik, die optisch so gekoppelt ist, dass sie das Aus-Zustands-Licht vom SLM empfängt und Licht projiziert, das dem Aus-Zustands-Licht entspricht.
  17. System nach Anspruch 16, wobei der SLM eine digitale Mikrospiegeleinrichtung (DMD), eine durchlässige Flüssigkristallanzeige- (LCD-) Einrichtung oder eine reflektierende Flüssigkristall-auf-Silicium- (LCOS-) Einrichtung umfasst.
  18. System nach Anspruch 16, wobei die Abbildungsoptik und die nicht-abbildende Optik so konfiguriert sind, dass sie Licht zur Verwendung in einem Frontscheinwerfer projizieren.
  19. System nach Anspruch 16, ferner umfassend: eine Matrix-LED und/oder eine Basislichtquelle, die so konfiguriert sind, dass sie Licht zusammen mit dem von der Abbildungsoptik projizierten Bild und dem von der nicht-abbildenden Optik projizierten Licht projizieren.
  20. System nach Anspruch 16, wobei die Abbildungsoptik und der SLM so konfiguriert sind, dass sie grafische Bilder in das von der Abbildungsoptik projizierte Bild projizieren.
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