WO2017020055A1 - Verfahren zum ansteuern einer laserbeleuchtungsvorrichtung für einen fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Verfahren zum ansteuern einer laserbeleuchtungsvorrichtung für einen fahrzeugscheinwerfer Download PDF

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luminous
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Markus REINPRECHT
Bettina REISINGER
Thomas MITTERLEHNER
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Zkw Group Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for driving a laser illumination device for a vehicle headlamp, wherein the laser illumination device comprises two or more modulated laser light sources, wherein the number of laser light sources is designated N, and each laser light source generates a laser beam and each laser light source downstream at least one attachment optics and at least one microscanner is assigned, and each micro scanner is adapted to direct the two or more laser beams to at least one light conversion means, whereby a light image is generated at the at least one light conversion means, and the at least one light conversion means is associated with an imaging system to the light image as a light image on the Depict roadway.
  • the laser illumination device comprises two or more modulated laser light sources, wherein the number of laser light sources is designated N, and each laser light source generates a laser beam and each laser light source downstream at least one attachment optics and at least one microscanner is assigned, and each micro scanner is adapted to direct the two or more laser beams to at least one light conversion means, whereby a light image is generated at the at least one
  • the invention relates to a laser illumination device for a vehicle headlight with two or more modulated laser light sources, wherein the number of laser light sources is designated N, and each light source at least one attachment optics downstream and at least one micro-scanner is assigned, and each micro-scanner is adapted to the laser beam be directed to at least one light conversion means, whereby at the at least one light conversion means a light image is generated, and the at least one light conversion means is associated with an imaging system to image the light image as a light image on the road, and a control and processing unit.
  • Vehicle headlamps which work with laser beams scanning via a light conversion means are known. They usually generate a light image on a light conversion medium, often called “phosphor” for short, on which the blue laser light, for example, is converted into essentially “white” light by fluorescence. The generated light image is then projected onto the road with the aid of the imaging system, for example a lens optic, as a light image.
  • a light conversion medium often called "phosphor” for short
  • the microscanner or beam deflection means is often formed as a micromirror (or prism) that can be moved about one or two axes such that, for example, a line by line light is "written.”
  • the modulation of the laser light source determines each point or line of the laser light source Illuminated image, the desired luminance (intensity of the point or line), the one hand, legal requirements must correspond to the projected light image and on the other hand, the respective driving situation can be adjusted.
  • microscanners operate on a resonant drive principle.
  • the micromirrors used are excited in their resonant frequency and vibrate sinusoidally. It is precisely this sinusoidal curve that represents a major problem with regard to the utilization of the installed laser power. Due to the sinusoidal movement of the micromirror, generally less optical power is present in the center of the image than in the peripheral areas.
  • Such a light distribution is not desirable in projection applications, especially in head-up displays and Pico projectors, since there all the pixels should be the same light. For this reason, it is known to compensate for the brightness change due to the sinusoidal waveform by modulating the laser power in synchronism with the mirror vibration, thereby reducing the laser power to the edge to obtain a homogeneous light distribution in which each pixel is the same light. This adjusts the maximum brightness of the compensated image to the lowest brightness of the uncompensated image.
  • the average laser power introduced into the system must be drastically reduced (up to 80-90%), ie, for example, with a maximum power of 1 W of a laser diode, only 0.1-0.2 W is used It should be noted that the term medium power is used here, and that in this example too, the laser diode must be able to apply an optical power of 1 W for a short time. However, since the power is reduced in the peripheral areas, this results in an average power that is significantly lower than the maximum power.
  • One way of at least partially addressing the above problem is to use a luminescent image obtained by means of ID microscanners, i. is generated by only one axis movable microscanners, different width light bands (a light band on the light conversion means is formed naturally, when the light of a laser light source (laser diode) via an ID microscanner is directed to the conversion means) to use.
  • Applicant's AT 513916 A2 used differently wide light bands to increase the vertical resolution in the light image.
  • a change in the luminous band width and thus an adaptation of the width of the luminous bands with respect to the laser power is not described in this document.
  • An object of the invention is to provide a method and a working according to such a laser illumination device for motor vehicle headlights, in which an improved utilization of the installed laser power with the least possible effort for the control, in particular of optically relevant components is possible.
  • This object is achieved by a method of the type mentioned, in which according to the invention at least part of the light image is divided into light bands, wherein the number of light bands is designated as n, desired luminous flux per luminous band is determined, desired width value per luminous band with respect to the desired luminous flux is calculated, and the calculated width values for changing the width of the light band in the light image are used by changing the luminous bandwidth on the light conversion means.
  • the change in the light band width is effected by beam splitting of each laser beam by means of the at least one optical attachment, preferably a partially transparent mirror or a fiber optic beam splitter.
  • each laser beam by means of the at least one attachment optics preferably a lens arrangement takes place.
  • the beam focusing takes place by a change in position of the at least one attachment optics, preferably a lens arrangement, and / or of the at least one light conversion means.
  • Step s50 selecting a band of light
  • Step s51 determining an actual luminous flux for this selected band of light
  • Step s52 determining an actual latitude value
  • Step s53 Change the width value until the actual luminous flux is substantially equal to the desired luminous flux. Moreover, it can be advantageous if the calculation of the desired width value per light band with respect to the desired luminous flux also has:
  • Step s60 selecting a band of light
  • Step s61 determining an actual width value
  • Step s62 determining an actual luminous flux for the selected band of light
  • Step s63 comparing the actual luminous flux with the desired luminous flux; Step s64: increasing or decreasing or maintaining the actual width value depending on whether the actual luminous flux is less than the desired luminous flux or the actual luminous flux is greater than the desired luminous flux or the actual luminous flux is substantially equal to the desired luminous flux; and
  • Step s65 Repeat steps s62, s63 and s64 with the changed width values until the actual luminous flux is substantially equal to the desired luminous flux.
  • the object of the invention is also achieved with a laser illumination device of the type specified above, in which the control and computing unit is adapted to perform the method according to one or more of claims 1 to 7, which have been mentioned above.
  • FIG. 1 shows the essential components of the invention of a laser illumination device of a conventional type and the context in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a division of the light image produced by the laser illumination device of FIG. 1 into light strips according to the prior art
  • FIG. 4 shows a modified division of the light image according to the changed light width values from the method of FIG. 3, FIG.
  • FIG. 6a shows a displaceable attachment optics
  • FIG. 6c shows a pivotable light conversion means
  • FIG. 6d shows a scattering lens as part of the attachment optics.
  • FIG. 1 shows a prior art laser illumination device (see, for example, AT 514834 A2), which serves as a starting point for a method according to the invention and a laser illumination device according to the invention.
  • Lighting technical starting point of the laser illumination device shown here are two, here superimposed groups 1 and 2 of four laser light sources 11, 12, 13, 14 and 15, 16, 17, 18, which can each emit a denoted by 11p to 18p laser beam.
  • the laser light sources 11 to 18 are associated with a laser driver 3, wherein this driver 3 is used for power supply and is also set up to modulate the beam intensity of the individual lasers.
  • modulating means that the intensity of a laser light source can be changed, be it continuously or pulsed in the sense of switching on and off. It is essential that the light output can be changed dynamically analogously, depending on where the beams are directed. In addition, there is the possibility of switching on and off for a certain time in order not to illuminate defined places
  • the laser driver 3 in turn in turn contains signals from a central headlamp drive 4, which sensor signals sl ... si ... sn can be supplied.
  • these control and sensor signals may, for example, be switching commands for switching from high beam to low beam or, on the other hand, signals received by light sensors or cameras which detect the lighting conditions in the surroundings of the vehicle and, for example, hide or attenuate certain areas in the light image.
  • the laser light sources 11 to 18, which are preferably designed as laser diodes, emit for example blue or UV light.
  • Each laser light source 11 to 18 is followed by its own collimator optics 21 to 28, which bundles the initially highly divergent laser beam 11p to 18p. Subsequently, the distance of the laser beams of the first group 1 and the second group 2 is each reduced by a common converging lens 31 and 32 and with subsequent diverging lenses 41 and 42, the exit angle of the laser beams is kept as low as possible.
  • microscanner is understood to mean a general beam deflecting device that can be pivoted about one or two spatial axes, which is usually designed as a micromirror, does not necessarily have to be designed as such, but can be configured as a prism, for example
  • phosphorus in the context of the present invention is understood to mean, in general terms, a substance or mixture of substances which transmits light of one wavelength to light of another wavelength or a mixture of wavelengths, in particular into “white” light, which is subsumed under the term “wavelength conversion.”
  • white light is understood as meaning light of such a spectral composition which produces the color impression "white” in humans "of course is not on for the human eye restricted visible radiation.
  • optoceramics ie transparent ceramics, such as, for example, YAG-Ce (an yttrium-aluminum garnet doped with cerium).
  • the microscanner 51 is driven by a micro scanner drive 5 and set in oscillations of constant or variable frequency, whereby these vibrations can correspond in particular to the mechanical natural frequency of the micro scanner.
  • the microscanner drive 5 is in turn controlled by the headlight drive 4 in order to adjust the oscillation amplitude of the microscanners 51, 52, whereby asymmetric oscillation about the axis can be adjustable.
  • the control of microscanners is known and can be done in many ways, eg electromagnetic, electrostatic, thermoelectric and piezoelectric. In proven embodiments of the Invention swing the microscanners 51, 52, for example, with a frequency of a few hundred Hz and their maximum rash is depending on their control a few degrees to 60 °.
  • the position of the microscanners 51, 52 is expediently reported back to the micro-scanner control 5 and / or to the headlight driver 4.
  • the two microscanners can oscillate synchronously, but it is also a non-synchronous oscillation applicable, for example, to make the thermal load of the luminous surface and the light conversion medium uniform.
  • this illumination device shows microscanners that vibrate only about one axis
  • microscanners that oscillate about two axes.
  • a plurality of laser beams may be directed to such a micro-scanner, which then generates overlapping or directly adjacent light bands.
  • embodiments with only a single micro-scanner are conceivable in which, for example, the laser beams impinge against the main emission direction of the headlamp directly on the microscanner, which then directs the laser beams to a phosphorescent phosphor.
  • embodiments are possible with different numbers of laser light sources and the laser light sources downstream optics and associated microscanners.
  • a micro-scanner is associated with several laser light sources, it is e.g. It is quite possible that exactly one micro scanner is assigned to each laser light source so that only the laser beam generated by this laser light source is deflected by this micro scanner.
  • one of the laser light source downstream optics is formed as a beam splitter, in which case a single laser light source are associated with two or more microscanners.
  • the laser light sources, the optics and the microscanners can be grouped differently and arranged to each other, depending on the available space or heat dissipation requirements.
  • the division into two groups of laser light sources and the use of two microscanners brings advantages in terms of a compact structure and a well-controlled heat dissipation, especially since the possible thermal load of a micro-scanner is limited.
  • FIG. 2 shows a light image on the roadway produced by means of the laser lighting device of FIG. 1, which is shown as an additional high-beam distribution LV, which has a height IILV. is formed, and illustrates the initially formulated object of optimal utilization of the power of the laser light sources 11 to 18.
  • the term "road” is used here for a simplified representation, because of course it depends on the local conditions, whether the photo actually on the road
  • a projection of the light image is produced on a vertical surface in accordance with the relevant standards (on a measuring screen, which is placed vertically in a legally prescribed distance in front of the respective vehicle lighting device)
  • the light image LV is subdivided into eight equal, ie equal width and equally long, horizontally extending light bands E1 to E8, which have a width boi to bos, whereby it should be noted that the sum the bandwidths boi to bos always gives the height of the light distribution kv, where the height kv complies with legally defined standards.
  • the number of light bands corresponds to the number of laser light sources 11 to 18, each light band being generated by an associated light source: El of 11, E2 of 12, to E8 of 18.
  • each band of light must have prescribed values of illuminance exhibit.
  • luminous bands with a corresponding intensity of light must be realized on the light conversion means 60.
  • the prescribed illuminance values are achieved by modulating the laser light sources, eg for the light band E7 appearing "brightest", the laser light source 17 is operated at a substantially maximum power, whereas from the first light band, called the "darkest""Light band El appears in the light image, much less light intensity is required (this is also illustrated in the right column of Fig. 5a).
  • the number of light bands n corresponds to the number of laser diodes N used, for the sake of simplicity assuming that each laser light source has the same maximum power.
  • this assumption does not represent a restriction, so that the method according to the invention can easily be used for laser light sources with a different maximum power.
  • a desired luminous flux per band of light (luminous intensity per luminous band) is determined.
  • Eges the luminous flux for the entire light image (total luminous flux)
  • the desired width values of the light bands are calculated on the basis of the total luminous flux E ges , the number of light bands n, the height of the light distribution IILV, and the desired luminous flux E m per light band.
  • This can be done in one or more steps, wherein in the embodiment illustrated in FIG. 3, first, a light band LBi is selected (step s60), and its actual width value boi is determined (step s61). Subsequently (step s62), the luminous flux Eoi flowing through this light band LBi is determined. In a next step s63, the actual luminous flux Eoi is compared with the desired luminous flux E m .
  • the next light band is simply selected. However, if the actual luminous flux Eoi is smaller or larger than the desired luminous flux E m , the width value boi of the light band LBi is increased or decreased by a predetermined value b x - step s64.
  • the width of the selected light band LBi is increased or decreased by a predetermined value b x - step s64.
  • the light bands are provided with a running index i.
  • the running index is compared with the number of light bands n. If this value equals the number of light bands n, this means that the width values of all light bands are already matched and that the changed light flux through each light band is substantially equal to the desired light current. If this value does not equal the number of light bands n, the running index i is increased by one.
  • the change of the light band widths boi to bos takes place under one condition: the sum of the desired light band widths b'oi to b'os must essentially result in the height of the radiated light distribution rtLv. It follows that the optimization does not change the type of light distribution.
  • the preferred embodiment addresses a change in the light bandwidths in an auxiliary high beam distribution, the method can be readily used to change the light bandwidths for other types of light distribution, such as low beam, high beam, low light, cornering, and other lawful light distributions.
  • the method is suitable for presetting the laser light illumination device, i.
  • the width values of the light bands generated by the laser light illumination device are set by means of the method according to the invention before the laser light illumination device is put into operation and are not further changed during operation. However, this does not exclude the use of the method in so-called dynamic light distributions.
  • the differences between the original and the luminous flux values per light band achieved by means of the method according to the invention are illustrated in the tables in FIGS. 5a and 5b.
  • the original light bandwidth is 0.375 ° per light band, the luminous flux values between 7 and 39 Lm (lumens) depending on the light band scatter ( Figure 5a).
  • the scattering of the luminous flux values is considerably smaller and amounts to a maximum of 13 ⁇ m (FIG. 5b).
  • the method may be applied to a light image divided into horizontal and / or vertical bands of light.
  • FIGS. 6a to 6f schematically illustrate technical means for changing the luminous band width on the conversion means 60.
  • only one laser light source LQ with its front attachment optics VO and the conversion means 60 is considered.
  • no structure has a micro-scanner, so that the laser beam L after the front optics VO meets the conversion means 60 and generates a light spot LF a to LFf.
  • FIGS. 6a to 6d the principle of beam focusing or beam defocusing, ie a shift of the focal point of the attachment optics with respect to the conversion means, is discussed.
  • FIGS. 6e and 6f show a further technical means for changing the luminous band width by means of beam splitting on the conversion means 60.
  • this arrangement can have one, two or more lenses (FIGS. 6a to 6d) and can be designed for beam focusing or beam collimation
  • this arrangement can have additional beam splitters, which are formed, for example, as partially transparent mirrors or fiber-optic beam splitters, and / or mirrors (FIGS. 6e and 6f).
  • Fig. 6a the laser beam is focused on the light conversion means 60 and generates a very small spot LF a . If an oscillating microscanner is placed between the attachment optics VO and the conversion means 60, a luminous curve is produced on the conversion means.
  • Fig. 6b shows technical means for an embodiment of the device according to the invention, in which the size of the light spot LFb and consequently the light band width can be changed by the movement of the attachment optics VO. In this case, the laser light beam L is defocused by a parallel displacement of the attachment optics VO along the light propagation direction. Fig.
  • FIG. 6c shows a further embodiment of the device in which the conversion means 60 is pivotable about at least one axis and the pivoting by the size of the laser beam L generated light spot LF C can be varied.
  • FIG. 6d shows yet another embodiment in which a scattering lens which defocuses the laser beam L is used in the optical attachment VO. This in turn changes the spot size LFa.
  • FIGS. 6e and 6f show two further possibilities for changing the luminous bandwidth and is based on the principle of beam splitting.
  • Fig. 6e shows a laser light source LQ and an attachment optics VO, which attachment optics VO as an arrangement of two lenses LI and L2, an additional 50/50 beam splitter BS (50/50 refers to the distribution of the intensity of the transmitted and the reflected light ) and an additional mirror M is formed.
  • This embodiment is particularly advantageous if the number of laser light sources used in a non-optimal power is to be reduced. In this case, two light bands are generated with a single laser light source LQ, wherein only 50% of the power of the laser light source per light band LF e i, LF e 2 is consumed.
  • the width of the resulting entire luminous band LF e is twice as large as the width of a luminous band without the 50/50 beam splitter BS and the mirror M.
  • the lens L2 is merely a schematic representation and not formed in one piece have to be.
  • the lens L2 can be replaced by a further arrangement of optics to further change the width of the light bands LF e i, LF e 2.
  • this embodiment is not limited by the use of a 50/50 beam splitter BS and a mirror M.
  • Arrays of multiple beam splitters and mirrors may be used, with each beam splitter in such an arrangement having a transmission coefficient or reflection coefficient different from the 50/50 beam splitter (for example, a reflection coefficient of 1/3, 1/4, 1/5, 1 / 6 or 1/8).
  • FIG. 6f shows an embodiment in which the beam splitting takes place with the aid of a fiber-optic beam splitter F.
  • the intensity of the laser beam emitted by the laser light source LQ is distributed via two laser beams emerging from the fiber-optic beam splitter F.
  • the intensity distribution over two beams need not be the same here as well.
  • the beam splitting into two exiting laser beams is not restrictive here as well.
  • Several (3, 4, 5, or even more) emitting laser beams with different intensity proportions of the emitted laser beam can be generated.
  • the lens L2 is again a schematic Representation of a more general arrangement of optics. For the lens assembly L2 of Fig. 6f, the same remarks made with respect to the lens assembly L2 of Fig. 6e apply.
  • FIGS. 6a to 6f do not exclude each other but can be combined. It may be advantageous for structural reasons, for example, to provide a laser illumination device which simultaneously comprises partially transmissive mirrors, fiber-optic beam splitters and lens arrangements, wherein at least part of said means may be movable.

Abstract

Verfahren zum Ansteuern einer Laserbeleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer, wobei die Laserbeleuchtungsvorrichtung zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen (11 bis 18) umfasst, wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jede Laserlichtquelle einen Laserstrahl (11p bis 18p) erzeugt und jeder Laserlichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik (21 bis 28) nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner (51, 52) zugeordnet ist, und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehr Laserstrahlen auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel (60) zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem (PS) zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Unterteilen zumindest eines Teils des Leuchtbildes in Leuchtbänder, wobei die Anzahl der Leuchtbänder als n bezeichnet ist, Ermitteln des gewünschten Lichtstroms je Leuchtband, Berechnen eines gewünschten Breitenwerts je Leuchtband hinsichtlich des gewünschten Lichtstroms, und Verwenden der berechneten Breitenwerte zur Änderung der Breite des Lichtbandes im Lichtbild durch Änderung der Leuchtbandbreite auf dem Lichtkonversionsmittel.

Description

VERFAHREN ZUM ANSTEUERN EINER LASERBELEUCHTUNGSVORRICHTUNG FÜR EINEN
FAHRZEUGSCHEINWERFER
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Laserbeleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer, wobei die Laserbeleuchtungsvorrichtung zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen umfasst, wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jede Laserlichtquelle einen Laserstrahl erzeugt und jeder Laserlichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner zugeordnet ist, und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehr Laserstrahlen auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Laserbeleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer mit zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen, wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jeder Lichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner zugeordnet ist, und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden, und einer Steuer- und Recheneinheit.
Fahrzeugscheinwerfer, die mit über ein Lichtkonversionsmittel scannenden Laserstrahlen arbeiten, sind bekannt. Sie erzeugen üblicherweise ein Leuchtbild auf einem Lichtkonversionsmittel, oft kurz„Phosphor" genannt, auf welchem durch Fluoreszenz das z.B. blaue Laserlicht in im Wesentlichen„weißes" Licht umgewandelt wird. Das erzeugte Leuchtbild wird dann mit Hilfe des Abbildungssystems, z.B. einer Linsenoptik, als ein Lichtbild auf die Fahrbahn projiziert. Der Mikroscanner oder das Strahlablenkmittel ist oft als ein Mikrospiegel (oder ein Prisma) ausgebildet, der um eine oder um zwei Achsen bewegt werden kann, sodass z.B. ein zeilenweises Leuchtbild„geschrieben" wird. Die Modulation der Laserlichtquelle bestimmt für jeden Punkt oder jede Zeile des Leuchtbildes die gewünschte Leuchtdichte (Lichtstärke des Punktes oder der Zeile), die einerseits gesetzlichen Vorgaben für das projizierte Lichtbild entsprechen muss und andererseits der jeweiligen Fahrsituation angepasst werden kann.
Die Verwendung des Lichtscanners mit einem oder mehreren Laserstrahlen, welche synchron zu der Spiegelschwingung moduliert werden, ermöglicht es, eine nahezu beliebige Lichtverteilung zu erzeugen. Bekannt ist ein solches Verfahren prinzipiell auch bei sogenannten Pico Projektoren und Head-up-Displays, die gleichfalls Lichtscanner verwenden, die als MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme) ausgebildet sind. Im Gegensatz zu solchen Projektionssystemen, die oft in der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden, müssen jedoch bei Scheinwerfern deutlich höhere Laserleistungen eingebracht werden, wobei es nicht notwendig ist, eine farbige Lichtverteilung darzustellen. Wie oben erwähnt, wird üblicherweise mit blauem Laserlicht, das beispielsweise von Laserdioden stammt, gearbeitet. Im Hinblick auf die benötigte hohe Laserleistung in der Größenordnung von 5 bis 30 Watt, ist es wichtig, die in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer installierte Laserleistung bestmöglich zu nützen.
Die meisten bekannten Mikroscanner arbeiten nach einem resonanten Antriebsprinzip. Die verwendeten Mikrospiegel werden dabei in ihrer Resonanzfrequenz angeregt und schwingen sinusförmig. Gerade dieser sinusförmige Verlauf stellt hinsichtlich der Ausnutzung der installierten Laserleistung ein großes Problem dar. Aufgrund der sinusförmigen Bewegung des Mikrospiegels ist in der Bildmitte gemeinhin deutlich weniger optische Leistung vorhanden, als in den Randbereichen.
Eine solche Lichtverteilung ist bei Projektionsanwendungen speziell bei Head-up-Displays und Pico Projektoren nicht erwünscht, da dort alle Bildpunkte gleich hell sein sollten. Aus diesem Grund ist es bekannt, die Helligkeitsänderung aufgrund des sinusförmigen Verlaufes zu kompensieren, indem die Laserleistung synchron zur Spiegelschwingung moduliert wird, wobei die Laserleistung zum Rand hin reduziert wird, um eine homogene Lichtverteilung zu erzielen, in welcher jedes Pixel gleich hell ist. Dabei wird die maximale Helligkeit des kompensierten Bildes der niedrigsten Helligkeit des unkompensierten Bildes angepasst.
Wegen der Kompensation des Helligkeitsverlaufes muss die in das System eingebrachte mittlere Laserleistung drastisch (bis zu 80 - 90%) reduziert werden, d.h. z.B. bei einer maximalen Leistung von 1 W einer Laserdiode, wird lediglich 0,1 - 0,2 W benutzt, wobei zu beachten ist, dass hier von mittleren Leistungen die Rede ist, und dass auch in diesem Beispiel die Laserdiode in der Lage sein muss, kurzzeitig eine optische Leistung von 1 W aufzubringen. Da die Leistung jedoch in den Randbereichen reduziert wird, ergibt sich eine mittlere Leistung, die deutlich geringer als die maximale Leistung ist.
Das aufgezeigte Problem verschärft sich noch erheblich bei Anwendungen des scannenden Verfahrens auf Kraftfahrzeugscheinwerfer. Lichtverteilungen, die für Hauptlichtfunktionen in Fahrzeugscheinwerfern erzeugt werden, sind nämlich in den seltensten Fällen in allen Bildpunkten gleich hell. Im Gegenteil, bei den Lichtverteilungen eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ist es sogar erwünscht, dass die Randbereiche deutlich dunkler sind als die Bildmitte, in der meist ein sogenannter Lichtspot erzeugt werden soll. Dieser Lichtspot beleuchtet die Fahrbahn, wogegen die Randbereiche die Fahrbahnumgebung ausleuchten. Zur Verdeutlichung soll eine beispielshafte Lichtverteilung betrachtet werden, die als Zusatzfernlichtverteilung geeignet und in Fig. 2 dargestellt ist. Hier ist erkenntlich, dass in der Bildmitte eine hohe Lichtleistung erforderlich ist (100 %), wogegen in den Randbereichen die Helligkeit bereits deutlich abnimmt. Kompensiert man in diesem Fall die Laserleistung eines sinusförmig in zwei Richtungen schwingenden Mikrospiegels, so kann man zeigen, dass nur noch ca. 10 - 20 % der installierten Laserleistung ausgenützt werden.
Eine Möglichkeit dem genannten Problem zumindest teilweise zu begegnen liegt darin, bei einem Leuchtbild, welches mithilfe von lD-Mikroscannern, d.h. um lediglich eine Achse bewegbaren Mikroscannern, erzeugt wird, unterschiedlich breite Leuchtbänder (ein Leuchtband auf dem Lichtkonversionsmittel entsteht natürlicherweise, wenn das Licht einer Laserlichtquelle (Laserdiode) über einen lD-Mikroscanner auf das Konversionsmittel gelenkt wird) zu verwenden. In AT 513916 A2 der Anmelderin wurden unterschiedlich breite Leuchtbänder zur Erhöhung der vertikalen Auflösung im Lichtbild verwendet. Eine Änderung der Leuchtbänderbreite und somit eine Anpassung der Breite der Leuchtbänder bezüglich der Laserleistung ist allerdings in diesem Dokument nicht beschrieben.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren sowie eine nach einem solchen Verfahren arbeitende Laserbeleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeugscheinwerfer zu schaffen, bei welchem eine verbesserte Ausnutzung der installierten Laserleistung bei möglichst geringem Aufwand für die Ansteuerung, insbesondere von optisch relevanten Bauteilen möglich ist. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß zumindest ein Teil des Leuchtbildes in Leuchtbänder unterteilt wird, wobei die Anzahl der Leuchtbänder als n bezeichnet ist, gewünschter Lichtstrom je Leuchtband ermittelt wird, gewünschter Breitenwert je Leuchtband hinsichtlich des gewünschten Lichtstroms berechnet wird, und die berechneten Breitenwerte zur Änderung der Breite des Lichtbandes im Lichtbild durch Änderung der Leuchtbandbreite auf dem Lichtkonversionsmittel verwendet werden.
Hinsichtlich der Anzahl der Laserlichtquellen kann es vorteilhaft sein, wenn die Änderung der Leuchtbandbreite durch Strahlteilen jeden Laserstrahls mittels der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise eines teildurchlässigen Spiegels oder eines faseroptischen Strahlteilers, erfolgt.
Hinsichtlich der bautechnischen Veränderung der Laserbeleuchtungsvorrichtung kann es zweckmäßig sein, wenn die Änderung der Leuchtbandbreite durch Strahlfokussierung, d.h. durch Fokussieren oder Defokussieren, jeden Laserstrahls mittels der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise einer Linsenanordnung, erfolgt.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Strahlfokussierung durch eine Lageänderung der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise einer Linsenanordnung, und/ oder des zumindest einen Lichtkonversionsmittels erfolgt.
Bei einer praxisbewährten Variante ist vorgesehen, dass der gewünschte Lichtstroms je Lichtband gemäß der Formel Em= Eges / n ermittelt wird, wobei Eges der Gesamtstrom ist.
Es kann außerdem von Vorteil sein, falls das Berechnen des gewünschten Breitenwerts pro Lichtband hinsichtlich des gewünschten Lichtstroms ferner aufweist:
Schritt s50: Auswählen eines Lichtbandes;
Schritt s51: Ermitteln eines tatsächlichen Lichtstroms für dieses ausgewählte Lichtband;
Schritt s52: Ermitteln eines tatsächlichen Breitenwertes, und
Schritt s53: Ändern des Breitenwertes, bis der tatsächliche Lichtstrom dem gewünschten Lichtstrom im Wesentlichen gleich ist. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das Berechnen des gewünschten Breitenwerts pro Lichtband hinsichtlich des gewünschten Lichtstroms ferner aufweist:
Schritt s60: Auswählen eines Lichtbandes;
Schritt s61: Ermitteln eines tatsächlichen Breitenwertes;
Schritt s62: Ermitteln eines tatsächlichen Lichtstroms für das ausgewählte Lichtband;
Schritt s63: Vergleichen des tatsächlichen Lichtstroms mit dem gewünschten Lichtstrom; Schritt s64: Erhöhen oder Verringern oder Behalten des tatsächlichen Breitenwertes, je nachdem ob der tatsächliche Lichtstrom kleiner als der gewünschte Lichtstrom oder der tatsächliche Lichtstrom größer als der gewünschte Lichtstrom oder der tatsächliche Lichtstrom im Wesentlichen gleich dem gewünschten Lichtstrom ist; und
Schritt s65: Wiederholen der Schritte s62, s63 und s64 mit den geänderten Breitenwerten bis der tatsächliche Lichtstrom im Wesentlichen gleich dem gewünschten Lichtstrom ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einer Laserbeleuchtungsvorrichtung der oben angegebenen Art gelöst, bei welcher die Steuer- und Recheneinheit dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, die vorstehend genannt wurden, durchzuführen.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigt
Fig. 1 die für die Erfindung wesentlichen Komponenten einer Laserbeleuchtungsvorrichtung herkömmlicher Art und deren Zusammenhang in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine Aufteilung des mit der Laserbeleuchtungsvorrichtung der Fig. 1 erzeugten Lichtbildes in Lichtbänder nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 eine geänderte Aufteilung des Lichtbildes gemäß der geänderten Lichtbreitewerten aus dem Verfahren der Fig. 3,
Fig. 5a Positionen der Lichtbandgrenzen und Lichtstromwerte der Fig. 2, Fig. 5b Positionen der Lichtbandgrenzen und Lichtstromwerte der Fig. 4, Fig. 6a eine Vorsatzoptik nach dem Stand der Technik, Fig. 6b eine verschiebbare Vorsatzoptik, Fig. 6c ein verschwenkbares Lichtkonversionsmittel, und Fig. 6d eine Streulinse als Teil der Vorsatzoptik.
Zuerst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine dem Stand der Technik bekannte Laserbeleuchtungsvorrichtung (siehe z.B. AT 514834 A2), die als Ausgangspunkt für ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Laserbeleuchtungsvorrichtung dient.
Lichttechnischer Ausgangspunkt der hier dargestellten Laserbeleuchtungsvorrichtung sind zwei, hier übereinander liegende Gruppen 1 und 2 von je vier Laserlichtquellen 11, 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17, 18, welche je einen mit 11p bis 18p bezeichneten Laserstrahl abgeben können. Den Laserlichtquellen 11 bis 18 ist eine Laseransteuerung 3 zugeordnet, wobei diese Ansteuerung 3 zur Stromversorgung dient und auch zum Modulieren der Strahlintensität der einzelnen Laser eingerichtet ist. Unter "Modulieren" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Intensität einer Laserlichtquelle geändert werden kann, sei es kontinuierlich oder, im Sinne eine Ein- und Ausschaltens, gepulst. Wesentlich ist, dass die Lichtleistung analog dynamisch geändert werden kann, je nachdem, an welche Stelle die Strahlen gelenkt werden. Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit des Ein- und Ausschaltens für eine gewisse Zeit, um definierte Stellen nicht zu beleuchten
Die Laseransteuerung 3 enthält ihrerseits wiederum Signale von einer zentralen Scheinwerferansteuerung 4, welcher Sensorsignale sl ... si ... sn zugeführt werden können. Diese Steuer- und Sensorsignale können einerseits beispielsweise Schaltbefehle zum Umschalten von Fernlicht auf Abblendlicht sein oder andererseits Signale, die von Lichtsensoren oder Kameras aufgenommen werden, welche die Beleuchtungsverhältnisse in der Umgebung des Fahrzeugs erfassen und beispielsweise bestimmte Bereiche im Lichtbild ausblenden oder abschwächen sollen. Die Laserlichtquellen 11 bis 18, die bevorzugt als Laserdioden ausgebildet sind, geben beispielsweise blaues oder UV-Licht ab. Jeder Laserlichtquelle 11 bis 18 ist eine eigene Kollimatoroptik 21 bis 28 nachgeordnet, welche den zunächst stark divergenten Laserstrahl 11p bis 18p bündelt. Anschließend wird der Abstand der Laserstrahlen der ersten Gruppe 1 bzw. der zweiten Gruppe 2 je durch eine gemeinsame Sammellinse 31 bzw. 32 verringert und mit nachfolgenden Zerstreuungslinsen 41 bzw. 42 wird der Austrittswinkel der Laserstrahlen so gering wie möglich gehalten.
Die vier in der beschriebenen Weise "gebündelten" Laserstrahlen 11p, 12p, 13p, und 14p der ersten Gruppe 1 treffen auf einen ersten Mikroscanner 51 und analog treffen die Laserstrahlen 15p, 16p, 16p, und 18p der zweiten Gruppe 2 auf einen zweiten Mikroscanner 52 auf und werden gemeinsam auf ein im vorliegenden Fall als Leuchtfläche ausgebildetes Lichtkonversionsmittel 60 reflektiert. Unter dem Begriff„Mikroscanner" wird hier ein um eine oder zwei räumliche Achsen verschwenkbares allgemeines Strahlablenkmittel verstanden, das meist als ein Mikrospiegel ausgebildet ist, nicht unbedingt als solcher ausgebildet sein muss sondern als z.B. ein Prisma ausgebildet sein kann. Das Lichtkonversionsmittel 60 weist in bekannter Weise einen Phosphor zur Lichtkonversion auf, welcher beispielsweise blaues oder UV-Licht in "weißes" Licht umwandelt. Unter "Phosphor" wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ganz allgemein ein Stoff oder eine Stoffmischung verstanden, welche Licht einer Wellenlänge in Licht einer anderen Wellenlänge oder eines Wellenlängengemisches, insbesondere in "weißes" Licht, umwandelt, was unter dem Begriff "Wellenlängenkonversion" subsumierbar ist. Dabei wird unter "weißes Licht" Licht einer solchen Spektralzusammensetzung verstanden, welches beim Menschen den Farbeindruck "weiß" hervorruft. Der Begriff "Licht" ist natürlich nicht auf für das menschliche Auge sichtbare Strahlung eingeschränkt. Für das Lichtkonversionsmittel kommen auch Optokeramiken in Frage, das sind transparente Keramiken, wie beispielsweise YAG-Ce (ein Yttrium- Aluminium-Granat mit Cer dotiert).
Der Mikroscanner 51 wird von einer Mikroscanneransteuerung 5 angesteuert und in Schwingungen konstanter oder variabler Frequenz versetzt, wobei diese Schwingungen insbesondere der mechanischen Eigenfrequenz des Mikroscanners entsprechen können. Auch die Mikroscanneransteuerung 5 wird ihrerseits von der Scheinwerferansteuerung 4 gesteuert, um die Schwingungsamplitude der Mikroscanner 51, 52 einstellen zu können, wobei auch asymmetrisches Schwingen um die Achse einstellbar sein kann. Die Ansteuerung von Mikroscannern ist bekannt und kann auf vielerlei Art erfolgen, z.B. elektromagnetisch, elektrostatisch, thermoelektrisch und piezoelektrische. Bei erprobten Ausführungsformen der Erfindung schwingen die Mikroscanner 51, 52 beispielsweise mit einer Frequenz von einigen hundert Hz und ihr maximaler Ausschlag beträgt in Abhängigkeit von ihrer Ansteuerung einige wenige Grad bis 60°. Die Position der Mikroscanner 51, 52 wird zweckmäßigerweise an die Mikroscanner ansteuerung 5 und/ oder an die Scheinwerferansteuerung 4 rückgemeldet. Die beiden Mikroscanner können synchron schwingen, es ist aber auch ein nicht synchrones Schwingen anwendbar, beispielsweise um die thermische Belastung der Leuchtfläche bzw. des Lichtkonversionsmittels gleichmäßiger zu gestalten.
Wenngleich diese Beleuchtungsvorrichtung Mikroscanner zeigt, die nur um eine Achse schwingen, ist es auch möglich, Mikroscanner zu verwenden, die um zwei Achsen schwingen. In diesem Fall können mehrere Laserstrahlen auf einen solchen Mikroscanner gerichtet sein, welcher dann überlappende oder direkt aneinander anliegende Lichtbänder erzeugt. Auch sind Ausführungen mit lediglich einem einzigen Mikroscanner denkbar, bei welchen beispielsweise die Laserstrahlen entgegen der Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers direkt auf den Mikroscanner auftreffen, der dann die Laserstrahlen auf einen durchleuchteten Phosphor lenkt.
Im Allgemeinen sind Ausführungsformen mit unterschiedlicher Anzahl von Laserlichtquellen und den Laserlichtquellen nachgeordneten Optiken und zugeordneten Mikroscannern möglich. Neben der oben beschriebenen Ausführungsform, bei welche ein Mikroscanner mehreren Laserlichtquellen zugeordnet ist, ist es z.B. durchaus möglich, dass jeder Laserlichtquelle genau ein Mikroscanner zugeordnet ist, sodass nur der von dieser Laserlichtquelle erzeugte Laserstrahl von diesem Mikroscanner umgelenkt wird. Alternativ ist es denkbar, dass einer der einen Laserlichtquelle nachgeordneten Optiken als ein Strahlteiler ausgebildet ist, in welchem Fall einer einzigen Laserlichtquelle zwei oder mehr Mikroscanner zugeordnet sind. Dabei können die Laserlichtquellen, die Optiken und die Mikroscanner unterschiedlich gruppiert und zueinander angeordnet werden, je nach verfügbaren Bauraum oder Wärmeabfuhrerfordernissen. Die Aufteilung auf zwei Gruppen von Laserlichtquellen und die Verwendung von zwei Mikroscannern bringt allerdings Vorteile hinsichtlich eines kompakten Aufbaus und einer gut beherrschbaren Wärmeabfuhr, zumal die mögliche thermische Belastung eines Mikroscanners begrenzt ist.
Fig. 2 zeigt ein mittels der Laserbeleuchtungsvorrichtung der Fig. 1 erzeugtes Lichtbild auf der Fahrbahn, das als eine Zusatzfernlichtverteilung LV, welche eine Höhe IILV aufweist, ausgebildet ist, und verdeutlicht die eingangs formulierte Aufgabe einer optimalen Ausnutzung der Leistung der Laserlichtquellen 11 bis 18. Der Begriff„Fahrbahn" wird hier zur vereinfachten Darstellung verwendet, denn selbstverständlich hängt es von den örtlichen Gegebenheiten ab, ob sich das Lichtbild tatsächlich auf der Fahrbahn befindet oder auch darüber hinaus erstreckt. Z.B. um die abgestrahlten Lichtverteilungen zu testen, erzeugt man eine Projektion des Lichtbildes auf eine vertikale Fläche entsprechend der einschlägigen Normen (auf einem Messschirm, welches in einem gesetzlich vorgeschriebenen Abstand vor der jeweiligen KFZ-Beleuchtungsvorrichtung vertikal aufgestellt wird), die sich auf die KFZ- Beleuchtungstechnik beziehen. Das Lichtbild LV ist in acht gleich große, d.h. gleich breite und gleich lange, horizontal verlaufende Lichtbänder El bis E8 unterteilt, welche eine Breite boi bis bos aufweisen. Dabei ist zu beachten, dass die Summe der Lichtbandbreiten boi bis bos immer die Höhe der Lichtverteilung kv ergibt, wobei die Höhe kv gesetzlich festgelegte Normen erfüllt. Die Anzahl der Lichtbänder entspricht der Anzahl der Laserlichtquellen 11 bis 18, wobei jedes Lichtband von einer dazugehörigen Lichtquelle erzeugt wird: El von 11, E2 von 12, bis E8 von 18. Um ein gesetzeskonformes Lichtbild zu erzeugen, muss jedes Lichtband vorgeschriebene Werte der Beleuchtungsstärke aufweisen. Um diese Werte zu erzielen, müssen auf dem Lichtkonversionsmittel 60 Leuchtbänder mit einer entsprechenden Lichtstärke realisiert werden. In dem gezeigten Fall werden die vorgeschriebenen Werte der Beleuchtungsstärke durch das Modulieren der Laserlichtquellen erreicht, z.B. für das als „hellste" erscheinende Lichtband E7 wird die Laserlichtquelle 17 bei einer im Wesentlichen maximalen Leistung betrieben, wohingegen von dem ersten Leuchtband, das als das „dunkelste" Lichtband El im Lichtbild erscheint, wesentlich weniger Lichtstärke benötigt wird (dies wird auch in der rechten Spalte der Fig. 5a verdeutlicht). Infolgedessen wird auch von der Laserlichtquelle 11 weniger Leistung abverlangt. Die Tatsache ob ein Lichtband„hell" oder„dunkel" erscheint, lässt sich physikalisch durch den durch das entsprechende Lichtband fließenden Lichtstrom ausdrücken. So ist z.B. der rechten Spalte der Tabelle in der Fig. 5a zu entnehmen, dass der durch die Fläche des Lichtbands E7 fließende Lichtstrom wesentlich höher als der durch die Fläche des Lichtbandes El fließende Lichtstrom ist.
Das bereits in Zusammenhang mit der Fig. 2 erwähnte Unterteilen des Lichtbildes in Lichtbänder (oder äquivalenterweise Leuchtbildes in Leuchtbänder) ist der erste Schritt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Da die einschlägigen Messungen an der Lichtverteilung, d.h. am Lichtbild vorgenommen werden, wird im Weiteren von Lichtbändern und Lichtströmen je Lichtband (gemessen in Lumen) gesprochen. Alternativ ist es denkbar die Lichtstärke je Leuchtband in einer vorgegebenen Richtung direkt am Konversionsmittel 60 zu messen (in Candela). Welche Größe der Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Verfahren ist, wählt der Fachmann je nach vorliegenden Messdaten selbst.
Wie bereits oben erwähnt entspricht die Anzahl der Lichtbänder n der Anzahl der verwendeten Laserdioden N, wobei der Einfachheit halber angenommen wird, dass jede Laserlichtquelle dieselbe maximale Leistung aufweist. Diese Annahme stellt allerdings keine Einschränkung dar, sodass das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres für Laserlichtquellen mit einer unterschiedlichen maximalen Leistung verwendet werden kann.
In einem weiteren Schritt wird ein gewünschter Lichtstrom je Lichtband (Lichtstärke je Leuchtband) festgelegt. Dieser und weitere Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels sind in einem Ablaufdiagramm in Fig. 3 dargestellt. Bei dem Ablaufdiagramm der Fig. 3 wird der gewünschte Lichtstrom Em je Lichtband gemäß der Formel Em= Eges / n bestimmt, wobei Eges der Lichtstrom für das gesamte Lichtbild (Gesamtlichtstrom) ist, wodurch ein über die Lichtbänder im Wesentlichen gleichverteilter gewünschter Lichtstrom erzielt wird. Es ist allerdings durchaus denkbar, den gewünschten Lichtstrom je Lichtband auf eine andere dem Fachmann zugängliche und nahliegende Weise zu berechnen und dadurch eine andere Verteilung des gewünschten Lichtstroms über die Lichtbänder zu erzielen.
Im nächsten Schritt werden anhand des Gesamtlichtstroms Eges, der Anzahl der Lichtbänder n, der Höhe der Lichtverteilung IILV, und des gewünschten Lichtstroms Em je Lichtband die gewünschten Breitenwerte der Lichtbänder berechnet. Dies kann in einem oder mehreren Schritten erfolgen, wobei bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zunächst ein Lichtband LBi ausgewählt (Schritt s60), und sein tatsächlicher Breitenwert boi ermittelt (Schritt s61). Anschließend (Schritt s62) wird der durch dieses Lichtband LBi fließende Lichtstrom Eoi ermittelt. In einem nächsten Schritt s63 wird der tatsächliche Lichtstrom Eoi mit dem gewünschten Lichtstrom Em verglichen. Falls der tatsächliche Lichtstrom Em und der gewünschte Lichtstrom Em im Wesentlichen gleich sind, wird einfach das nächste Lichtband ausgewählt. Falls allerdings der tatsächliche Lichtstrom Eoi kleiner bzw. größer als der gewünschte Lichtstrom Em ist, wird der Breitenwert boi des Lichtbandes LBi um einen vorgegebenen Wert bx erhöht bzw. verringert - Schritt s64. Durch die Änderung der Breite des ausgewählten Lichtbands LBi zu einem neuen Wert b'oi— boi + bx bzw. bOi— boi - bx wird auch der Lichtstrom durch dieses Lichtband verändert. Die Schritte s62 bis s64 werden solange wiederholt, bis der geänderte Wert des Lichtstroms EOi für das ausgewählte Lichtband dem gewünschten Lichtstrom Em im Wesentlichen gleich ist. Nachfolgend wird das nächste Lichtband ausgewählt.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Lichtbänder mit einem Laufindex i versehen. Im nächsten Schritt wird der Laufindex mit der Anzahl der Lichtbänder n verglichen. Gleicht dieser Wert der Anzahl der Lichtbänder n, bedeutet das, dass bereits die Breitenwerte aller Lichtbänder angepasst sind und dass der geänderte Lichtstrom durch jedes Lichtband im Wesentlichen gleich dem gewünschten Lichtstrom ist. Gleicht dieser Wert nicht der Anzahl der Lichtbänder n, so wird der Laufindex i um eins erhöht.
Es sei an dieser Stelle gesondert darauf verwiesen, dass die Änderung der Lichtbandbreiten boi bis bos unter einer Bedingung erfolgt: die Summe der gewünschten Lichtbandbreiten b'oi bis b'os muss im Wesentlichen die Höhe der abgestrahlten Lichtverteilung rtLv ergeben. Daraus folgt, dass bei der Optimierung der Typ der Lichtverteilung nicht verändert wird. Wenngleich das bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Änderung der Lichtbandbreiten bei einer Zusatzfernlichtverteilung behandelt, kann das Verfahren ohne weiteres für die Änderung der Lichtbandbreiten bei anderen Typen der Lichtverteilungen, beispielsweise Abblendlicht-, Fernlicht-, Schlechtwetterlicht-, Kurvenlicht- und andere gesetzkonforme Lichtverteilungen, eingesetzt werden. Dabei eignet sich das Verfahren insbesondere für eine Voreinstellung der Laserlichtbeleuchtungsvorrichtung, d.h. die Breitenwerte der durch die Laserlichtbeleuchtungsvorrichtung erzeugten Lichtbänder werden mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens vor Inbetriebnahme der Laserlichtbeleuchtungsvorrichtung eingestellt und im Betrieb nicht weiter verändert. Allerdings schließt dies die Verwendung des Verfahrens bei sogenannten dynamischen Lichtverteilungen nicht aus.
Die Unterteilung der oben beschriebenen Zusatzfernlichtverteilung LV in Lichtbänder ΕΊ bis E'8 mit der geänderten Lichtbandbreite b'oi bis b'os ist in Fig. 4 gezeigt. Dabei liegt die obere bzw. die untere Grenze jedes Lichtbandes bei b'oio bis b'oso bzw. bei b'oiu bis b'osu- Die Summe der Lichtbandbreiten b'oi bis b'os ist gleich der Höhe rtLv der Zusatzlichtverteilung LV.
Die Unterschiede zwischen den ursprünglichen und den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichten Lichtstromwerten je Lichtband sind in den Tabellen in Fig. 5a und Fig. 5b verdeutlicht. Dabei beträgt die ursprüngliche Lichtbandbreite 0,375° je Lichtband, wobei die Lichtstromwerte zwischen 7 und 39 Lm (Lumen) je nach Lichtband streuen (Fig. 5a). Bei den Lichtbändern mit einer geänderten (optimierten) Breite ist die Streuung der Lichtstromwerte wesentlich kleiner und beträgt maximal 13 Lm (Fig. 5b).
Obwohl die in diesem Ausführungsbeispiel betrachteten Lichtbänder horizontal ausgerichtet sind, kann das Verfahren auf ein in horizontale und / oder vertikale Lichtbänder unterteiltes Lichtbild angewandt werden.
Abschließend stellen die Figuren 6a bis 6f technische Mittel zur Änderung der Leuchtbandbreite auf dem Konversionsmittel 60 schematisch dar. Dabei wird der Einfachheit der Darstellung halber nur eine Laserlichtquelle LQ mit ihr vorgelagerten Vorsatzoptik VO und dem Konversionsmittel 60 betrachtet. Dabei weist kein Aufbau einen Mikroscanner auf, sodass der Laser lichtstrahl L nach der Vorsatzoptik VO auf das Konversionsmittel 60 trifft und einen Leuchtfleck LFa bis LFf erzeugt. In den Fig. 6a bis 6d wird das Prinzip der Strahlfokussierung bzw. Strahldef okussierung, d.h. einer Verschiebung des Brennpunktes der Vorsatzoptik bezüglich des Konversionsmittels, thematisiert. In den Figuren 6e und 6f ist ein weiteres technisches Mittel zur Änderung der Leuchtbandbreite mittels Strahlteilung auf dem Konversionsmittel 60 dargestellt.
Unter dem Begriff„Vorsatzoptik" wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Anordnung optisch relevanter Elemente verstanden. Diese Anordnung kann im einfachsten Fall eine, zwei oder mehr Linsen (Fig. 6a bis 6d) aufweisen und zur Strahlfokussierung bzw. Strahlkollimation eingerichtet sein. Darüber hinaus kann diese Anordnung zusätzliche Strahlteiler, welche beispielsweise als teildurchlässige Spiegel oder faseroptische Strahlteiler ausgebildet sind, und / oder Spiegel aufweisen (Figuren 6e und 6f)
In der Fig. 6a ist der Laserstrahl auf das Lichtkonversionsmittel 60 fokussiert und erzeugt einen sehr kleinen Leuchtfleck LFa. Wird zwischen der Vorsatzoptik VO und dem Konversionsmittel 60 ein schwingender Mikroscanner gestellt, entsteht auf dem Konversionsmittel eine leuchtende Kurve. Die Fig. 6b zeigt technische Mittel für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der durch die Bewegung der Vorsatzoptik VO die Größe des Leuchtflecks LFb und folglich die Leuchtbandbreite verändert werden kann. Dabei wird der Laserlichtstrahl L durch eine Parallelverschiebung der Vorsatzoptik VO entlang der Lichtausbreitungsrichtung defokussiert. Die Fig. 6c zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher das Konversionsmittel 60 um zumindest eine Achse verschwenkbar ist und durch das Verschwenken die Größe des durch den Laserstrahl L erzeugten Leuchtflecks LFC variiert werden kann. Die Fig. 6d zeigt noch eine weitere Ausführungsform, bei der in der Vorsatzoptik VO eine Streulinse verwendet wird, welche den Laserstrahl L defokussiert. Dadurch wird wiederum die Leuchtfleckgröße LFa verändert.
Die Figuren 6e und 6f zeigen zwei weitere Möglichkeiten, die Leuchtbandbreite zu verändern und beruht auf dem Prinzip der Strahlteilung. Fig. 6e zeigt eine Laserlichtquelle LQ und eine Vorsatzoptik VO, welche Vorsatzoptik VO als eine Anordnung von zwei Linsen LI und L2, einem zusätzlichen 50/50-Strahlteiler BS (50/50 bezieht sich auf die Aufteilung der Intensität des transmittierten und des reflektierten Lichts) und einem zusätzlichen Spiegel M ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der bei einer nicht optimalen Leistung verwendeten Laserlichtquellen reduziert werden soll. Dabei werden zwei Leuchtbänder mit einer einzigen Laser lichtquelle LQ erzeugt, wobei nur 50% der Leistung der Laserlichtquelle je Leuchtband LFei, LFe2 verbraucht wird. Die Breite des resultierenden gesamten Leuchtbandes LFe ist doppelt so groß wie die Breite eines Leuchtbandes ohne des 50/50-Strahlteilers BS und des Spiegels M. An dieser Stelle soll angemerkt sein, dass die Linse L2 bloß eine schematische Darstellung ist und nicht einstückig ausgebildet sein muss. Im Allgemeinen kann die Linse L2 durch eine weitere Anordnung von Optiken ersetzt werden, um die Breite der Leuchtbänder LFei, LFe2 weiter zu verändern. Darüber hinaus soll hier zum Verstehen gegeben sein, dass diese Ausführungsform nicht durch Verwendung eines 50/50- Strahlteilers BS und eines Spiegels M eingeschränkt ist. Es können Anordnungen von mehreren Strahlteilern und Spiegeln verwendet werden, wobei jeder Strahlteiler in einer solchen Anordnung einen von dem 50/50-Strahteiler unterschiedlichen Transmission- bzw. Reflexionskoeffizienten (beispielsweise einen Reflexionskoeffizient von 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 oder 1/8) aufweisen kann.
Des Weiteren zeigt die Fig. 6f eine Ausführungsform, bei der die Strahlteilung mithilfe eines faseroptischen Strahlteilers F erfolgt. Dabei wird die Intensität des von der Laserlichtquelle LQ abgestrahlten Laserstrahls über zwei aus dem faseroptischen Strahlteiler F austretenden Laserstrahlen verteilt. Wie im in Fig. 6e dargestellten Beispiel muss auch hier die Intensitätsverteilung über zwei Strahlen nicht gleich sein. Darüber hinaus ist auch hier die Strahlteilung in zwei austretende Laserstrahlen nicht einschränkend. Es können mehrere (3, 4, 5, oder sogar noch mehr) austretende Laserstrahlen mit unterschiedlichen Intensitätsanteilen des abgestrahlten Laserstrahls erzeugt werden. Die Linse L2 ist wiederum eine schematische Darstellung einer allgemeineren Anordnung von Optiken. Für die Linsenanordnung L2 der Fig. 6f gelten dieselben Bemerkungen, die hinsichtlich der Linseanordnung L2 der Fig. 6e gemacht wurden.
Abschließend soll darauf hingewiesen werden, dass die in Figuren 6a bis 6f dargestellten technischen Mittel einander nicht ausschließen, sondern durchaus kombiniert werden können. Es kann beispielsweise aus bautechnischen Gründen vorteilhaft sein eine Laserbeleuchtungsvorrichtung zu schaffen, die teildurchlässige Spiegel, faseroptische Strahlteiler und Linsenanordnungen gleichzeitig umfasst, wobei zumindest ein Teil der genannten Mittel bewegbar sein kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Ansteuern einer Laser beleuchtungs Vorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer, wobei die Laserbeleuchtungsvorrichtung zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen (11 bis 18) umfasst, wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jede Laserlichtquelle einen Laserstrahl (11p bis 18p) erzeugt und jeder Laserlichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik (21 bis 28) nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner (51, 52) zugeordnet ist, und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, die zwei oder mehr Laserstrahlen auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel (60) zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem (PS) zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Unterteilen zumindest eines Teils des Leuchtbildes in Leuchtbänder, wobei die Anzahl der Leuchtbänder als n bezeichnet ist,
Ermitteln des gewünschten Lichtstroms je Leuchtband,
Berechnen eines gewünschten Breitenwerts je Leuchtband hinsichtlich des gewünschten Lichtstroms, und
Verwenden der berechneten Breitenwerte zur Änderung der Breite des Lichtbandes im Lichtbild durch Änderung der Leuchtbandbreite auf dem Lichtkonversionsmittel.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Leuchtbandbreite durch Strahlteilen jeden Laserstrahls mittels der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise eines teildurchlässigen Spiegels (BS) oder eines faseroptischen Strahlteilers (F), erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Leuchtbandbreite durch Strahlfokussierung jeden Laserstrahls mittels der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise einer Linsenanordnung (VO), erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfokussierung durch eine Lageänderung der zumindest einen Vorsatzoptik, vorzugsweise einer Linsenanordnung (VO), und/ oder des zumindest einen Lichtkonversionsmittels (60) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des gewünschten Lichtstroms (Em) je Lichtband gemäß der Formel Em= Eges /n, wobei Eges der Gesamtstrom ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das
Berechnen des gewünschten Breitenwerts pro Lichtband hinsichtlich des gewünschten
Lichtstroms (Em) ferner aufweist:
(s50) Auswählen eines Lichtbandes (LBi)
(s51) Ermitteln eines tatsächlichen Lichtstroms (Eoi) für dieses ausgewählte Lichtband (LBi), (s52) Ermitteln eines tatsächlichen Breitenwertes (boi),
(s53) Ändern des Breitenwertes (boi), bis der tatsächliche Lichtstrom (Eoi) des gewünschten Lichtstroms (Em) im Wesentlichen gleich ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das
Berechnen des gewünschten Breitenwerts pro Lichtband hinsichtlich des gewünschten
Lichtstroms (Em) ferner aufweist:
(s60) Auswählen eines Lichtbandes (LBi)
(s61) Ermitteln eines tatsächlichen Breitenwertes (boi),
(s62) Ermitteln eines tatsächlichen Lichtstroms (Eoi) für das ausgewählte Lichtband (LBi), (s63) Vergleichen des tatsächlichen Lichtstroms (Eoi) mit dem gewünschten Lichtstrom (Em), (s64) Erhöhen oder Verringern oder Behalten des tatsächlichen Breitenwertes (boi), je nachdem ob der tatsächliche Lichtstrom (Eoi) kleiner als der gewünschte Lichtstrom (Em) oder der tatsächliche Lichtstrom (Eoi) größer als der gewünschte Lichtstrom (Em) oder der tatsächliche Lichtstrom (Eoi) im Wesentlichen gleich des gewünschten Lichtstroms (Em) ist.
(s65) Wiederholen der Schritte (s62), (s63) und (s64) mit den geänderten Breitenwerten bis der tatsächliche Lichtstrom (Eoi) im Wesentlichen gleich des gewünschten Lichtstroms (Em) ist.
8. Laserbeleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer mit zwei oder mehr modulierbare Laserlichtquellen (11 bis 18), wobei die Anzahl der Laserlichtquellen als N bezeichnet ist, und jeder Lichtquelle zumindest eine Vorsatzoptik (21 bis 28) nachgeordnet und zumindest ein Mikroscanner (51, 52) zugeordnet ist, und jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel (60) zu lenken, wodurch an dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Leuchtbild erzeugt wird, und dem zumindest einen Lichtkonversionsmittel ein Abbildungssystem zugeordnet ist, um das Leuchtbild als Lichtbild auf die Fahrbahn abzubilden, und
einer Steuer- und Recheneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Recheneinheit dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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