WO2015113583A1 - Verfahren zum betreiben eines scheinwerfers für ein kraftfahrzeug sowie scheinwerfer - Google Patents

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WO2015113583A1 PCT/EP2014/003402 EP2014003402W WO2015113583A1 WO 2015113583 A1 WO2015113583 A1 WO 2015113583A1 EP 2014003402 W EP2014003402 W EP 2014003402W WO 2015113583 A1 WO2015113583 A1 WO 2015113583A1
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light
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Carsten Gut
Ingo Rotscholl
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Audi Ag
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    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
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    • 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
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    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
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    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a headlamp for a motor vehicle. Moreover, the present invention relates to a headlamp for a motor vehicle. Finally, the present invention relates to a motor vehicle with such a headlight.
  • Headlights for motor vehicles may include as light sources a plurality of light-emitting diodes (LEDs), which are arranged for example in a plurality of segments.
  • LEDs light-emitting diodes
  • the illuminance of the individual segments provided by the headlamps can be adjusted independently of one another by pulse width modulation.
  • the light output is provided individually for each segment and can not be deflected into adjacent segments. Thus, the light output can not be distributed arbitrarily.
  • the local resolution of the pixels generated by the individual segments is limited by the number of segments or the number of light-emitting diodes.
  • Such headlamps comprise as a light source a corresponding semiconductor laser.
  • they comprise a transducer element with which the radiation emitted by the light source can be converted into radiation having a different wavelength or different wavelengths.
  • a transducer element or converter element for example, an element of phosphorus can be used.
  • DE 10 2010 015 125 A1 describes a method for controlling a luminous flux of a lighting device with a number of semiconductor illuminants, which are used for marking and marking traffic areas of airplanes.
  • CONFIRMATION COPY in which period intervals are preset with a fixed period length, an average luminous flux for the operation of the semiconductor illuminants within the period intervals is selected and in each of the period intervals a number of current pulses having a pulse amplitude and a fixed pulse duration is generated.
  • DE 103 49 553 A1 relates to a method and a circuit arrangement for controlling the brightness of at least one LED, wherein in the at least one LED a pulse current with current pulses of certain Pulps amplitude and pulse duration is impressed and wherein the brightness of the frequency of the pulse current is varied ,
  • DE 20 2011 100 791 U1 describes a luminaire for illuminating film sets, theaters, rooms, buildings and the like with color-variable light, comprising at least two light sources of different color temperature and a color mixing control device for variably controlling the color temperature of the Luminous emitted light, wherein the color mixing control device comprises the lighting means associated with power control modules for controlling the lighting power respectively provided by the light sources.
  • DE 103 44 174 A1 discloses a headlamp for vehicles which has at least one light source and a light guide unit for generating at least one predetermined light distribution, the light guide unit reflecting a deflection surface with a plurality of micromirrors which can be controlled independently of one another and in at least two positions has, wherein the micromirrors are arranged in each case adjustable about at least two mutually independent pivot axes.
  • DE 10 2011 080 559 A1 relates to a lighting device of a vehicle with at least one light source and a light guide unit for generating at least one predetermined light distribution.
  • the light guide unit comprises a deflection surface with a plurality of micromirrors arranged independently of one another about at least one pivot axis.
  • the method according to the invention for operating a headlight for a motor vehicle comprises emitting a first radiation having a first wavelength with a light source, deflecting the first radiation with a deflection device, wherein the first radiation is in each case for a predetermined period of time to a predetermined region of a Transducing the deflected first radiation for each of the predetermined regions into a second radiation having at least a second wavelength with the transducer element, setting a respective intensity of the second radiation for each of the predetermined regions and adjusting the first Radiation for each of the predetermined regions such that the first radiation for the respective predetermined region is converted into the second radiation having the predetermined light intensity.
  • the headlight comprises a light source with which a first radiation can be emitted.
  • light can be emitted in the visible wavelength range.
  • light is emitted in the ultraviolet wavelength range.
  • the first radiation emitted by the light source strikes a deflection device, with which the first radiation can be deflected onto a transducer element.
  • the transducer element is excited by the first radiation of the light source and emits light having a wavelength which may be different from the wavelength of the radiation of the light source.
  • the second radiation emitted by the transducer element may also comprise a plurality of wavelengths.
  • the radiated radiation can provide a broadband light spectrum.
  • the headlight is designed to emit light in the white wavelength range. The radiation with the first wavelength and the radiation with the at least one second wavelength are thus superimposed to light in the white wavelength range.
  • a plurality of regions are determined or fixed on the transducer element, which are illuminated in sequence with the first radiation.
  • the first radiation is deflected by the deflecting device so that the first radiation is in each case agreed time duration is directed to the respective predetermined area.
  • a light distribution for the headlight is specified.
  • a light intensity of the second radiation is determined for each of the predetermined regions.
  • a light intensity distribution can be dynamically adjusted with the headlamp.
  • a power of the first radiation is adjusted for each of the predetermined ranges.
  • the radiation power of the light source is adjusted for each of the predetermined areas.
  • the illuminance of the second radiation can be adjusted in the manner of a pulse amplitude modulation.
  • the first radiation for each of the predetermined regions is adjusted by a drive time during which the light source is activated within the predetermined time duration.
  • the deflecting device directs the first radiation to each of the predetermined regions for a predetermined time duration.
  • the driving time in which the light source is turned on is varied.
  • the light intensity of the second radiation can be adapted in the manner of a pulse width modulation.
  • the light source comprises a plurality of light elements and the first radiation is adjusted for each of the predetermined regions by the number of light elements activated during the predetermined time duration. Different power levels can be provided by the individual lighting elements, which can be switched on and off correspondingly for each of the predetermined areas.
  • the first radiation is deflected along the predetermined regions in a cell-shaped, column-shaped and / or grid-like manner with the deflection device.
  • the first radiation can be deflected as desired with the deflection device.
  • the headlight can be designed in the manner of a laser scanner.
  • the frequency at which the deflection is operated chosen so that the deflection of the beams with is imperceptible to the human eye.
  • the refresh rate of the entire light intensity distribution is sufficiently high to choose.
  • the light distribution can be adjusted accordingly by a corresponding control of the deflection devices.
  • the light distribution is set such that a predetermined illumination area is illuminated on a roadway with a constant luminance with the headlight.
  • a homogeneous illumination of the road ahead of the motor vehicle can be made possible.
  • the headlight for a motor vehicle comprises a light source for emitting a first radiation having a first wavelength, a deflection device for deflecting the first radiation with a deflection device, wherein the deflection device deflects the first radiation in each case for a predetermined time duration to a predetermined region of a transducer element, wherein the transducer element converts the first radiation deflected by the deflector into a second radiation having at least a second wavelength for each of the predetermined regions, and control means for determining a respective intensity of the second radiation for each of the predetermined regions and for adjusting the first radiation for each of the predetermined regions, such that the transducer element converts the first radiation for the respective predetermined region into the second radiation having the specified light intensity.
  • the deflection device preferably comprises at least one micromechanical mirror and / or at least one acousto-optic deflector.
  • Each micromechanical mirror can be designed, for example, pivotable about two axes.
  • at least two acoustooptic deflectors or a combination of an acoustooptic deflector and a mirror can be used.
  • AOD acousto-optic deflector
  • An acousto-optic deflector also has the advantage that an area to be illuminated on the transducer element can be illuminated starting from each previously illuminated area within the same switching time.
  • the micromechanical mirror has the advantage that it can be moved at a high frequency due to its small dimensions.
  • the deflection device can be moved at a frequency of a few kHz. the.
  • the micromechanical mirror can be operated at its resonant frequency.
  • the light source comprises at least one semiconductor laser. It is also conceivable that the light source comprises a plurality of semiconductor lasers.
  • the motor vehicle according to the invention comprises at least one headlamp according to the invention.
  • the motor vehicle comprises two of the headlights.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a headlight of a
  • Fig. 7 different variants of a control of a light source of the headlamp.
  • FIG. 1 shows a headlight 10 for a motor vehicle in a sectional side view.
  • the headlight 10 comprises a light source 12, which is formed for example as a semiconductor laser or laser.
  • the light source 12 may also comprise a plurality of semiconductor lasers.
  • a first radiation 14 having a first wavelength can be emitted. This is shown schematically schematically by an arrow.
  • the light source 12 for example, light in the visible wavelength range can be emitted.
  • 12 light in the ultraviolet wavelength range can be emitted with the light source.
  • the first radiation 14 emitted by the light source 12 strikes a deflection device 16, with which the first radiation 14 can be deflected.
  • the deflection device 16 may comprise one or more micromechanical mirrors and / or one or more acousto-optic deflectors. With the deflection device 16, the first radiation 14 can be directed to predetermined regions of a transducer element 18. The first radiation 14 may be scanned across the transducer element 18 and each illuminate each of the predetermined regions for a predetermined time duration.
  • the transducer element 18 is configured to convert the first radiation 14 emitted by the light source 12 into a second radiation 20 having a different wavelength or different wavelengths.
  • the transducer element 18 can be excited accordingly by the radiation of the light source 12, as a result of which the transducer element 18 radiates the second radiation 20.
  • the transducer element 18 is in particular designed such that it emits radiation or light in the white wavelength range. This is illustrated schematically schematically by an arrow.
  • the transducer element 18 may be formed of a nitride-phosphor or a cerium-doped YAG (yttrium-aluminum-garnet) phosphor.
  • a light distribution can be specified. Such a light distribution may be, for example, a dipped beam, a high beam, a city light, a highway light or the like. Based on this light distribution, a light intensity of the second radiation 20 is determined for each of the areas. In order to provide the intensity of the second radiation 20 for the respective areas, the first radiation 14 is adjusted for each of the areas. In particular, the average power P 'associated with the light source 12 may be adjusted during the predetermined time duration in which the particular predetermined area is illuminated. The adaptation can be minimized or optimized in the context of the possibilities given by the speed of the deflection device 16 and provided by the image repetition frequency requirements. FIGS. 2 to 5 show different examples of how the transducer element 18 can be illuminated with the first radiation 14.
  • FIG. 2 shows a variant in which a surface 22b, which is assigned to the complete region of the transducer element 18, is illuminated by the light source 12.
  • the complete power P is distributed on two surfaces 22c and 22d.
  • only one of the surfaces 22c or 22d could be illuminated, in which case only half the power P would be required.
  • only one of the surfaces 22c or 22d could be illuminated even brighter.
  • 5 shows an arbitrary light distribution in which four areas 22e to 22h are illuminated by the light source 12.
  • any desired light distributions can be provided with the headlight 10.
  • One is only limited by the maximum available power and the scan speed or the maximum available pulse time. This means that there is no arbitrarily large area as bright as possible illuminated.
  • the illuminance that hits the road ahead of the motor vehicle falls square with the distance r.
  • the method for operating a headlight 10 it is possible to produce a light distribution that can be kept homogeneous over the entire roadway since the power falling with the distance to the square r 2 is compensated for with an accuracy below the local resolution of the human eye can. This is illustrated with reference to FIG. 6.
  • FIG. 6 shows a first graph 24, on the abscissa of which the distance r from the headlight 10 to the road surface is plotted and on whose ordinate the illuminance E is plotted.
  • the illuminance E striking the ground decreases quadratically with the distance r at a constant luminous flux.
  • the rear areas on the road look darker. Thus, starting from the eye of the driver no constant luminance.
  • FIG. 6 shows a second graph, on the abscissa 28 of which the pixels are correlated with the distance. On the Ordinate is the average power P ' emitted by the light source.
  • a homogeneous illumination can be generated via highly accurate adaptation of the laser power P over the location r. To compensate for the squared offsets, those predetermined areas imaged at a greater distance are operated at a higher power P. The entire area looks homogeneous to the observer, as long as the human eye can no longer resolve the individual pixels. This is illustrated by the graph 30. This makes it possible to set a perception-relevant variable, such as luminance, constantly.
  • the average power P 'of the first radiation 14 output for the predetermined area with the light source 12 can be adjusted by the drive time during which the light source is activated within the predetermined time duration.
  • the light intensity of the second radiation 20 can be adjusted in the manner of a pulse width modulation.
  • power P or radiation power can be adapted.
  • the light intensity of the second radiation 20 can be adjusted in the manner of a pulse amplitude modulation. Consequently, a light control by dynamic stepwise modulation of the pulse widths and pulse amplitudes, by targeted switching on and off individual luminous elements, take place.
  • a dynamic algorithmic method is required that reduces both the drive times t a and the laser power P to a reasonable level.
  • the powers predetermined by the light distribution per predetermined range or per pixel are determined and sorted. Starting at the highest power levels, the maximum available power P is used to pulse and the pulse time or drive time t a is determined. Especially at the point that is below a critical pulse time to prevent technically complex to be implemented pulse lengths, the next power level is used up to the lowest power level.
  • the power levels result from the number of light elements or laser diodes in the headlight 10. With n laser diodes, a maximum of 2 n power levels are possible. In the case of identical laser diodes, the number of course reduces, as in the case of separate laser beams.
  • the pulse times t a thus speak a pulse width, the power levels of a pulse amplitude modulation. The distance of the peaks is determined by the refresh rate. In simulations, it has been shown that this approach initially creates an area in which at full power the pulse times t a are varied (at high light intensities) and adjoined by an area where all the shortest pulses with different power levels are operated.
  • FIG. 7 shows four different graphs 32 to 38, in which the time t is plotted on the abscissa and the power P is plotted on the ordinate.
  • the maximum average power P ' is achieved by maximum pulse duration t a and maximum amplitude P.
  • the graph 34 shows an example of a lower mean power P ' , by reduced pulse duration tg, wherein the maximum power P is provided. In the example shown in graph 36, moreover, the power P is reduced.
  • the graph 38 shows the lowest average power P ' by short pulse duration t a and minimum power P.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers (10) für ein Kraftfahrzeug durch Abstrahlen einer ersten Strahlung (14) mit einer ersten Wellenlänge mit einer Lichtquelle (12), Ablenken der ersten Strahlung (14) mit einer Ablenkeinrichtung (16), wobei die erste Strahlung (14) jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf einen vorbestimmten Bereich eines Wandlerelements (18) abgelenkt wird, Wandeln der mit der Ablenkeinrichtung (16) abgelenkten, ersten Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche in eine zweite Strahlung (20) mit zumindest einer zweiten Wellenlänge mit dem Wandlerelement (18), Festlegen einer jeweiligen Lichtstärke der zweiten Strahlung (20) für jeden der vorbestimmten Bereiche und Anpassen der ersten Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche derart, dass die erste Strahlung (14) für den jeweiligen vorbestimmten Bereich in die zweite Strahlung (20) mit der festgelegten Lichtstärke gewandelt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers für ein Kraftfahrzeug sowie
Scheinwerfer
BESCHREIBUNG:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers für ein Kraftfahrzeug. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Scheinwerfer.
Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge können als Lichtquellen eine Mehrzahl von Leuchtdioden (LEDs) umfassen, die beispielsweise in mehreren Segmenten angeordnet sind. Bei derartigen Scheinwerfern kann die mit den Scheinwerfern bereitgestellte Beleuchtungsstärke der einzelnen Segmente durch Puls- weitenmodulation unabhängig voneinander eingestellt werden. Durch die Ansteuerung der einzelnen Segmente sind Lichtverteilungen auf diverse Fahrsituationen dynamisch anpassbar. Die Lichtleistung wird hierbei für jedes Segment einzeln bereitgestellt und kann nicht in benachbarte Segmente abgelenkt werden. Somit kann die Lichtleistung nicht beliebig verteilt werden. Außerdem ist die örtliche Auflösung der durch die einzelnen Segmente erzeugten Pixel durch die Anzahl der Segmente bzw. die Anzahl der Leuchtdioden beschränkt.
Neue Ansätze für die Darstellung von dynamischen Lichtverteilungen könn- ten sogenannte Laserscanner sein. Derartige Scheinwerfer umfassen als Lichtquelle einen entsprechenden Halbleiterlaser. Zudem umfassen sie ein Wandlerelement, mit dem die von der Lichtquelle ausgesendete Strahlung in eine Strahlung mit einer anderen Wellenlänge oder anderen Wellenlängen gewandelt werden kann. Als Wandlerelement bzw. Konverterelement kann beispielsweise ein Element aus Phosphor verwendet werden.
Die DE' 10 2010 015 125 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Lichtstroms einer Leuchteinrichtung mit einer Anzahl von Halbleiterleuchtmitteln, die zur Kennzeichnung und Markierung von Verkehrsflächen von Flug-
BESTÄTIGUNGSKOPIE häfen eingerichtet ist, bei dem Periodenintervalle mit einer festen Periodenlänge vorgegeben werden, ein mittlerer Lichtstrom zum Betrieb der Halbleiterleuchtmittel innerhalb der Periodenintervalle gewählt wird und in jedem der Periodenintervalle eine Anzahl von Strompulsen mit einer Pulsamplitude und einer festen Pulsdauer erzeugt wird.
Zudem bezieht sich die DE 103 49 553 A1 auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Helligkeitsregelung von zumindest einer LED, wobei in die zumindest eine LED ein Pulsstrom mit Stromimpulsen bestimmter Pul- samplitude und Pulsdauer eingeprägt wird und wobei zur Helligkeitsregelung die Frequenz des Pulsstromes variiert wird.
Darüber hinaus beschreibt die DE 20 2011 100 791 U1 eine Leuchte zur Ausleuchtung von Filmsets, Theaterbühnen, Räumen, Gebäuden und der- gleichen mit farblich variablem Licht, umfassend zumindest zwei Leuchtmittel unterschiedlicher Farbtemperatur sowie einer Farbmisch-Steuervorrichtung zur variablen Steuerung der Farbtemperatur des von der Leuchte abgegebenen Lichts, wobei die Farbmisch-Steuervorrichtung den Leuchtmitteln zugeordnete Leistungssteuerbausteine zur Steuerung der von den Leuchtmitteln jeweils bereitgestellten Lichtleistung umfasst.
Zudem ist aus der DE 103 44 174 A1 ein Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, der mindestens einer Lichtquelle und eine Lichtführungseinheit zur Erzeugung mindestens einer vorgegebenen Lichtverteilung aufweist, wobei die Lichtführungseinheit eine Umlenkfläche mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander und in wenigstens zwei Stellungen ansteuerbaren Mikro- spiegeln aufweist, wobei die Mikrospiegel jeweils um mindestens zwei voneinander unabhängige Schwenkachsen verstellbar angeordnet sind. Ferner betrifft die DE 10 2011 080 559 A1 eine Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeuges mit zumindest einer Lichtquelle und einer Lichtführungseinheit zur Erzeugung zumindest einer vorgegebenen Lichtverteilung. Hierbei umfasst die Lichtführungseinheit eine Umlenkfläche mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander um zumindest eine Schwenkachse verstellbar an- geordnete Mikrospiegel.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug effektiver zu betreiben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalend des Patentanspruchs 1 und durch einen Scheinwerfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers für ein Kraftfahrzeug umfasst das Abstrahlen einer ersten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge mit einer Lichtquelle, das Ablenken der ersten Strahlung mit einer Ablenkeinrichtung, wobei die erste Strahlung jeweils für eine vorbe- stimmte zeitliche Dauer auf einen vorbestimmten Bereich eines Wandlerelements abgelenkt wird, das Wandeln der mit der Ablenkeinrichtung abgelenkten, ersten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche in eine zweite Strahlung mit zumindest einer zweiten Wellenlänge mit dem Wandlerelement, das Festlegen einer jeweiligen Lichtstärke der zweiten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche und das Anpassen der ersten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche derart, dass die erste Strahlung für den jeweiligen vorbestimmten Bereich in die zweite Strahlung mit der festgelegten Lichtstärke gewandelt wird. Der Scheinwerfer umfasst eine Lichtquelle, mit der eine erste Strahlung abgegeben werden kann. Beispielsweise kann Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich ausgesendet werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich ausgesendet wird. Die von der Lichtquelle abgegebene erste Strahlung trifft auf eine Ablenkeinrichtung, mit der die erste Strahlung auf ein Wandlerelement abgelenkt werden kann. Das Wandlerelement wird durch die erste Strahlung der Lichtquelle angeregt und strahlt Licht mit einer Wellenlänge, die von der Wellenlänge der Strahlung der Lichtquelle verschieden sein kann, aus. Die von dem Wandlerelement abgestrahlte, zweite Strahlung kann auch mehrere Wellenlängen umfassen. Beispielsweise kann die abgestrahlte Strahlung ein breitbandiges Lichtspektrum bereitstellen. Insbesondere ist der Scheinwerfer so ausgebildet, dass er Licht im weißen Wellenlängenbereich emittiert. Die Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die Strahlung mit der zumindest einen zweiten Wellenlänge überlagern sich also zu Licht im weißen Wellenlängenbereich.
Vorliegend werden auf dem Wandlerelement eine Mehrzahl von Bereichen bestimmt bzw. festgelegt, die der Reihe nach mit der ersten Strahlung beleuchtet werden. Zu diesem Zweck wird die erste Strahlung mit der Ablenkeinrichtung so abgelenkt, dass die erste Strahlung jeweils für eine vorbe- stimmte zeitliche Dauer auf den jeweiligen vorbestimmten Bereich gerichtet wird. Zudem wird eine Lichtverteilung für den Scheinwerfer vorgegeben. Anhand der vorgegebenen Lichtverteilung wird für jeden der vorbestimmten Bereiche eine Lichtstärke der zweiten Strahlung bestimmt. In Abhängigkeit von der bestimmten Lichtstärke wird ermittelt, wie und insbesondere für welche zeitliche Dauer die Lichtquelle in dem jeweiligen vorgestimmten Bereich zu betreiben ist, damit sich die Lichtstärke für die zweite Strahlung einstellt. Somit kann mit dem Scheinwerfer eine Lichtstärkeverteilung dynamisch angepasst werden.
Bevorzugt wird eine Leistung der ersten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche angepasst. Mit anderen Worten wird die Strahlungsleistung der Lichtquelle für jeden der vorbestimmten Bereiche angepasst. Somit kann die Beleuchtungsstärke der zweiten Strahlung nach Art einer Pulsamplituden- modulation angepasst werden.
In einer Ausgestaltung wird die erste Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche durch eine Ansteuerzeit, während, der die Lichtquelle innerhalb der vorbestimmten zeitlichen Dauer aktiviert wird, angepasst. Die Ablenkeinrich- tung lenkt die erste Strahlung jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf jeden der vorbestimmten Bereiche. Um die Lichtstärke der zweiten Strahlung, die von dem Wandlerelement abgegeben wird, anzupassen, wird die Ansteuerzeit, in der die Lichtquelle eingeschaltet ist, variiert. Somit kann die Lichtstärke der zweiten Strahlung nach Art einer Pulsweitenmodulation an- gepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lichtquelle mehrere Leuchtelemente und die erste Strahlung wird für jeden der vorbestimmten Bereiche durch die Anzahl der Leuchtelemente, die während der vorbestimmten zeitli- chen Dauer aktiviert werden, angepasst. Durch die einzelnen Leuchtelemente können verschiedene Leistungsstufen bereitgestellt werden, die entsprechen für jeden der vorbestimmten Bereiche zu und abgeschaltet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die erste Strahlung entlang der vorbe- stimmten Bereiche zellenförmig, spaltenförmig und/oder rasterförmig mit der Ablenkeinrichtung abgelenkt. Die erste Strahlung kann mit der Ablenkeinrichtung beliebig abgelenkt werden. Der Scheinwerfer kann nach Art eines Laserscanners ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Frequenz, mit der die Ablenkeinrichtung betrieben wird, so gewählt, dass die Ablenkung der Strahlen mit dem menschlichen Auge nicht wahrnehmbar ist. Insbesondere ist die Bildwiederholfrequenz der gesamten Lichtstärkeverteilung ausreichend hoch zu wählen. Somit kann die Lichtverteilung durch eine entsprechende Ansteue- rung der Ablenkeinrichtungen entsprechend angepasst werden.
Bevorzugt wird die Lichtverteilung derart festgelegt, dass ein vorbestimmter Beleuchtungsbereich auf einer Fahrbahn mit einer konstanten Leuchtdichte mit dem Scheinwerfer beleuchtet wird. Durch eine Anpassung der ersten Strahlung kann eine homogene Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Kraft- fahrzeug ermöglicht werden.
Der erfindungsgemäße Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen einer ersten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge, eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken der ersten Strahlung mit einer Ablenkeinrichtung, wobei die Ablenkeinrichtung die erste Strahlung jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf einen vorbestimmten Bereich eines Wandlerelements abgelenkt, wobei das Wandlerelement die mit der Ablenkeinrichtung abgelenkte, erste Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche in eine zweite Strahlung mit zumindest einer zweiten Wellenlänge wan- delt und eine Steuereinrichtung zum Festlegen einer jeweiligen Lichtstärke der zweiten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche und zum Anpassen der ersten Strahlung für jeden der vorbestimmten Bereiche derart, dass die Wandlerelement die erste Strahlung für den jeweiligen vorbestimmten Bereich in die zweite Strahlung mit der festgelegten Lichtstärke wandelt.
Bevorzugt umfasst die Ablenkeinrichtung zumindest einen mikromechanischen Spiegel und/oder zumindest einen akustooptischen Deflektor. Jeder mikromechanische Spiegel kann beispielsweise um zwei Achsen schwenkbar ausgebildet sein. Bevorzugt können zumindest zwei akustooptische De- flektoren oder eine Kombination aus einem akustooptischen Deflektor und einem Spiegel verwendet werden. Mit einem akustooptischen Deflektor (AOD) kann die von der Leuchteinrichtung ausgesendete Strahlung bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung beeinflusst werden. Ein akustooptischer Deflektor weist zudem den Vorteil auf, dass ein zu beleuchtender Bereich auf dem Wandlerelement ausgehend von jedem zuvor beleuchteten Bereich innerhalb der selben Umschaltzeit beleuchtet werden kann. Der mikromechanische Spiegel weist den Vorteil auf, dass er aufgrund seiner geringen Abmessungen mit einer hohen Frequenz bewegt werden kann. Insbesondere kann die Ablenkeinrichtung mit einer Frequenz von einigen kHz bewegt wer- den. Beispielsweise kann der mikromechanische Spiegel mit seiner Resonanzfrequenz betrieben werden. Somit kann eine bauraumsparende Ablenkeinrichtung bereitgestellt werden. In einer Ausgestaltung umfasst die Lichtquelle zumindest einen Halbleiterlaser. Dabei ist es auch denkbar, dass die Lichtquelle mehrere Halbleiterlaser umfasst.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen erfindungs- gemäßen Scheinwerfer. Bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug zwei der Scheinwerfer.
Die zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen gelten sinngemäß für den erfin- dungsgemäßen Scheinwerfer.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers eines
Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 bis 5 verschiedene Varianten einer Beleuchtung eines
Wandlerelements des Scheinwerfers;
Fig. 6 ein Schaubild zur Verdeutlichung der Ansteuerung des
Scheinwerfers und einer Beleuchtung einer Fahrbahn; und
Fig. 7 verschiedene Varianten einer Ansteuerung einer Lichtquelle des Scheinwerfers.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 1 zeigt einen Scheinwerfer 10 für ein Kraftfahrzeug in einer geschnittenen Seitenansicht. Der Scheinwerfer 10 umfasst eine Lichtquelle 12, die beispielsweise als Halbleiterlaser oder Laser ausgebildet ist Die Lichtquelle 12 kann auch mehrere Halbleiterlaser umfassen. Mit der Lichtquelle 12 kann eine erste Strahlung 14 mit einer ersten Wellenlänge ausgesendet werden. Dies ist vorliegend schematisch durch einen Pfeil dargestellt. Mit der Lichtquelle 12 kann beispielsweise Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich ausgesendet werden. Alternativ dazu kann mit der Lichtquelle 12 Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich ausgesendet werden.
Die von der Lichtquelle 12 ausgesendete, erste Strahlung 14 trifft auf eine Ablenkeinrichtung 16, mit der die erste Strahlung 14 abgelenkt werden kann. Die Ablenkeinrichtung 16 kann einen oder mehrere mikromechanische Spiegel und/oder einen oder mehrere akustooptische Deflektoren umfassen. Mit der Ablenkeinrichtung 16 kann die erste Strahlung 14 auf vorbestimmte Bereiche eines Wandlerelements 18 gelenkt werden. Die erste Strahlung 14 kann scannend über das Wandlerelement 18 geführt werden und jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer jeden der vorbestimmten Bereiche beleuchten.
Das Wandlerelement 18 ist dazu ausgebildet, die von der Lichtquelle 12 ausgesendete, erste Strahlung 14 in eine zweite Strahlung 20 mit einer anderen Wellenlänge oder anderen Wellenlängen zu wandeln. Das Wandlerelement 18 kann durch die Strahlung der Lichtquelle 12 entsprechend an- geregt werden, wodurch das Wandlerelement 18 die zweite Strahlung 20 abstrahlt. Das Wandlerelement 18 ist insbesondere derart ausgebildet, dass es Strahlung beziehungsweise Licht im weißen Wellenlängenbereich aussendet. Dies ist vorliegend schematisch durch einen Pfeil verdeutlicht. Das Wandlerelement 18 kann beispielsweise aus einem Nitrid-Phosphor oder einem Cerium-dotierten YAG (Yttrium-Aluminium-Granat)-Phosphor gebildet sein.
Für den Scheinwerfer 10 kann eine Lichtverteilung vorgegeben werden. Eine solche Lichtverteilung kann beispielsweise ein Abblendlicht, ein Fernlicht, ein Stadtlicht, ein Landstraßenlicht oder dergleichen sein. Anhand dieser Lichtverteilung wird eine Lichtstärke der zweiten Strahlung 20 für jeden der Bereiche ermittelt. Damit die Lichtstärke der zweiten Strahlung 20 für die jeweiligen Bereiche bereitgestellt werden kann, wird die erste Strahlung 14 für jeden der Bereiche angepasst. Insbesondere kann die mittlere Leistung P', die mit der Lichtquelle 12 während der vorbestimmten zeitlichen Dauer, in der die jeweilige vorbestimmte Fläche beleuchtet wird, angepasst werden. Die Anpassung kann im Rahmen der durch die Geschwindigkeit der Ablenkeinrichtung 16 vorgegebenen und durch die Bildwiederholfrequenzanforderungen gestellten Möglichkeiten minimiert bzw. optimiert werden. Die Fig. 2 bis 5 zeigen unterschiedliche Beispiele, wie das Wandlerelement 18 mit der ersten Strahlung 14 beleuchtet werden kann.
Bei dem Beispiel von Fig. 2 wird eine Fläche 22a im linken Bereich des Wandlerelements 18 mit der maximalen Leistung P mittels der Lichtquelle 12 beleuchtet. Fig. 3 zeigt eine Variante, bei der eine Fläche 22b, die dem kompletten Bereich des Wandlerelements 18 zugeordnet ist, mit der Lichtquelle 12 beleuchtet wird. Bei dem Beispiel nach Fig. 4 wird die komplette Leistung P auf zwei Flächen 22c und 22d verteilt. Natürlich könnte auch nur eine der Flächen 22c oder 22d beleuchtet werden, wobei dann nur die halbe Leistung P benötigt werden würde. Alternativ dazu könnte nur eine der Flächen 22c oder 22d noch heller ausgeleuchtet werden. Fig. 5 zeigt eine beliebige Lichtverteilung, bei denen vier Bereiche 22e bis 22h mit der Lichtquelle 12 beleuchtet werden. Manche der Bereiche 22e bis 22h werden mit durchschnitt- licher Leistung P bestrahlt, andere der Bereiche 22e bis 22h hingegen werden gar nicht bestrahlt und wiederum andere der Bereiche 22e bis 22h werden dafür mit deutlich mehr Leistung P bestrahlt (eben jene aus den schwachen oder gar nicht bestrahlten Gebieten). Somit können mit dem Scheinwerfer 10 beliebige Lichtverteilungen bereitgestellt werden. Begrenzt ist man lediglich durch die maximal zur Verfügung stehende Leistung und die Scangeschwindigkeit bzw. die maximal zur Verfügung stehende Pulszeit. Das heißt es ist keine beliebig große Fläche beliebig hell ausleuchtbar.
Die Beleuchtungsstärke, die auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug trifft, fällt hingegen quadratisch mit dem Abstand r. Mit dem Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers 10 kann eine Lichtverteilung erzeugt werden, die über die komplette Fahrbahn hinweg homogen gehalten werden kann, da die mit dem Abstand zum Quadrat r2 fallende Leistung mit einer Genauigkeit unterhalb der örtlichen Auflösung des menschlichen Auges ausgeglichen wer- den kann. Dies ist anhand von Fig. 6 verdeutlicht.
In Fig. 6 zeigt einen ersten Graph 24, auf dessen Abszisse der Abstand r von dem Scheinwerfer 10 zu der Fahrbahn aufgetragen ist und auf dessen Ordinate die Beleuchtungsstärke E aufgetragen ist. Die auf dem Boden auftref- fende Beleuchtungsstärke E nimmt bei konstantem Lichtstrom quadratisch mit dem Abstand r ab. Die hinteren Bereiche auf der Fahrbahn wirken dunkler. Somit ergibt sich ausgehend vom Auge des Fahrers keine konstante Leuchtdichte. Des Weiteren zeigt Fig. 6 einen zweiten Graphen, auf dessen Abszisse 28 die Pixel korreliert mit dem Abstand aufgetragen sind. Auf der Ordinate ist die von der Lichtquelle ausgesendete mittlere Leistung P' aufgetragen.
Eine homogene Ausleuchtung kann über hochgenaue Anpassung der Laser- leistung P über dem Ort r erzeugt werden. Um den quadratischen Abfall auszugleichen, werden jene vorbestimmten Bereiche, die in eine größere Entfernung abgebildet werden mit einer höheren Leistung P betrieben. Auf den Betrachter wirkt der komplette Bereich homogen, sofern das menschliche Auge die einzelnen Pixel nicht mehr auflösen kann. Dies ist durch den Gra- phen 30 verdeutlicht. Damit lässt sich eine wahrnehmungsrelevante Größe, wie die Leuchtdichte konstant einstellen.
Die mittlere Leistung P' der ersten Strahlung 14, die für den vorbestimmten Bereich mit der Lichtquelle 12 ausgegeben wird, kann durch die Ansteuer- zeit, während der die Lichtquelle innerhalb der vorbestimmten zeitlichen Dauer aktiviert wird, angepasst werden. Somit kann die Lichtstärke der zweiten Strahlung 20 nach Art einer Pulsweitenmodulation angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann Leistung P bzw. Strahlungsleistung angepasst werden. Damit kann die Lichtstärke der zweiten Strahlung 20 nach Art einer Pulsamplitudenmodulation angepasst werden. Folglich kann eine Lichtsteuerung durch dynamische stufenweise Modulation der Pulsweiten und Pulsamplituden, durch gezieltes zu und Abschalten einzelner Leuchtelemente, erfolgen. In Abhängigkeit der zu realisierenden Lichtverteilung ist ein dynamisches algorithmisches Verfahren nötig, dass sowohl die Ansteuerzeiten ta, als auch die Laserleistung P auf ein vernünftiges Maß reduziert. Zunächst werden die durch die Lichtverteilung vorgegebenen Leistungen pro vorbestimmtem Bereich bzw. pro Pixel bestimmt und sortiert. Beginnend bei den höchsten Pi- xelleistungen wird mit der maximal verfügbaren Leistung P gepulst und die Pulszeit bzw. Ansteuerzeit ta ermittelt. Gerade an der Stelle, die unter einer kritischen Pulszeit liegt, um technisch zu aufwendig zu realisierende Pulslängen zu verhindern, wird die nächste Leistungsstufe eingesetzt bis hin zur niedrigsten Leistungsstufe.
Die Leistungsstufen ergeben sich durch die Anzahl der Leuchtelemente bzw. Laserdioden im Scheinwerfer 10. Bei n Laserdioden sind maximal 2n Leistungsstufen möglich. Im Falle baugleicher Laserdioden reduziert sich die Anzahl natürlich, ebenso im Fall getrennter Laserstrahlen. Die Pulszeiten ta ent- sprechen somit einer Pulsweiten, die Leistungsstufen einer Pulsamplitudenmodulation. Der Abstand der Peaks wird von der Bildwiederholfrequenz vorgegeben. In Simulationen hat sich gezeigt, dass mit diesem Vorgehen zunächst ein Bereich entsteht, in dem bei voller Leistung die Pulszeiten ta vari- iert werden (bei hohen Lichtstärken) und sich dem ein Bereich anschließt wo sämtliche maximal kurze Pulse mit unterschiedlichen Leistungsstufen betrieben werden.
Im Allgemeinen wird sich eine insgesamt kürzere tatsächliche Pulszeit ta er- geben, als jene die zur Verfügung steht. Dieser Überschuss kann nun entweder dazu genutzt werden zusätzliche Lichtstrom zu erzeugen, oder aber die maximal vorkommende Leistung durch Verlängerung zugehöriger Pulse zu verkleinern, also die obersten Leistungsstufen herabzusetzen. Für jeden vorbestimmten Bereich bzw. für jeden Pixel wird die Ansteuerzeit ta und Pulsamplitude bzw. Leistung P in Abhängigkeit der zu realisierenden Lichtverteilung angepasst. Dabei wird jeder Pixel so kurz wie möglich (oberhalb einer kritischen Zeit) mit der maximal möglichen Leistung P beleuchtet. Somit ist die Leistung P auch von einem Pixel zu einem anderen Pixel trans- portierbar. Fig. 7 zeigt vier verschiedene Graphen 32 bis 38, bei denen auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Leistung P aufgetragen ist. Bei dem Beispiel von Graph 32 wird die maximale mittlere Leistung P' durch maximale Pulsdauer ta und maximale Amplitude P erzielt. Der Graph 34 zeigt ein Beispiel für eine niedrigere mittlere Leistung P', durch verkleinerte Puls- dauer tg, wobei die maximale Leistung P bereitgestellt wird. Bei dem in Graph 36 gezeigten Beispiel wird zudem die Leistung P reduziert. Der Graph 38 zeigt die niedrigste mittlere Leistung P' durch kurze Pulsdauer ta und minimale Leistung P. Durch eine Verbindung von Pulsweiten und Pulsamplitudenmodulation werden die Anforderungen an die Pulszeiten geringer. Zudem kann durch ein geschicktes algorithmisches Vorgehen jede beliebige Lichtstärkeverteilung dynamisch erstellt werden und somit die benötigte Leistung P minimiert werden, was sowohl die Belastung des Konversionsphosphor verkleinert, als auch die photobiologische Sicherheit vergrößert. Zudem erhöht sich die Anzahl der einsetzbaren Dimmstufen auf ein Maximum.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Betreiben eines Scheinwerfers (10) für ein Kraftfahrzeug durch
- Abstrahlen einer ersten Strahlung (14) mit einer ersten Wellenlänge mit einer Lichtquelle (12),
- Ablenken der ersten Strahlung (14) mit einer Ablenkeinrichtung (16), wobei die erste Strahlung (14) jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf einen vorbestimmten Bereich eines Wandlerelements (18) abgelenkt wird und
- Wandeln der mit der Ablenkeinrichtung (16) abgelenkten, ersten Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche in eine zweite Strahlung (20) mit zumindest einer zweiten Wellenlänge mit dem Wandlerelement (18),
gekennzeichnet durch
- Festlegen einer jeweiligen Lichtstärke der zweiten Strahlung (20) für jeden der vorbestimmten Bereiche und
- Anpassen der ersten Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche derart, dass die erste Strahlung (14) für den jeweiligen vorbestimmten Bereich in die zweite Strahlung (20) mit der festgelegten Lichtstärke gewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Leistung (P) der ersten Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche angepasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche durch eine Ansteuerzeit (ta), während der die Lichtquelle (12) innerhalb der vorbestimmten zeitlichen Dauer aktiviert wird, angepasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtquelle (12) mehrere Leuchtelemente umfasst und die erste Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche durch die Anzahl der Leuchtelemente, die während der vorbestimmten zeitlichen Dauer aktiviert werden, angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Strahlung (14) entlang der vorbestimmten Bereiche zellenförmig, spaltenförmig und/oder rasterförmig mit der Ablenkeinrichtung (16) abgelenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtverteilung derart festgelegt wird, dass ein vorbestimmter Beleuchtungsbereich auf einer Fahrbahn mit einer konstanten Beleuchtungsstärke (E) mit dem Scheinwerfer (10) beleuchtet wird.
Scheinwerfer (10) für ein Kraftfahrzeug mit
- einer Lichtquelle (12) zum Abstrahlen einer ersten Strahlung (14) mit einer ersten Wellenlänge und
- einer Ablenkeinrichtung (16) zum Ablenken der ersten Strahlung (14), wobei die Ablenkeinrichtung (16) die erste Strahlung (14) jeweils für eine vorbestimmte zeitliche Dauer auf einen vorbestimmten Bereich eines Wandlerelements (18) abgelenkt, wobei
- das Wandlerelement (18) die mit der Ablenkeinrichtung (16) abgelenkte, erste Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche in eine zweite Strahlung (20) mit zumindest einer zweiten Wellenlänge wandelt,
gekennzeichnet durch
- einer Steuereinrichtung zum Festlegen einer jeweiligen Lichtstärke der zweiten Strahlung (20) für jeden der vorbestimmten Bereiche und zum Anpassen der ersten Strahlung (14) für jeden der vorbestimmten Bereiche derart, dass das Wandlerelement (18) die erste Strahlung (14) für den jeweiligen vorbestimmten Bereich in die zweite Strahlung (20) mit der festgelegten Lichtstärke wandelt.
Scheinwerfer (10) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ablenkeinrichtung (16) zumindest einen mikromechanischen Spiegel und/oder zumindest einen akustooptischen Deflektor umfasst.
Scheinwerfer (10) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle zumindest einen Halbleiterlaser umfasst.
10. Kraftfahrzeug mit einem Scheinwerfer (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
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