WO2018141524A1 - Verfahren und vorrichtung zur beleuchtung von zumindest teilbereichen eines innenraums eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur beleuchtung von zumindest teilbereichen eines innenraums eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2018141524A1
WO2018141524A1 PCT/EP2018/050632 EP2018050632W WO2018141524A1 WO 2018141524 A1 WO2018141524 A1 WO 2018141524A1 EP 2018050632 W EP2018050632 W EP 2018050632W WO 2018141524 A1 WO2018141524 A1 WO 2018141524A1
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glazing
light
interior
motor vehicle
auskoppelhologramm
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PCT/EP2018/050632
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Stefanie Mayer
Simone Hoeckh
Annette Frederiksen
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Robert Bosch Gmbh
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    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
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    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for illuminating an interior of a motor vehicle, in particular a partial area in which a driver's head may be located.
  • Motor vehicles are increasingly being equipped with assistance systems, safety systems or even autonomous driving systems. Against the background of this partially or highly automated driving the observation of the driver becomes more important. For example, it should be monitored how alert the driver is. This could z. B. different precedent measures are initiated adjusted accordingly before a driver is asked to take over the leadership of the motor vehicle. The detection of microsleep is also a typical application and especially important for non-automated driving.
  • a camera a so-called “driver observation camera”
  • NI R near-infrared wavelength range
  • laser diodes as light sources offers advantages because they can be very powerful and the light emitted by them can be very narrowband (almost monochromatic). However, laser diodes can endanger eye safety. If the light is directly from a z. In one
  • Dashboard arranged diode it must therefore first be expanded accordingly.
  • the solar spectrum also extends over the wavelength range of the NI R, sunlight exposure has an influence on the quality of the image data to be recorded even with active illumination. Particular problems can cause especially inhomogeneous lighting.
  • Light sources for lighting the driver are preferably installed in the dashboard. Accordingly, it can happen that occlusions occur. For example, a part of the light sources can be covered depending on the position of the steering wheel. As a result, the proportion of incoming light in the driver's face is temporarily reduced.
  • the illumination is also inhomogeneous.
  • the deployment of airbags or the function of seat belts may be adjusted for different situations in an accident.
  • z. B. Seats for sleeping are leaned back very far.
  • Security systems should be able to adapt to it.
  • a necessary extended observation system should not only detect the driver's head, but also his body.
  • gesture recognition Another application that requires good lighting and image quality is gesture recognition. This requires z. B. an image quality for recognizing individual fingers.
  • a device is used to illuminate at least a portion of an interior of a motor vehicle, wherein the motor vehicle has at least one window with a glazing and the device has the following features: a light source;
  • holographic optical elements which are realized as volume holograms
  • the beam deflection is not predetermined by refraction, but by diffraction on a volume grating.
  • Holographic optical elements (hereinafter also referred to simply as holograms) can be produced both in transmission and in reflection, and due to the possible free choice of incident and failure or diffraction angles, they enable new types of construction (see, for example, Saxby, Graham, "Practical Holography - Third Edition", loP 2004).
  • a holographic diffraction grating is introduced into a thin film.
  • the holographic optical elements can additionally be assigned a characteristic wavelength and angle selectivity or even a filter function.
  • holographic optical element Depending on a recording condition (wavelength, angle), only light from defined directions and with defined wavelengths is diffracted at the holographic optical element.
  • a recording condition wavelength, angle
  • holographic material that can be processed by NI R light in analogy to visible spectrum materials is not commercially available.
  • the same materials and methods as for holograms in the visible spectral range can be used, only with an angular advance (Bragg condition). Holograms recorded in the visible spectral range can then be used to diffract light in the NI R.
  • a transmission hologram with a recording wavelength of 633 nm for low wavelength selectivity can be produced, which can then be used in the NI R range up to 1500 nm with efficiencies of up to 50%.
  • both light from the visible spectrum and in the NI R region is diffracted on the structure. If one were to install such a hologram in a windshield, in addition to the intended diffraction of the useful light in the NIR range, a diffraction of the visible sunlight would also lead to stray light for the driver.
  • material parameters of the hologram are therefore adjusted so that only light in the NI R range is diffracted on the structure. With the availability of NI R-sensitive material, the manufacturing process can be simplified in the future by direct machining with NI R light, which can then easily realize reflection and transmission holograms in the NI R range.
  • the glazing of a window in a motor vehicle can be used as a light guide to radiate light, preferably in the NI R range substantially homogeneously from the glazing in the direction of a portion of the interior.
  • light is first generated by a light source, expanded if necessary in an expansion optics and a Einkoppelhologramm in the
  • the coupling hologram causes substantially only light from the light source to be coupled in and a substantial part thereof to be conducted to a coupling-out hologram at a suitable location on the glazing.
  • the glazing acts as an optical waveguide.
  • the Auskoppelhologramm is designed so that it decouples the coupled light in the direction of at least a portion of the interior. This partial area is preferably the area of the interior space in which the driver's head is located while driving.
  • Particularly suitable for the described system is generally the windshield of a motor vehicle, but also side windows or the rear window for lighting certain areas usable (or dome-shaped glazing Parts of this glazing).
  • light from the hologram located in the windshield is coupled so that it is totally reflected on the side window, to then illuminate the driver alternatively or additionally from the side.
  • the described principle can also be used for the lighting of a passenger or glazing in the rear of the vehicle for occupants on a back seat.
  • laser diodes which are therefore preferably used.
  • a laser diode In order to reduce disturbing influences of sunlight, a laser diode can be used which generates light in a wavelength range which is absorbed by water vapor (so-called absorption band). Since there is always water vapor in the earth's atmosphere, only a small amount of sunlight reaches the earth's surface in such a wavelength range and therefore can not adversely affect the illumination described here by different angles of incidence or intensity.
  • the decoupling hologram In order to uniformly illuminate the desired subarea, but without impairing the view through the glazing, it is advantageous to make the decoupling hologram over a large area, for example with an area of 10 to 1000 cm 2 (square centimeter), preferably 50 to 500 cm 2 . It can be achieved that the transparency of the glazing is reduced by less than 10%, preferably less than 8%. The transmission of the holographic elements themselves can certainly achieve values of more than 95%, in particular even more than 98%.
  • the glazing has a typical total reflection angle with respect to the surrounding air at its boundary layers, which depends essentially on the material of the glazing.
  • the glazing In order to be able to use the glazing effectively as a light guide, light should be coupled into the glazing at an internal angle ⁇ (teta) that is greater than the total reflection angle. Then this light is repeatedly reflected at the boundary layers and can thus reach the Auskoppelhologramm where it is directed to the outside. There, it is preferably radiated substantially homogeneously in a defined spatial region, whereby a uniform illumination, in particular the face of a driver, is achieved.
  • the coupling hologram and the decoupling hologram are preferably arranged on the same side of a glazing, in particular on the side facing the interior. This simplifies the production and reduces the influence of dirt on the outside of a windscreen.
  • the associated method allows the uniform illumination of the interior of a motor vehicle or defined sub-areas thereof and thereby enables the precise detection of certain processes by one or more cameras that monitor these sub-areas.
  • ⁇ latitude and light
  • the location of the Auskoppelhologramms and the camera can also be a lighting and a viewing angle are set, in which the desired information can be determined most secure.
  • FIG. 1 shows schematically the beam path in an embodiment of the device, for the application in a windshield of a motor vehicle
  • Fig. 2 the principle of coupling out light from a Glglasuung
  • Fig. 3 the principle of the coupling of light into a glazing.
  • 1 shows schematically a part of an interior 2 of a motor vehicle 1 (shown only in detail), namely a partial area 11 in which a head 3 of a driver 12 is located when driving.
  • the face 4 of the driver should be illuminated.
  • light is generated in a light source 6, in particular a substantially monochromatically in the near infrared NI R radiating laser diode, which is coupled by means of a Einkoppelhologramms 7 at an internal angle ⁇ in a glazing 5, in particular to a windshield 10 of a window 9 of the motor vehicle 1 belongs.
  • Fig. 2 and 3 show again enlarged the coupling or coupling of light to the glazing 5.
  • an expansion optics 14th provided with the light beam of the light source 6 is expanded before it is coupled from the coupling hologram 7 in the glazing 5 and later decoupled from the Auskoppelhologramm.
  • the function of widening can also be effected by the coupling hologram 7.
  • the coupling hologram 7 and the decoupling hologram 8 are designed as volume holograms, in particular introduced into thin films, which can be mounted on a glazing. Due to the characteristic for volume holograms decoupling of incidence and Ausfall,.
  • the position of Einkoppelholograms 7 can be freely selected with the light source 6 and adapted to the respective motor vehicle geometry.
  • the holograms are shown as transmission holograms.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Beleuchtung zumindest eines Teilbereiches (11) eines Innenraumes (2) eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) mindestens ein Fenster (9) mit einer Verglasung (5) aufweist und die Vorrichtung folgende Merkmale hat: eine Lichtquelle (6), ein Einkoppelhologramm (7) zum Einkoppeln von Licht aus der Lichtquelle (6) in die Verglasung (5), ein Auskoppelhologramm (8) zum Auskoppeln von Licht aus der Verglasung (5) in den Innenraum (2).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Beleuchtung von zumindest Teilbereichen
eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Teilbereiches, in dem sich ein Kopf eines Fahrers befinden kann. Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit Assistenzsystemen, Sicherheitssystemen oder sogar mit autonomen Fahrsystemen ausgestattet. Vor dem Hintergrund dieses teil- oder hochautomatisierten Fahrens gewinnt die Beobachtung des Fahrers an Bedeutung. So soll beispielsweise überwacht werden, wie aufmerksam der Fahrer ist. Daraus könnten z. B. verschiedene vorausgehende Maßnahmen entsprechend angepasst eingeleitet werden, bevor ein Fahrer zur Übernahme der Führung des Kraftfahrzeuges aufgefordert wird. Auch die Detektion von Sekundenschlaf ist ein typischer Anwendungsfall und besonders bei nicht automatisiertem Fahren wichtig.
Für die Beobachtung des Fahrers wird in erster Linie das Gesicht betrachtet. Dafür kann eine Kamera, eine sogenannte„Fahrerbeobachtungskamera", eingesetzt werden. Um eine stabile, von einer Umgebungsbeleuchtung möglichst unabhängige und gute Bildqualität zu erreichen, kann dabei mit aktiver Beleuchtung gearbeitet werden. Damit der Fahrer diese nicht bemerkt und aufgrund der spektralen Empfindlichkeitsbereiche von Kameras bzw. Sensoren wird dabei üblicherweise im nahinfraroten Wellenlängenbereich (NI R) oberhalb von 800 nm [Nanometer] gearbeitet.
Die Verwendung von Laserdioden als Lichtquellen bietet dabei Vorteile, weil diese sehr leistungsstark sein können und das von ihnen abgestrahlte Licht sehr schmalbandig (nahezu monochromatisch) sein kann. Allerdings können Laserdioden die Augensicherheit gefährden. Wenn das Licht direkt von einer z. B. in einem
Armaturenbrett angeordneten Diode stammt, muss es daher zunächst entsprechend aufgeweitet werden. Dazu könnte z. B. ein Diffusor eingesetzt werden. Dabei müsste aber sichergestellt werden, dass bei einem Fehler, beispielsweise einer Beschädigung dieses Diffusors, so schnell abgeschaltet wird, dass keinerlei Augenschäden oder die Verkehrssicherheit gefährdende Blendungen des Fahrers auftreten. Da sich das Sonnenspektrum auch über den Wellenlängenbereich des NI R erstreckt, hat Sonnenlichteinfall auch bei aktiver Beleuchtung Einfluss auf die Qualität der aufzunehmenden Bilddaten. Besondere Probleme kann dabei insbesondere eine inhomogene Beleuchtung verursachen. Diese tritt z. B. bei seitlichem Sonnenlichteinfall auf. Wenn beispielsweise das Gesicht des Fahrers auf einer Seite hell beleuchtet ist, die andere Gesichtshälfte aber im Schatten liegt, kann das System, z. B. hinsichtlich Belichtungs- und Integrationszeit einer Kamera oder Lichtstärke der Beleuchtung, nur schwer so angepasst werden, dass das gesamte Gesicht des Fahrers ausreichend homogen beleuchtet und in guter Qualität erfasst werden kann. Lichtquellen zur Beleuchtung des Fahrers werden bevorzugt im Armaturenbrett verbaut. Entsprechend kann es passieren, dass Verdeckungen auftreten. Beispielsweise kann ein Teil der Lichtquellen je nach Stellung des Lenkrades verdeckt werden. Dadurch wird der Anteil des im Gesicht des Fahrers ankommenden Lichtes zeitweise reduziert. Gegebenenfalls wird die Ausleuchtung auch inhomogener.
Weiterhin ist auch eine nicht nur das Gesicht des Fahrers betreffende Beobachtung des Innenraums eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für das hoch- und teilautomatisierte Fahren, vorteilhaft. Beispielsweise können je nach Position und Körperhaltung der Insassen die Auslösung von Airbags oder die Funktion von Sicherheitsgurten für verschiedene Situationen bei einem Unfall angepasst werden. Bei hochautomatisiert fahrenden Fahrzeugen ist es möglich, dass z. B. Sitze zum Schlafen sehr weit zurückgelehnt werden. Sicherheitssysteme sollten darauf angepasst werden können. Ein dafür notwendiges erweitertes Beobachtungssystem sollte nicht nur den Kopf des Fahrers, sondern auch seinen Körper erfassen. Außerdem sollte eine
Aussage über das Vorhandensein und ggf. der Körperhaltung der Passagiere möglich sein. Dazu muss ein vergrößerter Raumbereich beleuchtet werden.
Eine weitere Anwendung, bei der eine gute Beleuchtung und Bildqualität erforderlich ist, ist die Gestenerkennung. Diese erfordert z. B. eine Bildqualität zum Erkennen einzelner Finger.
Bekannt ist aus der DE 10 2005 009 424 AI bereits ein optischer Sensor zur Detektion von Beschlag auf einem Oberflächenbereich einer Scheibe, bei dem Licht in einem Lichtwellenleiter geführt und in der Nähe eines zu überwachenden Bereiches in eine Glasscheibe ein- und wieder ausgekoppelt wird. Zur Beleuchtung eines Innenraumes kann dieser Sensor jedoch nicht eingesetzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Zur Ergänzung von im Stand der Technik beschriebenen Beleuchtungen des Innenraumes oder als Alternative dazu werden eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß dem Anspruch 10 geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und /oder Weiterbildungen, die einzeln oder in Kombination auftreten können, sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Zur Verbesserung der oben beschriebenen Situation bei der Beleuchtung in einem Kraftfahrzeug dient eine Vorrichtung zur Beleuchtung zumindest eines Teilbereiches eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, wobei das Kraftfahrzeug mindestens ein Fenster mit einer Verglasung aufweist und die Vorrichtung folgende Merkmale hat: eine Lichtquelle,
ein Einkoppelhologramm zum Einkoppeln von Licht aus der Lichtquelle in die Verglasung,
ein Auskoppelhologramm zum Auskoppeln von Licht aus der Verglasung in den Innenraum.
Im Gegensatz zu konventionellen Optiken wird bei holographisch optischen Elementen, welche als Volumenhologramme realisiert werden, die Strahlumlenkung nicht durch Brechung vorgegeben, sondern durch Beugung an einem Volumengitter. Holographisch optische Elemente (im Folgenden auch einfach Hologramme genannt) lassen sich sowohl in Transmission als auch in Reflexion fertigen und durch die mögliche freie Wahl von Einfalls- und Ausfalls- bzw. Beugungswinkel ermöglichen sie neue Bauformen (siehe z. B. Saxby, Graham, "Practical Holography - Third Edition", loP 2004). Ein holographisches Beugungsgitter wird dabei in eine dünne Folie eingebracht. Durch eine Volumenbeugung kann den holographisch optischen Elementen zusätzlich noch eine charakteristische Wellenlängen- und Winkelselektivität oder auch eine Filterfunktion zugeordnet werden. Abhängig von einer Aufnahmebedingung (Wellenlänge, Winkel) wird nur Licht aus definierten Richtungen und mit definierten Wellenlängen an dem holographisch optischen Element gebeugt. Es sei angemerkt, dass derzeit holografisches Material, welches analog zu Materialien für das sichtbare Spektrum durch NI R-Licht bearbeitet werden kann, nicht kommerziell verfügbar ist. Bei der Herstellung von Hologrammen für Wellenlängen des NI R können aber auch die gleichen Materialien und Verfahren wie bei Hologrammen im sichtbaren Spektralbereich benutzt werden, nur mit einem Winkelvorhalt (Bragg-Bedingung). Im sichtbaren Spektralbereich aufgenommene Hologramme können dann benutzt werden, um Licht im NI R zu beugen. So kann man beispielsweise ein Transmissionshologramm mit einer Aufnahmewellenlänge von 633 nm für geringe Wellenlängenselektivität herstellen, welches dann auch im NI R-Bereich bis zu 1500 nm mit Effizienzen von bis zu 50 % eingesetzt werden kann. Beim beschriebenen Beispiel wird allerdings sowohl Licht aus dem sichtbaren Spektrum als auch im NI R-Bereich an der Struktur gebeugt. Würde man ein solches Hologramm in eine Frontscheibe einbauen, würde zusätzlich zur gewollten Beugung des Nutzlichtes im NIR-Bereich auch eine Beugung des sichtbaren Sonnenlichtes zu Störlicht für den Fahrer führen. Im Rahmen des hier vorgestellten Konzeptes werden daher noch Materialparameter des Hologramms so angepasst, dass lediglich Licht im NI R-Bereich an der Struktur gebeugt wird. Bei Verfügbarkeit von NI R-sensitivem Material kann der Herstellungsprozess in Zukunft durch direkte Bearbeitung mit NI R-Licht vereinfacht werden, so dass dann leichter Reflexions- und Transmissionshologramme im NI R-Bereich realisiert werden können.
Mittels solcher Hologramme kann die Verglasung eines Fensters in einem Kraftfahrzeug als Lichtleiter eingesetzt werden, um Licht, vorzugsweise im NI R-Bereich im Wesentlichen homogen von der Verglasung in Richtung eines Teilbereiches des Innenraumes abzustrahlen. Dazu wird zunächst Licht von einer Lichtquelle erzeugt, bei Bedarf in einer Ausweitungsoptik aufgeweitet und über ein Einkoppelhologramm in die
Verglasung eingekoppelt. Dabei bewirkt das Einkoppelhologramm, dass im Wesentlichen nur Licht von der Lichtquelle eingekoppelt und ein erheblicher Teil davon zu einem Auskoppelhologramm an geeigneter Stelle auf der Verglasung geleitet wird. Die Verglasung wirkt dabei als Lichtwellenleiter. Das Auskoppelhologramm ist so gestaltet, dass es das eingekoppelte Licht in Richtung zumindest eines Teilbereiches des Innenraumes auskoppelt. Bevorzugt ist dieser Teilbereich der Bereich des Innenraumes, in dem sich der Kopf eines Fahrers bei einer Fahrt befindet. Besonders geeignet für das beschriebene System ist im Allgemeinen die Frontscheibe eines Kraftfahrzeuges, jedoch sind auch Seitenscheiben oder die Heckscheibe zur Beleuchtung bestimmter Teilbereiche nutzbar (oder bei kuppeiförmiger Verglasung Teile dieser Verglasung). In weiteren Ausführungsformen wird Licht aus dem sich in der Frontscheibe befindlichen Hologramm so ausgekoppelt, dass es am Seitenfenster totalreflektiert wird, um dann den Fahrer alternativ oder zusätzlich von der Seite zu beleuchten. Das beschriebene Prinzip kann auch für die Beleuchtung eines Beifahrers genutzt werden oder über Verglasung im hinteren Bereich des Kraftfahrzeuges auch für Insassen auf einer Rückbank.
Besonders geeignet für die Erzeugung von fast monochromatischem Licht im NI R- Bereich sind Laserdioden, die daher bevorzugt eingesetzt werden. Um störende Einflüsse von Sonnenlicht zu reduzieren, kann eine Laserdiode verwendet werden, die Licht in einem Wellenlängenbereich erzeugt, der von Wasserdampf absorbiert wird (sogenannte Absorptionsbande). Da sich immer Wasserdampf in der Erdatmosphäre befindet, gelangt in einem solchen Wellenlängenbereich nur wenig Sonnenlicht zur Erdoberfläche und kann daher auch nicht die hier beschriebene Beleuchtung durch unterschiedliche Einfallswinkel oder Intensität negativ beeinflussen.
Um den gewünschten Teilbereich gleichmäßig auszuleuchten, ohne aber eine Beeinträchtigung der Sicht durch die Verglasung zu bewirken, ist es vorteilhaft, das Auskoppelhologramm großflächig zu gestalten, beispielsweise mit einer Fläche von 10 bis 1000 cm2 (Quadratzentimeter), vorzugsweise 50 bis 500 cm2. Dabei lässt sich erreichen, dass die Transparenz der Verglasung um weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 8 % reduziert wird. Die Transmission der holografischen Elemente selbst kann dabei durchaus Werte über 95%, insbesondere sogar über 98%, erreichen. Die Verglasung hat gegenüber der umgebenden Luft an ihren Grenzschichten einen typischen Totalreflexionswinkel, der im Wesentlichen vom Material der Verglasung abhängt. Um die Verglasung effektiv als Lichtleiter nutzen zu können, sollte Licht unter einem Innenwinkel Θ (Teta) in die Verglasung eingekoppelt werden, der größer als der Totalreflexionswinkel ist. Dann wird dieses Licht an den Grenzschichten immer wieder reflektiert und kann so zu dem Auskoppelhologramm gelangen, wo es nach außen gelenkt wird. Dort wird es bevorzugt im Wesentlichen homogen in einen definierten Raumbereich abgestrahlt, wodurch eine gleichmäßige Ausleuchtung, insbesondere des Gesichts eines Fahrers, erreicht wird. Das Einkoppelhologramm und das Auskoppelhologramm werden bevorzugt auf derselben Seite einer Verglasung angeordnet, insbesondere auf der dem Innenraum zugewandten Seite. Dies vereinfacht die Fertigung und verringert den Einfluss von Verschmutzungen auf der Außenseite einer Frontscheibe.
Das zugehörige Verfahren erlaubt die gleichmäßige Ausleuchtung des Innenraums eines Kraftfahrzeuges oder definierter Teilbereiche davon und ermöglicht dadurch die präzise Erkennung bestimmter Vorgänge durch eine oder mehrere Kameras, die diese Teilbereiche überwachen. Durch geeignete Wahl der Wellenlänge λ (Lambda) des verwendeten Lichtes können störende Einflüsse durch Sonnenlicht oder andere Lichtquellen weitgehend ausgeschlossen werden. Durch die Lage des Auskoppelhologramms und der Kamera können auch ein Beleuchtungs- und ein Betrachtungswinkel festgelegt werden, bei denen die gewünschten Informationen am sichersten ermittelt werden können.
Bei Regen wird durch Tropfen auf einer Verglasung, insbesondere einer Frontscheibe, ein Teil des in der Verglasung verlaufenden Lichts ausgekoppelt. Durch Rückkopplung mit einer Fahrerbeobachtungskamera kann dies z. B. durch eine Leistungsanpassung der Lichtquelle ausgeglichen werden. Des Weiteren wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Möglichkeit genutzt, Licht, welches wegen Regentropfen nicht durch das Auskoppelhologramm ausgekoppelt werden kann, als Regensensorsignal zu verwenden, indem es beispielsweise durch eine Detektionseinheit im oberen Bereich der Frontscheibe erfasst wird. Die beschriebene Vorrichtung und das zugehörige Verfahren werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: schematisch den Strahlenverlauf bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, und zwar für die Anwendung bei einer Frontscheibe eines Kraftfahrzeuges,
Fig. 2: das Prinzip der Auskopplung von Licht aus einer Verglasuung und Fig. 3: das Prinzip der Einkopplung von Licht in eine Verglasung. In Fig. 1 ist schematisch ein Teil eines Innenraumes 2 eines (nur im Ausschnitt dargestellten) Kraftfahrzeuges 1 gezeigt, und zwar ein Teilbereich 11, in dem sich bei einer Fahrt ein Kopf 3 eines Fahrers 12 befindet. Insbesondere soll das Gesicht 4 des Fahrers ausgeleuchtet werden. Dazu wird in einer Lichtquelle 6, insbesondere einer im Wesentlichen monochromatisch im nahen Infrarot NI R strahlenden Laserdiode, Licht erzeugt, welches mittels eines Einkoppelhologramms 7 unter einem Innenwinkel Θ in eine Verglasung 5 eingekoppelt wird, die insbesondere zu einer Frontscheibe 10 eines Fensters 9 des Kraftfahrzeuges 1 gehört. Bei einem Innenwinkel Θ, der größer als ein Totalreflexionswinkel von Verglasung zu Luft ist, wird das Licht in der Verglasung 5 wie in einem Lichtleiter geführt, bis es zu einem Auskoppelhologramm 8 gelangt. Dort wird es im Wesentlichen homogen auf der gesamten Fläche des Auskoppelhologramms 8 in Richtung des zu beleuchtenden Teilbereiches 11 geleitet. Mit einer Kamera 13 kann unter dieser Beleuchtung eine präzise Beobachtung des Teilbereiches 1 1 erfolgen. Fig. 2 und 3 zeigen nochmals vergrößert die Auskopplung bzw. Einkopplung von Licht an der Verglasung 5. Zur Verminderung der Intensität des Lichtes pro Flächeneinheit, was zur Vermeidung von Risiken für die Augen des Fahrers dient, ist hinter der Lichtquelle 6 noch eine Ausweitungsoptik 14 vorgesehen, mit der der Lichtstrahl der Lichtquelle 6 aufgeweitet wird, bevor er vom Einkoppelhologramm 7 in die Verglasung 5 eingekoppelt und später von dem Auskoppelhologramm wieder ausgekoppelt wird. Je nach Art der Lichtquelle kann die Funktion der Aufweitung auch von dem Einkoppelhologramm 7 bewirkt werden. Das Einkoppelhologramm 7 und das Auskoppelhologramm 8 sind als Volumenhologramme gestaltet, insbesondere in dünne Folien eingebracht, die auf einer Verglasung angebracht werden können. Durch die für Volumenhologramme charakteristische Entkopplung von Einfalls- und Ausfallsbzw. Beugungswinkel, kann die Position des Einkoppelholograms 7 mit der Lichtquelle 6 frei gewählt und an die jeweilige Kraftfahrzeuggeometrie angepasst werden. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Hologramme als Transmissionshologramme dargestellt. Bei Verwendung z. B. von Verbundglas gibt es auch die hier nicht dargestellte Möglichkeit, die Hologramme zwischen zwei
Glasschichten einzufügen. Dadurch werden zum einen die Hologramme geschützt, zum anderen bietet dies auch die Möglichkeit der Verwendung von Reflexionshologrammen. Um Störlicht durch das Transmissionsverhalten des Auskoppelhologramms 8, welches sich typischerweise im Sichtbereich des Fahrers befindet, zu vermeiden, muss besonderes Augenmerk auf die Parameter des holographischen Materials gelegt werden. Berechnungen mit einer Schichtdicke von 13 μηι und einer Brechungsindexmodulation Δη = 0.03 ergeben, dass dabei Licht vom sichtbaren Spektralbereich bis ins NI R an der Struktur gebeugt wird und Reflexe im sichtbaren Bereich erzeugt werden. Dagegen wird bei einer Brechungsindexmodulation von Δη = 0.04 nur Licht im N I R Bereich gebeugt, welches vom Beobachter nicht wahrgenommen wird, wohingegen sichtbares Licht nicht gebeugt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Beleuchtung zumindest eines Teilbereiches (11) eines Innenraumes (2) eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) mindestens ein Fenster (9) mit einer Verglasung (5) aufweist, mit folgenden Merkmalen:
a. eine Lichtquelle (6),
b. ein Einkoppelhologramm (7) zum Einkoppeln von Licht aus der Lichtquelle (6) in die Verglasung (5),
c. ein Auskoppelhologramm (8) zum Auskoppeln von Licht aus der Verglasung (5) in den Innenraum (2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verglasung (5) eine Frontscheibe (10) ist und das Auskoppelhologramm (8) insbesondere zumindest den Teilbereich (11) des Innenraumes (2) beleuchtet, in dem sich ein Kopf (3) eines Fahrers (12) bei einer Fahrt befinden kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquelle (6) eine Laserdiode ist, insbesondere für im Wesentlichen monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge (λ) im nahen Infrarotbereich (NI R).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Wellenlänge (λ) der Laserdiode in einem Wellenlängenbereich liegt, in dem Licht von Wasserdampf absorbiert wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auskoppelhologramm (8) so gestaltet ist, dass es eine etwa homogene Abstrahlung von Licht auf einer Fläche von 10 bis 1000 cm2 der Verglasung (5) bewirkt und insbesondere die Transparenz der Verglasung (5) um weniger als 10 % reduziert..
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einkoppelhologramm (7) Licht unter einem Innenwinkel (Θ) in die Verglasung lenkt, der größer als ein Totalreflexionswinkel der Verglasung (5) an einer Grenzfläche zu Luft ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auskoppelhologramm (8) für eine im Wesentlichen homogene Abstrahlung in einen definierten Raumbereich (4) ausgelegt ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einkoppelhologramm (7) und das Auskoppelhologramm (8) auf der selben Seite der Verglasung (5) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Einkoppelhologramm (7) und das Auskoppelhologramm (8) auf einer dem Innenraum (2) zugewandten Seite der Verglasung (5) angeordnet sind.
10. Verfahren zur Beleuchtung zumindest eines Teilbereiches (11) eines Innenraumes (2) eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) mindestens ein Fenster (9) mit einer Verglasung (5) aufweist, mit folgenden Merkmalen:
a. über ein Einkoppelhologramm (7) wird Licht aus einer Lichtquelle (6) in die Verglasung (5) eingekoppelt,
b. über ein Auskoppelhologramm (8) wird zumindest ein Teil des Lichtes aus der Verglasung (5) in den Innenraum (2) ausgekoppelt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Licht unter einem Innenwinkel (Θ), der eine Lichtleitung in der Verglasung (5) durch Totalreflexion ermöglicht, in die Verglasung eingekoppelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das in den Innenraum ausgekoppelte Licht in Richtung des zu beleuchtenden Teilbereiches (11) gelenkt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei im Wesentlichen monochromatisches Licht einer Infrarotlaserdiode verwendet wird, die vorzugsweise im nahen Infrarotbereich (NI R) arbeitet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Infrarotlaserdiode mit einer Wellenlänge (λ) in einem Wellenlängenbereich arbeitet, in dem Licht von Wasserdampf absorbiert wird. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Einfluss von Regentropfen auf Lichtleitung in der Verglasung (5) für eine Detektion von Regen genutzt wird.
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