EP3899360A1 - Beleuchtungssystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Beleuchtungssystem für ein kraftfahrzeug

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EP3899360A1
EP3899360A1 EP19805972.7A EP19805972A EP3899360A1 EP 3899360 A1 EP3899360 A1 EP 3899360A1 EP 19805972 A EP19805972 A EP 19805972A EP 3899360 A1 EP3899360 A1 EP 3899360A1
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EP
European Patent Office
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light
microscanner
doa
microscanners
lighting system
Prior art date
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Application number
EP19805972.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3899360B1 (de
Inventor
Thomas MITTERLEHNER
Michael RIESENHUBER
Jakob Pühringer
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ZKW Group GmbH
Original Assignee
ZKW Group GmbH
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Publication date
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Publication of EP3899360A1 publication Critical patent/EP3899360A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3899360B1 publication Critical patent/EP3899360B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/16—Laser light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/36—Combinations of two or more separate reflectors

Definitions

  • the invention relates to a lighting system for a motor vehicle, which
  • Lighting system includes:
  • a first laser scanner with at least one laser light source the laser light source being assigned a first microscanner, which first microscanner is set up to direct laser beams from the laser light source onto a first light conversion element, as a result of which visible light is emitted at the first light conversion element and a first light image is generated, the first light conversion element being an optical one
  • Imaging system is assigned in order to image the first light image in front of the lighting system as a first partial light distribution
  • Laser light source is assigned a second microscanner, which second microscanner is set up to direct laser beams from the laser light source onto a second light conversion element, whereby visible light is emitted at the second light conversion element and a second light image is generated, an optical imaging system being assigned to the second light conversion element the second photo before
  • Imaging the lighting system as a second partial light distribution the first and the second partial light distribution being changeable depending on at least three parameters that can be set on the respective microscanners, the changeable first and second partial light distributions producing a common changeable total light distribution in front of the lighting system and at least partially overlapping, the total light distribution has an opening angle, and wherein the first and the second microscanner are each rotatably mounted about an axis which are arranged parallel to one another, the first and the second
  • Microscanners can swing around a zero position with a definable oscillation amplitude AMP, the oscillation amplitude being a maximum value MEMSmax is limited, the oscillation amplitude AMP determining a horizontal width of the partial light distribution generated in each case, and wherein the first and the second microscanners are arranged along an imaginary line, the zero position of the first microscanner by a first angle ALPHA and the zero position of the second microscanner a second angle ALPHA 'are arranged inclined to the imaginary line, the first and the second angle being inverse to one another, and the first and the second partial light distribution each having a light center, which is characterized in that the respective light intensity is maximum at this point , wherein the light center of gravity on the respective microscanners can be shifted in accordance with a definable light center of gravity shift LSPV, and wherein the partial light distributions can each be shifted by an offset value OPPSET that can be supplied to the respective microscanners,
  • control device which is set up to control the first and the second microscanners, the oscillation behavior of the first and second microscanners being at least via the parameters oscillation amplitude AMP,
  • Control device are changeable, is controllable.
  • the invention further relates to a motor vehicle with at least one lighting system according to the invention.
  • Laser projection systems can be realized by deflecting a laser beam using so-called microscanners.
  • microscanners can e.g. than in MEMS or
  • MOEMS technology Micro-Electro-Mechanical Systems or Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems manufactured micro mirrors that are only a few millimeters in diameter and can be set in vibration in one or two axial directions.
  • the vibration amplitude determines the width of the generated light image or
  • Partial light distribution The oscillation speed, ie to vary the angular deflection according to time with a microscanner (angular speed). Since a "slowly" moving light spot generates more light in the light conversion element than a fast moving light spot, the light distribution can also be influenced in this way.
  • Vibration amplitudes form undesirable effects, for example two
  • control device is set up to receive a time-variable input variable DOA, which represents a target opening angle of the total light distribution, and the parameters
  • Vibration amplitude AMP, light center shift LSVP, and offset value OFFSET of the first and second microscanners depending on the test result of a criterion of the input variable DOA, namely DOA ⁇ (MEMSmax - ALPHA), where the maximum vibration amplitude MEMSmax represents the maximum angle about the respective axis, and where if the criterion is met, the parameters of the first
  • Microscanners are set as follows:
  • LSPV DOA - AMP and the parameters of the second microscanner are defined as follows:
  • LSPV - (DOA - AMP).
  • laser light sources generally emit coherent, monochromatic light or light in a narrow wavelength range, but in the case of a motor vehicle headlight, white mixed light is generally preferred or prescribed by law for the emitted light, so-called light conversion elements for converting essentially monochromatic light into are given to the laser light sources white or
  • This light conversion element is designed, for example, in the form of one or more photoluminescence converters or photoluminescence elements, with incident laser beams from the laser light source generally striking the
  • Light conversion element having photoluminescent dye meet and excite this photoluminescent dye for photoluminescence, and thereby light in a wavelength different from the light of the incident laser device or
  • the light output of the light conversion element essentially has the characteristics of a Lambertian spotlight.
  • transmissive refers to the blue portion of the converted white light.
  • transmissive structure that is
  • the laser beam is reflected or deflected at an interface attributable to the conversion element, so that the blue light component has a different direction of propagation than the laser beam, which is usually designed as a blue laser beam.
  • the total light distribution on the road is created by superimposing the partial light distributions, the first laser scanner being located, for example, in a left motor vehicle headlight and the second laser scanner, for example, in a right motor vehicle headlight, whereby the resulting total light distribution is generated by a left and a right motor vehicle headlight of a motor vehicle .
  • the laser light sources are dimmable.
  • - measured from the imaginary line - the first angle ALPHA is 2 ° and the second angle ALPHA 'is -2 °.
  • microscanners are designed as quasi-static microscanners.
  • Microscanners can be obtained one-dimensionally (mirror only moves in one direction) or two-dimensionally (mirror moves in two directions at the same time).
  • Most currently available microscanners work on a resonant drive principle.
  • the MEMS scanners essentially represent mechanical resonant circuits that are excited in their resonance frequency and oscillate sinusoidally. This sinusoidal curve represents a major problem with regard to the utilization of the installed laser power, since the light distribution is always brightest where the microscanner lowest angular velocity reached. With a sinusoidal vibration, the edge area would appear brightest and the middle area or the center of the
  • the maximum value MEMSmax of the oscillation amplitude of the microscanners is 6 °.
  • control device controls the laser light sources.
  • the object of the invention is further achieved by a motor vehicle with at least one lighting system.
  • the time-varying target opening angle of the total light distribution DOA changes depending on the speed of the motor vehicle, the target opening angle DOA being reduced as the speed of the motor vehicle increases.
  • FIG. 1 shows an exemplary lighting system with a first laser scanner, which comprises a first microscanner, and a second laser scanner, which comprises a second microscanner, the microscanners in each case being inclined by a first and a second angle, and the microscanners being controlled by a control device
  • the first laser scanner having a first one
  • Partial light distribution and the second laser scanner generates a second partial light distribution, the first and the second partial light distribution together producing an overall light distribution which has an aperture angle, the total light distribution being imaged on a measuring screen,
  • Fig. 2 shows an exemplary characteristic of a microscanner, wherein an oscillation amplitude AMP is plotted against the angular velocity, and the maximum
  • Vibration amplitude MEMSmax is 6 °
  • FIG. 3A shows a representation of a changed vibration amplitude AMP of the characteristic curve from FIG. 2;
  • FIG. 3B shows a light center of gravity shift LSVP on the characteristic curve from FIG. 2;
  • 3C is an illustration of a shift of a characteristic curve by an offset value OFFSET
  • 4A shows the first and second partial light distribution on the measuring screen for different opening angles, the first and second angles of the respective ones
  • Microscanner is zero;
  • FIG. 4B shows a representation of the total light distribution on the measuring screen, which is composed of the partial light distributions from FIG. 4A;
  • Fig. 5A first partial light distributions for certain opening angles, the first
  • Microscanner in this example is inclined by 2 °, the light center of gravity being shifted towards the center for the individual partial light distributions shown;
  • 5B shows second partial light distributions for specific opening angles, the second microscanner in this example being inclined by -2 °, the light center of gravity being shifted towards the center for the individual partial light distributions shown;
  • 6B shows second partial light distributions for specific opening angles, the parameters of the second microscanner being set in accordance with the criterion according to the invention
  • FIG. 1 shows an exemplary lighting system 10 for a motor vehicle, which
  • Illumination system 10 comprises a first laser scanner 100 with at least one laser light source 110, the laser light source 110 being associated with a first microscanner 120, which first microscanner 120 is set up to direct laser beams from the laser light source 110 onto a first light conversion element 130, thereby at the first
  • Light conversion element 130 emits visible light and a first light image is generated, wherein an optical imaging system 140 is assigned to the first light conversion element 130 in order to be the first light image in front of the illumination system 10
  • the illumination system 10 comprises a second laser scanner 200 with at least one laser light source 210, with the laser light source 210 being assigned a second microscanner 220, which second microscanner 220 is set up to direct laser beams from the laser light source 210 onto a second light conversion element 230, thereby visible light is emitted from the second light conversion element 230 and a second light image is generated, an optical imaging system 240 being assigned to the second light conversion element 230 in order to image the second light image in front of the illumination system 10 as a second partial light distribution 250.
  • the first and second microscanners are quasi-static in this example
  • Microscanner trained. 2 shows a diagram which shows the different vibration behavior of a resonant microscanner (in a broken line) and a quasi-static microscanner (in a solid line).
  • the resonant microscanners essentially represent mechanical resonant circuits that are excited in their resonant frequency and oscillate sinusoidally. This sinusoidal curve represents a major problem with regard to the utilization of the installed laser power, since the light distribution is always brightest where the
  • Microscanner reaches the lowest angular speed.
  • Vibration would make the edge area the brightest and the center area or the center of the light distribution darkest, which is why the laser diodes have to be dimmed strongly and therefore only a small percentage can be used.
  • the microscanner changes its direction in the edge area, which means that the mirror “brakes” completely and then accelerates in the opposite direction. During this phase, the laser light sources are deactivated, otherwise due to the low average angular velocity in the mirror Reversal area the
  • the first and the second partial light distribution 150, 250 can be changed as a function of at least three parameters which can be set on the respective microscanners 120, 220, namely AMP, LSPV and OFFSET, which are illustrated in FIGS. 3A, 3B and 3C, the Changeable first and second partial light distributions 150, 250 generate a common changeable total light distribution 300 in front of the lighting system 10 and at least partially overlap, the total light distribution 300 having an opening angle.
  • Total light distribution 300 in the example shown are shown in the figures on a measuring screen MS, which is used, for example, in a lighting technology laboratory and is arranged perpendicular to a main emission direction of the laser scanner.
  • a typical distance of such a measuring screen to the device to be measured is 25m according to ECE regulations.
  • the first and the second microscanners 120, 220 are each rotatably mounted about an axis XI, X2, which are arranged parallel to one another, the first and the second microscanners 120, 220 about a zero position with a definable vibration amplitude AMP about the respective axis XI , X2 can oscillate, the oscillation amplitude AMP being limited by a maximum value MEMSmax, the oscillation amplitude AMP determining a horizontal width of the partial light distribution 150, 250 generated in each case.
  • Microscanners can be changed dynamically (in fine gradations), as a result of which the brightness increases significantly due to the smaller illumination range, for example due to the speed-dependent increase in the illumination range.
  • FIG. 3A shows, for example, an oscillation amplitude AMP limited to + / -2 °, it being possible to see that the angular velocity in the region of the zero position of the microscanner is lower than in the characteristic curve from FIG. 2, which causes an increased light intensity.
  • the first and the second partial light distribution 150, 250 each have a light center of gravity, which is characterized in that the respective light intensity is maximum at this point, the light center of gravity on the respective microscanners 120, 220
  • LSPV can be shifted according to a definable light center shift.
  • the light center of gravity results from the deflection area of the microscanner with the lowest angular velocity (the edge areas or reversal points are excluded from this).
  • 3B shows one
  • the partial light distributions 150, 250 can each be shifted by an offset value OFFSET which can be supplied to the respective microscanners 120, 220, the mode of operation of this
  • the microscanner parameter OFFSET makes it possible to add an offset value to the angular movement of the respective microscanner.
  • an example is shown with an offset value of 2 ° with an oscillation amplitude of 4 °.
  • the light center shift LSPV is set to 0 ° here.
  • the lighting system 10 further comprises a control device 400, which is set up to control the first and the second microscanners 120, 220, wherein the
  • Vibration behavior of the first and second microscanners 120, 220 can be controlled at least via the parameters vibration amplitude AMP, light center of gravity shift LSVP, and offset value OFFSET, which can be changed by the control device 400.
  • the control device 400 is also set up to change over time
  • Total light distribution 300 represents, and the parameters of the first and second
  • Microscanners 120, 220 accordingly.
  • first and the second microscanners 120, 220 from FIG. 1 are arranged along an imaginary line, the zero position of the first microscanner 120 by a first angle ALPHA and the zero position of the second microscanner 220 by a second angle ALPHA 'to the imaginary line arranged inclined, the first and second angles ALPHA, ALPHA 'being inverse to one another, for example the first angle
  • FIGS. 4A and 4B show diagrams of the partial light distributions and the resulting total light distributions for different DOA values, the first angle ALPHA and the second angle ALPHA 'being 0 °, and therefore symmetrical partial light distributions occur.
  • a symmetrical light distribution exists if the center position of the partial light distribution also corresponds to the center position of the microscanner deflection.
  • FIGS. 4A to 6D show the relative light output, which is the reciprocal of the angular velocity of the respective one Corresponds to microscanners.
  • the line dotted in FIG. 4A represents a DOA value of 6 °, which is one
  • Illumination area is continuously reduced, which means that the light output in the remaining angular range increases sharply. Since both laser scanners in this example from FIGS. 4A and 4B cover an identical angular range in the resulting partial light distribution, the light output is doubled by superimposing the two partial light distributions, which is shown in FIG.
  • Partial light distribution does not correspond to the center position or the zero position of the microscanner deflection. This is the case if, for example, the respective microscanners are arranged at an angle to one another. 5A, 5B and 5C, the first angle ALPHA is + 2 ° and the second angle
  • ALPHA 'at -2 ° The center position of the partial light distribution is therefore shifted by 2 ° in each case.
  • a horizontally wider basic light distribution is generated.
  • Partial light distributions are moved back to the center. This is done via the parameter LSPV, which leaves the oscillation amplitude of the microscanner unchanged, however, bring the area in which the microscanner vibrates the slowest closer to the center of the total light distribution or closer to the center on the measuring screen.
  • FIG. 5A shows first partial light distributions of the first laser scanner and FIG. 5B shows second partial light distributions of the second laser scanner, again showing several partial light distributions with different vibration amplitudes or for different opening angles of the total light distribution (DOA value).
  • DOA value total light distribution
  • the control device 400 which controls the first and the second microscanners 120, 220, is set up to receive an input variable DOA that changes over time, which represents a target opening angle of the total light distribution 300 , and the parameters vibration amplitude AMP, light center shift LSPV and offset value OFFSET of the first and second microscanners 120, 220, depending on the test result of a criterion of the input variable DOA, namely DOA ⁇ (MEMSmax - ALPHA), the maximum vibration amplitude MEMSmax represents the maximum angle about the respective axis XI, X2, and the parameters of the first microscanner 120 are defined as follows when the criterion is met:
  • LSPV 0 ° and the parameters of the first microscanner 120 are defined as follows if the criterion is not met:
  • LSPV DOA - AMP and the parameters of the second microscanner 220 are defined as follows:
  • LSPV - (DOA - AMP).
  • 6A and 6B show the first and the second partial light distribution, the above-mentioned algorithm for setting the parameters being used by the control device 400.
  • FIG. 6A shows that at high DOA values only the left light-dark boundary of the partial light distribution is shifted inwards. At the DOA value of 4 ° (in this example) there is a transition to a symmetrical partial light distribution, as a result of which both the left and the right cut-off line move evenly inwards.
  • Fig. 6B shows in principle the first partial light distributions from Fig. 6A only mirrored.
  • FIG. 6C shows the superimposition of the partial light distributions from FIGS. 6A and 6B for different DOA values.
  • the brightness curve of the partial light distributions or of the basic light distributions that can be generated is not generated solely via the angular speed of the microscanner, since this cannot generate any speed curves, but an additional dimming of the laser light sources is carried out. Especially in
  • the laser light source is completely switched off or deactivated.
  • the control device 400 is set up here, the laser light sources accordingly
  • the courses shown above can be improved by additional dimming of the laser light sources in the “left” and “right” edge area, for example in FIG. 6D, in the sense of a smooth transition from light to dark.

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Abstract

Beleuchtungssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, welches Beleuchtungssystem (10) Folgendes umfasst: - einen ersten und zweiten Laserscanner (100, 200) mit einem ersten und einen zweiten Mikroscanner (120, 220), und - eine Steuereinrichtung (400), welche eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Mikroscanner (120, 220) anzusteuern, wobei das Schwingungsverhalten des ersten und zweiten Mikroscanners (120, 220) zumindest über die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET, welche durch die Steuereinrichtung (400) veränderbar sind, steuerbar ist, wobei die Steuereinrichtung (400) dazu eingerichtet ist, eine zeitlich veränderliche Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung (300) repräsentiert, und die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET des ersten und zweiten Mikroscanners (120, 220) abhängig von dem Prüfungsergebnis eines Kriteriums der Eingangsgröße DOA festlegt, nämlich DOA ≤ (MEMSmax - ALPHA), wobei bei Erfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners (120) festgelegt sind.

Description

BELEUCHTUNGSSYSTEM FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug, welches
Beleuchtungssystem Folgendes umfasst:
- einen ersten Laserscanner mit zumindest einer Laserlichtquelle, wobei der Laserlichtquelle ein erster Mikroscanner zugeordnet ist, welcher erste Mikroscanner dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle auf ein erstes Lichtkonversionselement zu lenken, wodurch an dem ersten Lichtkonversionselement sichtbares Licht abgestrahlt und ein erstes Lichtbild erzeugt wird, wobei dem ersten Lichtkonversionselement ein optisches
Abbildungssystem zugeordnet ist, um das erste Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem als erste Teillichtverteilung abzubilden,
- einen zweiten Laserscanner mit zumindest einer Laserlichtquelle, wobei der
Laserlichtquelle ein zweiter Mikroscanner zugeordnet ist, welcher zweite Mikroscanner dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle auf ein zweites Lichtkonversionselement zu lenken, wodurch an dem zweiten Lichtkonversionselement sichtbares Licht abgestrahlt und ein zweites Lichtbild erzeugt wird, wobei dem zweiten Lichtkonversionselement ein optisches Abbildungssystem zugeordnet ist, um das zweite Lichtbild vor dem
Beleuchtungssystem als zweite Teillichtverteilung abzubilden, wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung abhängig von zumindest drei an den jeweiligen Mikroscannern einstellbaren Parametern veränderbar sind, wobei die veränderbare erste und zweite Teillichtverteilung eine gemeinsame veränderbare Gesamtlichtverteilung vor dem Beleuchtungssystem erzeugen und sich zumindest teilweise überlappen, wobei die Gesamtlichtverteilung einen Öffnungswinkel aufweist, und wobei der erste und der zweite Mikroscanner jeweils um eine Achse, welche parallel zueinander angeordnet sind, drehbar gelagert sind, wobei der erste und der zweite
Mikroscanner um eine Nulllage mit einer festlegbaren Schwingungsamplitude AMP um die Achse schwingen können, wobei die Schwingungsamplitude durch einen Maximalwert MEMSmax begrenzt ist, wobei die Schwingungsamplitude AMP eine horizontale Breite der jeweils erzeugten Teillichtverteilung bestimmt, und wobei der erste und der zweite Mikroscanner entlang einer gedachten Linie angeordnet sind, wobei die Nulllage des ersten Mikroscanners um einen ersten Winkel ALPHA und die Nulllage des zweiten Mikroscanners um einen zweiten Winkel ALPHA' zur gedachten Linie geneigt angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Winkel invers zueinander sind, und wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung jeweils einen Lichtschwerpunkt aufweisen, der dadurch charakterisiert ist, dass an diesem Punkt die jeweilige Lichtintensität maximal ist, wobei der Lichtschwerpunkt an den jeweiligen Mikroscannern entsprechend einer festlegbaren Lichtschwerpunktverschiebung LSPV verschiebbar ist, und wobei die Teillichtverteilungen jeweils um einen den jeweiligen Mikroscannern zuführbaren Offsetwert OPPSET verschiebbar sind,
- eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Mikroscanner anzusteuern, wobei das Schwingungsverhalten des ersten und zweiten Mikroscanners zumindest über die Parameter Schwingungsamplitude AMP,
Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OPPSET, welche durch die
Steuereinrichtung veränderbar sind, steuerbar ist.
Weiters betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem.
Laserprojektionssysteme können durch die Ablenkung eines Laserstrahles durch sogenannte Mikroscanner realisiert werden. Diese Mikroscanner können z.B. als in MEMS- oder
MOEMS-Technik (Micro-Electro-Mechanical Systems bzw. Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems) gefertigte Mikrospiegel ausgeführt sein, die nur wenige Millimeter Durchmesser aufweisen und in einer bzw. zwei Achsrichtungen in Schwingung versetzt werden können.
Die Schwingungsamplitude bestimmt dabei die Breite des erzeugten Lichtbildes bzw.
Teillichtverteilung. Die Schwingungsgeschwindigkeit, d.h. bei einem Mikroscanner die Winkelablenkung nach der Zeit zu variieren (Winkelgeschwindigkeit). Da ein„langsam" bewegender Lichtpunkt mehr Licht im Lichtkonversionselement erzeugt als ein schnell wandernder Lichtpunkt, kann man auf diese Weise die Lichtverteilung gleichfalls beeinflussen.
Bei einem Einsatz von zwei Laserscannern, deren erzeugte Teillichtverteilungen gemeinsam eine Gesamtlichtverteilung ergeben, können sich bei unterschiedlich einstellbaren
Schwingungsamplituden unerwünschte Effekte bilden, beispielsweise zwei
Helligkeitsmaxima in der Gesamtlichtverteilung.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Beleuchtungssystem für Kraftfahrzeuge bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eine zeitlich veränderliche Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll- Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung repräsentiert, und die Parameter
Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET des ersten und zweiten Mikroscanners abhängig von dem Prüfungsergebnis eines Kriteriums der Eingangsgröße DOA festlegt, nämlich DOA < (MEMSmax - ALPHA), wobei die maximale Schwingungsamplitude MEMSmax den maximalen Winkel um die jeweilige Achse darstellt, und wobei bei Erfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten
Mikroscanners wie folgt festgelegt sind:
AMP = DOA
OFFSET = ALPHA
LSPV = 0° und die Parameter des zweiten Mikroscanners wie folgt festlegt sind:
AMP = DOA
OFFSET = -ALPHA LSPV = 0° und wobei bei Nichterfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners wie folgt festgelegt sind:
AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA)/ 2
OFFSET = MEMSmax - AMP
LSPV = DOA - AMP und die Parameter des zweiten Mikroscanners wie folgt festgelegt sind:
AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA)/ 2 OFFSET = -(MEMSmax - AMP)
LSPV = -(DOA - AMP).
Da Laserlichtquellen in der Regel kohärentes, monochromatisches Licht bzw. Licht in einem engen Wellenlängenbereich abstrahlen, aber bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer im Allgemeinen für das abgestrahlte Licht weißes Mischlicht bevorzugt bzw. gesetzlich vorgeschrieben ist, sind den Laserlichtquellen sogenannte Lichtkonversionselemente zur Umwandlung von im Wesentlichen monochromatischem Licht in weißes bzw.
polychromatisches Licht zugeordnet, wobei unter„weißes Licht" Licht einer solchen Spektralzusammensetzung verstanden wird, welches beim Menschen den Farbeindruck „weiß" hervorruft. Dieses Lichtkonversionselement ist zum Beispiel in Form eines oder mehrerer Photolumineszenzkonverter bzw. Photolumineszenzelemente ausgebildet, wobei einfallende Laserstrahlen der Laserlichtquelle auf das in der Regel
Photolumineszenzfarbstoff aufweisende Lichtkonversionselement auftreffen und diesen Photolumineszenzfarbstoff zur Photolumineszenz anregen, und dabei Licht in einer dem Licht der einstrahlenden Lasereinrichtung verschiedenen Wellenlänge bzw.
Wellenlängenbereiche abgibt. Die Lichtabgabe des Lichtkonversionselements weist dabei im Wesentlichen Charakteristiken eines Lambert' sehen Strahlers auf. Bei Lichtkonversionselementen wird zwischen reflektiven und transmissiven Konversionselementen unterschieden.
Die Begriffe„reflektiv" und„transmissiv" beziehen sich hierbei auf den Blauanteil des konvertierten weißen Lichts. Bei einem transmissiven Aufbau ist die
Hauptausbreitungsrichtung des Blaulichtanteils nach dem Durchtritt durch das
Konvertervolumen bzw. Konversionselements im Wesentlichen gleichgerichtet zur
Ausbreitungsrichtung des Ausgangslaserstrahls. Bei einem reflektiven Aufbau wird der Laserstrahl an einer dem Konversionselement zurechenbaren Grenzfläche reflektiert bzw. umgelenkt, sodass der Blaulichtanteil eine andere Ausbreitungsrichtung aufweist als der Laserstrahl, welcher in der Regel als blauer Laserstrahl ausgeführt ist.
In der Praxis entsteht die Gesamtlichtverteilung auf der Straße durch Überlagerung der Teillichtverteilungen, wobei sich der erste Laserscanner beispielsweise in einem linken Kraftfahrzeugscheinwerfer und der zweite Laserscanner beispielsweise in einem rechten Kraftfahrzeugscheinwerfer befindet, wodurch die resultierende Gesamtlichtverteilung von einem linken und einem rechten Kraftfahrzeugscheinwerfer eines Kraftfahrzeuges erzeugt wird.
Mit Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Laserlichtquellen dimmbar sind.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass - gemessen von der gedachten Linie - der erste Winkel ALPHA 2° und der zweite Winkel ALPHA' -2° beträgt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mikroscanner als quasistatische Mikroscanner ausgebildet sind.
Mikroscanner können eindimensional (Spiegel bewegt sich nur in eine Richtung) oder zweidimensional (Spiegel bewegt sich in zwei Richtungen gleichzeitig) bezogen werden. Die meisten derzeit verfügbaren Mikroscanner arbeiten nach einem resonanten Antriebsprinzip. Die MEMS-Scanner stellen dabei im Wesentlichen mechanische Schwingkreise dar, die in ihrer Resonanzfrequenz angeregt werden und sinusförmig schwingen. Dieser sinusförmige Verlauf stellt ein großes Problem dar, was die Ausnützung der installierten Laserleistung betrifft, da die Lichtverteilung immer dort am hellsten ist, wo der Mikroscanner die geringste Winkelgeschwindigkeit erreicht. Bei einer sinusförmigen Schwingung würde so der Randbereich am hellsten wirken und der Mittenbereich bzw. das Zentrum der
Lichtverteilung am dunkelsten, weshalb die Laserdioden stark gedimmt werden müssen und deshalb nur zu einem geringen Prozentanteil (ca. 40%) ausgenützt werden können.
Abhilfe schaffen hier quasistatische Mikroscanner, die in ihrer Winkelgeschwindigkeit innerhalb bestimmter physikalischer Grenzen (Resonanzfrequenzen,...) beliebig gesteuert werden können. Somit ist es möglich, einen Großteil des erzeugten Lichtes in die Mitte bzw. Zentrum der Teillichtverteilung zu lenken, wodurch die Ausnützung der installierten Laserleistung der Laserlichtquellen auf bis zu ca. 90% bei typischen Teillichtverteilungen gesteigert werden kann. Eine Ausnützung von 100% ist nicht möglich, da der Mikroscanner im Randbereich eine Richtungsänderung vornimmt, was ein vollständiges„Abbremsen" des Spiegels und anschließende Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung bedeutet. Während dieser Phase werden die Laserlichtquellen deaktiviert, da sonst aufgrund der im Mittel betrachtet niedrigen Winkelgeschwindigkeit in diesem Umkehrbereich die
Lichtintensität dort deutlich ansteigen würde, was nicht gewünscht ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Maximalwert MEMSmax der Schwingungsamplitude der Mikroscanner 6° ist.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung die Laserlichtquellen ansteuert.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Beleuchtungssystem gelöst.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der zeitlich veränderliche Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung DOA sich abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges verändert, wobei bei einem Anstieg der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges der Soll- Öffnungswinkels DOA reduziert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt Fig. 1 ein beispielhaftes Beleuchtungssystem mit einem ersten Laserscanner, welcher einen ersten Mikroscanner umfasst, und einem zweiten Laserscanner, welcher einen zweiten Mikroscanner umfasst, wobei die Mikroscanner jeweils um einen ersten bzw. einen zweiten Winkel geneigt sind, und wobei die Mikroscanner durch eine Steuereinrichtung
veränderbare Parameter aufweisen, wobei der erste Laserscanner eine erste
Teillichtverteilung und der zweite Laserscanner eine zweite Teillichtverteilung erzeugt, wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung gemeinsam eine Gesamtlichtverteilung erzeugen, welche einen Öffnungswinkel aufweist, wobei die Gesamtlichtverteilung auf einem Messschirm abgebildet wird,
Fig. 2 eine beispielhafte Kennlinie eines Mikroscanners, wobei eine Schwingungsamplitude AMP gegen die Winkelgeschwindigkeit auf getragen ist, und wobei die maximale
Schwingungsamplitude MEMSmax 6° beträgt,
Fig. 3A eine Darstellung einer veränderten Schwingungsamplitude AMP der Kennlinie aus Fig. 2;
Fig. 3B eine Darstellung einer Lichtschwerpunktverschiebung LSVP an der Kennlinie aus Fig. 2;
Fig. 3C eine Darstellung einer Verschiebung einer Kennlinie durch einen Offsetwert OFFSET;
Fig. 4A eine Darstellung der ersten bzw. zweiten Teillichtverteilung an dem Messschirm für verschiedene Öffnungswinkel, wobei der erste und der zweite Winkel der jeweiligen
Mikroscanner Null beträgt;
Fig. 4B eine Darstellung der Gesamtlichtverteilung an dem Messschirm, welche sich aus den Teillichtverteilungen aus Fig. 4A zusammensetzt;
Fig. 5A erste Teillichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei der erste
Mikroscanner in diesem Beispiel um 2° geneigt ist, wobei für die einzelnen dargestellten Teillichtverteilungen der Lichtschwerpunkt in Richtung Zentrum verschoben sind; Fig. 5B zweite Teillichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei der zweite Mikroscanner in diesem Beispiel um -2° geneigt ist, wobei für die einzelnen dargestellten Teillichtverteilungen der Lichtschwerpunkt in Richtung Zentrum verschoben sind;
Fig. 5C Gesamtlichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei sich die
Gesamtlichtverteilung durch die Teillichtverteilungen aus Fig. 5A und 5B zusammensetzt;
Fig. 6A erste Teillichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei die Parameter des ersten Mikroscanners gemäß des erfindungsgemäßen Kriteriums eingestellt sind;
Fig. 6B zweite Teillichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei die Parameter des zweiten Mikroscanners gemäß des erfindungsgemäßen Kriteriums eingestellt sind;
Fig. 6C Gesamtlichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei sich die
Gesamtlichtverteilung durch die Teillichtverteilungen aus Fig. 6A und 6B zusammensetzt;
Fig. 6D Gesamtlichtverteilungen aus Fig. 6C für bestimmte Öffnungswinkel, wobei an den Rändern der jeweiligen Gesamtlichtverteilungen die entsprechenden Laserlichtquellen gedimmt sind.
Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Beleuchtungssystem 10 für ein Kraftfahrzeug, welches
Beleuchtungssystem 10 einen ersten Laserscanner 100 mit zumindest einer Laserlichtquelle 110 umfasst, wobei der Laserlichtquelle 110 ein erster Mikroscanner 120 zugeordnet ist, welcher erste Mikroscanner 120 dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle 110 auf ein erstes Lichtkonversionselement 130 zu lenken, wodurch an dem ersten
Lichtkonversionselement 130 sichtbares Licht abgestrahlt und ein erstes Lichtbild erzeugt wird, wobei dem ersten Lichtkonversionselement 130 ein optisches Abbildungssystem 140 zugeordnet ist, um das erste Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem 10 als erste
Teillichtverteilung 150 abzubilden.
Ferner umfasst das Beleuchtungssystem 10 einen zweiten Laserscanner 200 mit zumindest einer Laserlichtquelle 210, wobei der Laserlichtquelle 210 ein zweiter Mikroscanner 220 zugeordnet ist, welcher zweite Mikroscanner 220 dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle 210 auf ein zweites Lichtkonversionselement 230 zu lenken, wodurch an dem zweiten Lichtkonversionselement 230 sichtbares Licht abgestrahlt und ein zweites Lichtbild erzeugt wird, wobei dem zweiten Lichtkonversionselement 230 ein optisches Abbildungssystem 240 zugeordnet ist, um das zweite Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem 10 als zweite Teillichtverteilung 250 abzubilden.
Der erste und der zweite Mikroscanner sind in diesem Beispiel als quasistatische
Mikroscanner ausgebildet. Fig. 2 zeigt hierzu ein Diagramm, welches das unterschiedliche Schwingungsverhalten eines resonanten Mikroscanners (in strichlierter Linie) und eines quasistatischen Mikroscanners (in durchgezogener Linie) zeigt.
Die resonanten Mikroscanner stellen dabei im Wesentlichen mechanische Schwingkreise dar, die in ihrer Resonanzfrequenz angeregt werden und sinusförmig schwingen. Dieser sinusförmige Verlauf stellt ein großes Problem dar, was die Ausnützung der installierten Laserleistung betrifft, da die Lichtverteilung immer dort am hellsten ist, wo der
Mikroscanner die geringste Winkelgeschwindigkeit erreicht. Bei einer sinusförmigen
Schwingung würde so der Randbereich am hellsten wirken und der Mittenbereich bzw. das Zentrum der Lichtverteilung am dunkelsten, weshalb die Laserdioden stark gedimmt werden müssen und deshalb nur zu einem geringen Prozentanteil ausgenützt werden können.
Abhilfe schaffen hier quasistatische Mikroscanner, die in ihrer Winkelgeschwindigkeit innerhalb bestimmter physikalischer Grenzen beliebig gesteuert werden können. Somit ist es möglich, einen Großteil des erzeugten Lichtes in die Mitte bzw. Zentrum der
Teillichtverteilung zu lenken, wodurch die Ausnützung der installierten Laserleistung der Laserlichtquellen gesteigert werden kann. Es sei angemerkt, dass der Mikroscanner im Randbereich eine Richtungsänderung vornimmt, was ein vollständiges„Abbremsen" des Spiegels und ein anschließendes Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung bedeutet. Während dieser Phase werden die Laserlichtquellen deaktiviert, da sonst aufgrund der im Mittel betrachtet niedrigen Winkelgeschwindigkeit in diesem Umkehrbereich die
Lichtintensität dort deutlich ansteigen würde, was nicht gewünscht ist.
Die erste und die zweite Teillichtverteilung 150, 250 sind abhängig von zumindest drei an den jeweiligen Mikroscannern 120, 220 einstellbaren Parametern, nämlich AMP, LSPV und OFFSET veränderbar, welche in Fig. 3A, 3B und 3C erläuternd dargestellt sind, wobei die veränderbare erste und zweite Teillichtverteilung 150, 250 eine gemeinsame veränderbare Gesamtlichtverteilung 300 vor dem Beleuchtungssystem 10 erzeugen und sich zumindest teilweise überlappen, wobei die Gesamtlichtverteilung 300 einen Öffnungswinkel aufweist.
Es sei angemerkt, dass die Teillichtverteilungen 150, 250 sowie die gebildete
Gesamtlichtverteilung 300 in dem gezeigten Beispiel in den Figuren auf einen Messschirm MS abgebildet werden, welcher beispielsweise in einem Lichttechniklabor Verwendung findet und senkrecht zu einer Hauptabstrahlrichtung der Laserscanner angeordnet ist. Ein typischer Abstand eines solchen Messschirms zur zu messenden Einrichtung ist nach ECE- Regelungen 25m.
Der erste und der zweite Mikroscanner 120, 220 sind jeweils um eine Achse XI, X2, welche parallel zueinander angeordnet sind, drehbar gelagert, wobei der erste und der zweite Mikroscanner 120, 220 um eine Nulllage mit einer festlegbaren Schwingungsamplitude AMP um die jeweilige Achse XI, X2 schwingen können, wobei die Schwingungsamplitude AMP durch einen Maximalwert MEMSmax begrenzt ist, wobei die Schwingungsamplitude AMP eine horizontale Breite der jeweils erzeugten Teillichtverteilung 150, 250 bestimmt. Der Öffnungswinkel der Teillichtverteilung bzw. die Schwingungsamplitude AMP des
Mikroscanners kann dynamisch (in feinen Abstufungen) verändert werden, wodurch die Helligkeit aufgrund des kleineren Ausleuchtungsbereiches deutlich ansteigt, beispielsweise durch die geschwindigkeitsabhängige Erhöhung der Ausleuchtungsreichweite. Fig. 3A zeigt beispielsweise eine auf +/ -2° begrenzte Schwingungsamplitude AMP, wobei zu sehen ist, dass die Winkelgeschwindigkeit im Bereich der Nulllage des Mikroscanners niedriger ist als in der Kennlinie aus Fig. 2, wodurch eine erhöhte Lichtintensität hervorgerufen wird.
Die erste und die zweite Teillichtverteilung 150, 250 weisen jeweils einen Lichtschwerpunkt auf, der dadurch charakterisiert ist, dass an diesem Punkt die jeweilige Lichtintensität maximal ist, wobei der Lichtschwerpunkt an den jeweiligen Mikroscannern 120, 220
entsprechend einer festlegbaren Lichtschwerpunktverschiebung LSPV verschiebbar ist. Der Lichtschwerpunkt ergibt sich, wie bereits oben erläutert, durch eine den Auslenkungsbereich des Mikroscanners mit der niedrigsten Winkelgeschwindigkeit (die Randbereiche bzw. Umkehrpunkte sind hiervon ausgenommen). Fig. 3B zeigt eine
Lichtschwerpunktverschiebung der Kennlinie aus Fig. 2, wobei sich der Mikroscanner in jenem Bereich am langsamsten bewegt, in dem der Lichtschwerpunkt gewünscht wird. Die Teillichtverteilungen 150, 250 sind jeweils noch um einen den jeweiligen Mikroscannern 120, 220 zuführbaren Offsetwert OFFSET verschiebbar, wobei die Wirkweise dieses
Parameters als Erläuterung in Fig. 3C dargestellt ist. Der Mikroscanner-Parameter OFFSET ermöglicht es, der Winkelbewegung des jeweiligen Mikroscanners einen Offsetwert hinzuzufügen. Im Diagramm aus Fig. 3C ist ein Beispiel dargestellt mit einem Offsetwert von 2° bei einer Schwingungsamplitude von 4°. Die Lichtschwerpunktverschiebung LSPV ist hier auf 0° eingestellt.
Das Beleuchtungssystem 10 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 400, welche eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Mikroscanner 120, 220 anzusteuern, wobei das
Schwingungsverhalten des ersten und zweiten Mikroscanners 120, 220 zumindest über die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET, welche durch die Steuereinrichtung 400 veränderbar sind, steuerbar ist. Die Steuereinrichtung 400 ist ferner dazu eingerichtet ist, eine zeitlich veränderliche
Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll-Öffnungswinkel der
Gesamtlichtverteilung 300 repräsentiert, und die Parameter des ersten und zweiten
Mikroscanners 120, 220 dementsprechend einstellt.
Ferner sind der erste und der zweite Mikroscanner 120, 220 aus Fig. 1 entlang einer gedachten Linie angeordnet sind, wobei die Nulllage des ersten Mikroscanners 120 um einen ersten Winkel ALPHA und die Nulllage des zweiten Mikroscanners 220 um einen zweiten Winkel ALPHA' zur gedachten Linie geneigt angeordnet, wobei der erste und der zweite Winkel ALPHA, ALPHA' invers zueinander sind, beispielsweise ist der erste Winkel
ALPHA 2° und der zweite Winkel ALPHA' -2°.
Die Fig. 4A bzw. 4B zeigen Diagramme der Teillichtverteilungen und der sich darauf ergebenden Gesamtlichtverteilungen für unterschiedliche DOA-Werte, wobei hierbei der erste Winkel ALPHA und der zweite Winkel ALPHA' 0° beträgt, und daher symmetrische Teillichtverteilungen auf treten. Eine symmetrische Lichtverteilung liegt vor, wenn die Mittenposition der Teillichtverteilung auch der Mittenposition der Mikroscanner- Auslenkung entspricht.
Es sei angemerkt, dass die nachfolgenden Diagramme aus Fig. 4A bis 6D die relative Lichtleistung zeigen, die dem Kehrwert der Winkelgeschwindigkeit des jeweiligen Mikroscanners entspricht. Umso langsamer der Mikroscanner bewegt wird, desto mehr Lichtleistung wird im durchlaufenen Bereich abgegeben. Aus diesem Grund verhalten sich die abgebildeten Diagramme immer umgekehrt proportional zur Winkelgeschwindigkeit des jeweiligen Mikroscanners.
Es sei weiterhin angemerkt, dass alle Diagramme mit Winkelwerten beschriftet wurden. Diese Darstellung ist zwangsläufig immer nur für einen gewissen Projektionsabstand korrekt, da die beiden Laserscanner beispielsweise eine Fahrzeugbreite voneinander entfernt sind. Beispielsweise ist dieser Projektionsabstand 25m, wie in den ECE-Richtlinien gefordert. Diese Darstellung wurde dennoch gewählt, um ein besseres Verständnis zu schaffen.
Die in Fig. 4A punktierte Linie repräsentiert einen DOA-Wert von 6°, was einer
Teillichtverteilung von -6° bis +6° am Messschirm entspricht und die breiteste
Teillichtverteilung darstellt. Der DOA-Wert wird in der Regel als„+"-Wert dargestellt, beispielsweise DOA=6°, dies entspricht jedoch immer einem symmetrischen
Ausleuchtungsbereich von +/- 6°. Mit Reduzierung des DOA-Wertes wird der
Ausleuchtungsbereich immer weiter verringert, wodurch die Lichtleistung im verbleibenden Winkelbereich stark ansteigt. Da beide Laserscanner in diesem Beispiel aus Fig. 4A und 4B einen identischen Winkelbereich in der resultierenden Teillichtverteilung abdecken, wird die Lichtleistung durch Überlagerung der beiden Teillichtverteilungen verdoppelt, was in Fig.
4B zu sehen ist.
Eine asymmetrische Teillichtverteilung liegt vor, wenn die Mittenposition der
Teillichtverteilung nicht der Mittenposition bzw. der Nulllage der Mikroscanner- Auslenkung entspricht. Dies liegt vor, wenn beispielsweise die jeweiligen Mikroscanner um einen Winkel verdreht zueinander angeordnet sind. In dem nachfolgend gezeigten Beispiel aus Fig. 5A, 5B und 5C liegt der erste Winkel ALPHA bei +2° und der zweite Winkel
ALPHA' bei -2°. Die Mittenposition der Teillichtverteilung ist also jeweils um 2° verschoben. Durch die Verdrehung der Mikroscanner wird eine horizontal breitere Grundlichtverteilung erzeugt. Um weiterhin im Zentrum der Gesamtlichtverteilung einen Bereich mit der maximalen Lichtintensität zu erhalten, müssen die Lichtschwerpunkte der
Teillichtverteilungen wieder ins Zentrum verschoben werden. Dies geschieht über den Parameter LSPV, welcher die Schwingungsamplitude der Mikroscanner unverändert lässt, jedoch den Bereich, in welchem der Mikroscanner am langsamsten schwingt, näher ins Zentrum der Gesamtlichtverteilung bzw. näher zum Zentrum auf dem Messschirm bringt.
Fig. 5A zeigt hierzu erste Teillichtverteilungen des ersten Laserscanners und Fig. 5B zweite Teillichtverteilungen des zweiten Laserscanners, wobei wieder mehrere Teillichtverteilungen mit unterschiedlichen Schwingungsamplituden bzw. für unterschiedliche Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung (DOA-Wert) gezeigt sind. In der Abbildung ist zu sehen, dass der Lichtschwerpunkt bei den verschiedenen DOA-Werten immer so angepasst werden muss, dass der Lichtschwerpunkt in der Mitte der Gesamtlichtverteilung bleibt. Bei sehr niedrigen DOA-Werten ist das in der Praxis nicht möglich, da der Lichtschwerpunkt bei üblichen Mikroscanner-Systemen auf einen bestimmten Prozentsatz der Schwingungsamplitude der Mikroscanner begrenzt ist.
Es ist zu sehen, dass sich die Lichtschwerpunkte für die DOA-Werte von 4 und 4,5° nicht mehr ins Zentrum verschieben lassen. Dies liegt wie bereits erwähnt daran, dass sich der Lichtschwerpunkt immer nur maximal bis ca. 80% der Schwingungsamplitude verschieben lässt.
Fig. 5C zeigt eine Überlagerung der Teillichtverteilungen aus Fig. 5A und 5B, wobei zu sehen ist, dass Effekte auftreten, die nicht gewünscht sind, wie beispielsweise die doppelten Lichtschwerpunkte bei DOA= 8°. Ferner wandern bei Reduzierung der DOA-Werte nicht nur die äußeren Ränder bzw. Grenzen nach innen, sondern jeweils beide Grenzen von erstem und zweitem Mikroscanner. Dadurch gibt es bei einem Wechsel von DOA-Werten zu „bewegenden" Helligkeitssprüngen innerhalb der Lichtverteilung.
Um diese unerwünschten Effekte zu minimieren bzw. gänzlich zu vermeiden, ist die Steuereinrichtung 400, welche den ersten und den zweiten Mikroscanner 120, 220 ansteuert, dazu eingerichtet, eine die zeitlich veränderliche Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung 300 repräsentiert, und die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSPV und Offsetwert OFFSET des ersten und zweiten Mikroscanners 120, 220 abhängig von dem Prüfungsergebnis eines Kriteriums der Eingangsgröße DOA festlegt, nämlich DOA < (MEMSmax - ALPHA), wobei die maximale Schwingungsamplitude MEMSmax den maximalen Winkel um die jeweilige Achse XI, X2 darstellt, und wobei bei Erfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners 120 wie folgt festgelegt sind:
AMP = DOA
OFFSET = ALPHA
LSPV = 0° und die Parameter des zweiten Mikroscanners 220 wie folgt festlegt sind:
AMP = DOA
OFFSET = -ALPHA
LSPV = 0° und wobei bei Nichterfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners 120 wie folgt festgelegt sind:
AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA)/ 2
OFFSET = MEMSmax - AMP
LSPV = DOA - AMP und die Parameter des zweiten Mikroscanners 220 wie folgt festgelegt sind:
AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA)/ 2
OFFSET = -(MEMSmax - AMP)
LSPV = -(DOA - AMP). In Fig. 6A und 6B sind die erste und die zweite Teillichtverteilung zu sehen, wobei der oben angegebene Algorithmus zur Einstellung der Parameter durch die Steuereinrichtung 400 angewendet wurde.
In Fig. 6A ist zu sehen, dass bei hohen DOA-Werten lediglich die linke Hell-Dunkel-Grenze der Teillichtverteilung nach innen verschoben wird. Beim DOA-Wert von 4° (in diesem Beispiel) passiert ein Übergang zu einer symmetrischen Teillichtverteilung, wodurch sowohl die linke als die rechte Hell-Dunkel-Grenze gleichmäßig nach innen wandern. Fig. 6B zeigt im Prinzip die ersten Teillichtverteilungen aus Fig. 6A nur gespiegelt.
Fig. 6C zeigt die Überlagerungen der Teillichtverteilungen aus Fig. 6A und 6B für verschiedene DOA-Werte.
In der Praxis wird der Helligkeitsverlauf der Teillichtverteilungen bzw. der erzeugbaren Grundlichtverteilungen nicht allein über die Winkelgeschwindigkeit der Mikroscanner erzeugt, da dieser keine beliebigen Geschwindigkeitsverläufe erzeugen kann, sondern es wird eine zusätzliche Dimmung der Laserlichtquellen vorgenommen. Speziell im
Randbereich ist dies erforderlich, da der Mikroscanner eine begrenzte
Maximalgeschwindigkeit aufweist. In den Umkehrbereichen, der in den Diagrammen nicht ersichtlich ist, wird die Laserlichtquelle vollständig abgeschalten bzw. deaktiviert. Die Steuereinrichtung 400 ist hierbei eingerichtet, die Laserlichtquellen entsprechend
anzusteuern. Die zuvor dargestellten Verläufe können durch zusätzliche Dimmung der Laserlichtquellen im„linken" und„rechten" Randbereich wie beispielsweise in Fig. 6D im Sinne eines fließenden Übergangs von hell auf dunkel verbessert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Beleuchtungssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, welches Beleuchtungssystem (10)
Folgendes umfasst:
- einen ersten Laserscanner (100) mit zumindest einer Laserlichtquelle (110), wobei der Laserlichtquelle (110) ein erster Mikroscanner (120) zugeordnet ist, welcher erste
Mikroscanner (120) dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle (110) auf ein erstes Lichtkonversionselement (130) zu lenken, wodurch an dem ersten
Lichtkonversionselement (130) sichtbares Licht abgestrahlt und ein erstes Lichtbild erzeugt wird, wobei dem ersten Lichtkonversionselement (130) ein optisches Abbildungssystem (140) zugeordnet ist, um das erste Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem (10) als erste Teillichtverteilung (150) abzubilden,
- einen zweiten Laser Scanner (200) mit zumindest einer Laserlichtquelle (210), wobei der Laserlichtquelle (210) ein zweiter Mikroscanner (220) zugeordnet ist, welcher zweite
Mikroscanner (220) dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle (210) auf ein zweites Lichtkonversionselement (230) zu lenken, wodurch an dem zweiten
Lichtkonversionselement (230) sichtbares Licht abgestrahlt und ein zweites Lichtbild erzeugt wird, wobei dem zweiten Lichtkonversionselement (230) ein optisches Abbildungssystem (240) zugeordnet ist, um das zweite Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem (10) als zweite Teillichtverteilung (250) abzubilden, wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung (150, 250) abhängig von zumindest drei an den jeweiligen Mikroscannern (120, 220) einstellbaren Parametern (AMP, LSVP, OFFSET) veränderbar sind, wobei die veränderbare erste und zweite Teillichtverteilung (150, 250) eine gemeinsame veränderbare Gesamtlichtverteilung (300) vor dem Beleuchtungssystem (10) erzeugen und sich zumindest teilweise überlappen, wobei die Gesamtlichtverteilung (300) einen
Öffnungswinkel aufweist, und wobei der erste und der zweite Mikroscanner (120, 220) jeweils um eine Achse (XI, X2), welche parallel zueinander angeordnet sind, drehbar gelagert ist, wobei der erste und der zweite Mikroscanner (120, 220) um eine Nulllage mit einer festlegbaren
Schwingungsamplitude AMP um die jeweilige Achse (XI, X2) schwingen können, wobei die Schwingungsamplitude AMP durch einen Maximalwert MEMSmax begrenzt ist, wobei die Schwingungsamplitude AMP eine horizontale Breite der jeweils erzeugten
Teillichtverteilung (150, 250) bestimmt, und wobei der erste und der zweite Mikroscanner (120, 220) entlang einer gedachten Linie angeordnet sind, wobei die Nulllage des ersten Mikroscanners (120) um einen ersten Winkel ALPHA und die Nulllage des zweiten Mikroscanners (220) um einen zweiten Winkel ALPHA' zur gedachten Linie geneigt angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Winkel ALPHA, ALPHA' invers zueinander sind, und wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung (150, 250) jeweils einen
Lichtschwerpunkt aufweisen, der dadurch charakterisiert ist, dass an diesem Punkt die jeweilige Lichtintensität maximal ist, wobei der Lichtschwerpunkt an den jeweiligen Mikroscannern (120, 220) entsprechend einer festlegbaren Lichtschwerpunktverschiebung LSPV verschiebbar ist, und wobei die Teillichtverteilungen (150, 250) jeweils um einen den jeweiligen
Mikroscannern (120, 220) zuführbaren Offsetwert OPPSET verschiebbar sind,
- eine Steuereinrichtung (400), welche eingerichtet ist, den ersten und den zweiten
Mikroscanner (120, 220) anzusteuern, wobei das Schwingungsverhalten des ersten und zweiten Mikroscanners (120, 220) zumindest über die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OPPSET, welche durch die Steuereinrichtung (400) veränderbar sind, steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (400) dazu eingerichtet ist, eine zeitlich veränderliche Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung (300) repräsentiert, und die Parameter Schwingungsamplitude AMP,
Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OPPSET des ersten und zweiten Mikroscanners (120, 220) abhängig von dem Prüfungsergebnis eines Kriteriums der Eingangsgröße DOA festlegt, nämlich DOA < (MEMSmax - ALPHA), wobei die maximale Schwingungsamplitude MEMSmax den maximalen Winkel um die jeweilige Achse (XI, X2) darstellt, und wobei bei Erfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners (120) wie folgt festgelegt sind:
AMP = DOA
OFFSET = ALPHA
LSPV = 0° und die Parameter des zweiten Mikroscanners (220) wie folgt festlegt sind:
AMP = DOA
OFFSET = -ALPHA
LSPV = 0° und wobei bei Nichterfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners (120) wie folgt festgelegt sind:
AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA)/ 2
OFFSET = MEMSmax - AMP
LSPV = DOA - AMP und die Parameter des zweiten Mikroscanners (220) wie folgt festgelegt sind:
AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA)/ 2
OFFSET = -(MEMSmax - AMP)
LSPV = -(DOA - AMP).
2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquellen (110, 210) dimmbar sind.
3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gemessen von der gedachten Linie der erste Winkel ALPHA 2° und der zweite Winkel ALPHA' -2° beträgt.
4. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroscanner (120, 220) als quasistatische Mikroscanner ausgebildet sind.
5. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert MEMSmax der Schwingungsamplitude AMP der Mikroscanner (120, 220) 6° ist.
6. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (400) die Laserlichtquellen (110, 210) ansteuert.
7. Kraftfahrzeug mit zumindest einem Beleuchtungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitlich veränderliche Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung DOA sich abhängig von der
Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges verändert, wobei bei einem Anstieg der
Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges der Soll-Öffnungswinkels DOA reduziert wird.
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