DE102018208227A1

DE102018208227A1 - Leuchtvorrichtung mit einer fotoelektrischen Sensorvorrichtung, Verfahren und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018208227A1
Application number: DE102018208227.8A
Authority: DE
Inventors: Mario Fohler; Maximilian Austerer; Stefan Holzinger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung (1), aufweisend eine Lichtquelle (2), einen Kühlkörper (3), eine Abstrahloptik (4)und eine Spiegelanordnung (5) mit zumindest einem Spiegel (6), wobei der jeweilige Spiegel (6) dazu eingerichtet ist, einen jeweiligen von der Lichtquelle (2) ausgestrahlten Lichtstrahl (12) in einer ersten Stellung (11) in die Abstrahloptik (4) zu reflektieren und in einer zweiten Stellung (13) in eine Aufnahmekammer (8) des Kühlkörpers (3) zu reflektieren. In der Aufnahmekammer (8) ist eine fotoelektrische Sensorvorrichtung (9) angeordnet, welche dazu eingerichtet ist, den jeweils in die Aufnahmekammer (8) reflektierten Lichtstrahl (12) zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit einer fotoelektrischen Sensorvorrichtung, ein Verfahren und ein Fahrzeug.
Zur Darstellung von Lichtverteilungen und Lichtmustern können Leuchtvorrichtungen verwendet werden, welche eine Lichtquelle und eine Spiegelanordnung aufweisen. Für solche Spiegelanordnungen können sogenannte Mikrospiegelarrays oder DMD-Projektoren (DMD, Digital Micromirror Device) und andere Leuchtvorrichtungen verwendet werden. Die Spiegel der Spiegelanordnung sind in einem Muster oder Raster in einer Ebene angeordnet, wobei einem Spiegel ein jeweiliger Bildpunkt des Lichtmusters zugewiesen ist. Zur Erzeugung eines Lichtmusters wird die Spiegelanordnung durch die Lichtquelle beleuchtet. In Abhängigkeit von einer Stellung des jeweiligen Spiegels wird ein auf den Spiegel auftreffender Lichtstrahl entweder in eine Abstrahloptik oder eine Lichtsenke geführt. Wird der Lichtstrahl in die Abstrahloptik geführt, wird der jeweilige Bildpunkt des Lichtmusters in die Umgebung abgestrahlt. Andernfalls bleibt der Bildpunkt in der Umgebung unbeleuchtet und der Lichtstrahl geht in die Lichtsenke. Es wird somit ein Negativbild (hell-dunkel-invertiertes Bild) des Lichtmusters in der Lichtsenke abgebildet.
Es ist möglich, als Lichtsenke einen Licht-Wärme-Wandler zu verwenden, welcher Licht in thermische Energie umwandelt. Die Lichtsenke kann beispielsweise als Aufnahmekammer gestaltet sein. Diese thermische Energie muss abgeführt werden, was wiederum Energie benötigt und die Energie-Effizienz negativ beeinflussen kann. Aktuell verfügbare Spiegelanordnungen dürfen typischerweise bis maximal 60°C betrieben werden und müssen deswegen beispielsweise mit einem Peltierelement aktiv gekühlt werden.
Derartige Leuchtvorrichtungen weisen in der Regel keine Diagnosevorrichtung auf, welche fehlerhafte Zustände erkennen kann. Ein Fehler kann beispielsweise eine falsche Stellung eines Spiegels sein. In DMD-Projektoren, wie sie beispielsweise bei Präsentationen oder in Kinos verwendet werden, erfolgt eine Beurteilung des Bildmusters durch einen Nutzer selbst. Eine automatische Fehlererkennung wird hier nicht erwartet. Besonders im Automobilbereich ist aber eine automatische Fehlererkennung essenziell, um entsprechend warnen und Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Eine falsche Stellung eines Spiegels kann beispielsweise auftreten, wenn der jeweilige Spiegel mechanisch feststeckt oder eingefroren ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Fehlererkennung in einer Leuchtvorrichtung beispielsweise zur Projektion auf eine Fahrbahn oder ein Headupdisplay mit einer Spiegelanordnung bereitzustellen.
Erfindungsgemäß werden eine Leuchtvorrichtung mit einer fotoelektrischen Sensorvorrichtung, ein Fahrzeug und ein Verfahren bereitgestellt.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, welche eine Lichtquelle, einen Kühlkörper, eine Abstrahloptik und eine Spiegelanordnung aufweist. Die Spiegelanordnung weist zumindest einen Spiegel auf, wobei der jeweilige Spiegel dazu eingerichtet ist, einen jeweiligen, von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtstrahl in einer ersten Stellung in die Abstrahloptik zu reflektieren und in einer zweiten, alternativen Stellung, in eine Aufnahmekammer des Kühlkörpers zu reflektieren. In der Aufnahmekammer ist eine fotoelektrische Sensorvorrichtung angeordnet, welche dazu eingerichtet ist, den jeweils in zumindest einer vorbestimmten Stellung des Spiegels in die Aufnahmekammer reflektierten Lichtstrahl zu erfassen.
Mit anderen Worten weist die Leuchtvorrichtung die Lichtquelle auf, welche den Lichtstrahl auf den jeweiligen Spiegel der Spiegelanordnung abstrahlt. Der jeweilige Spiegel ist dazu eingerichtet, zumindest zwei alternative Stellungen einzunehmen. In der ersten Stellung des Spiegels weist dieser eine Lage auf, durch welche der von der Lichtquelle ausgestrahlte Lichtstrahl durch den Spiegel in die Abstrahloptik der Leuchtvorrichtung geführt wird. Bei der Abstrahloptik kann es sich beispielsweise um eine Projektionslinse handeln. In der zweiten Stellung ist der Spiegel derart angeordnet, dass der von der Lichtquelle ausgestrahlte Lichtstrahl in die Aufnahmekammer des Kühlkörpers geführt wird. Er wird somit nicht in die Abstrahloptik, sondern in die als Lichtsenke wirkende Aufnahmekammer geführt. In der Aufnahmekammer ist die fotoelektrische Sensorvorrichtung angeordnet, welche dazu eingerichtet ist, den jeweils in die Aufnahmekammer geführten Lichtstrahl zu erfassen.
Die Leuchtvorrichtung kann beispielsweise ein Projektor zur Projektion von Lichtmustern auf eine Frontscheibe (Head-Up-Display) oder zur Projektion von Lichtmustern auf eine Fahrbahn sein. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Diode, insbesondere eine Leuchtdiode (LED), sein. Der Kühlkörper kann beispielsweise ein passiver Kühlkörper sein, welcher Kühlrippen zur Vergrößerung einer Oberfläche des Kühlkörpers aufweist, oder ein aktiver Kühlkörper wie ein Peltierelement. Die Abstrahloptik kann beispielsweise eine Linse eines Projektors sein. Die Spiegelanordnung kann ein digitales Mikrospiegelelement sein, welches den zumindest einen Spiegel aufweist. Der jeweilige Spiegel kann mittels eines elektrischen Feldes ausgerichtet werden. In der ersten Stellung kann der Spiegel so ausgerichtet sein, dass ein von der Lichtquelle ausgestrahlter Lichtstrahl, welcher auf den Spiegel auftrifft, in die Abstrahloptik reflektiert wird. Der Winkel kann in der zweiten Stellung so gewählt sein, dass ein von der Lichtquelle ausgestrahlter Lichtstrahl in die Aufnahmekammer des Kühlkörpers reflektiert wird. Der Lichtstrahl kann in der Aufnahmekammer direkt auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung treffen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Lichtstrahl nicht direkt auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung geführt wird, sondern auf eine Innenwand der Aufnahmekammer. Der Lichtstrahl kann in diesem Fall erfasst werden, indem die fotoelektrische Sensorvorrichtung Streulicht des Lichtstrahls erfasst. Das Streulicht kann beispielsweise diffus gestreutes oder reflektiertes Licht sein. Die Aufnahmekammer kann eine Form aufweisen, welche Streulicht in die Richtung der Abstrahloptik abschattet, sodass dieses nicht in die Abstrahloptik gelangt. Die fotoelektrische Sensorvorrichtung kann beispielsweise eine Fotodiode, ein CCD-Sensor, ein CMOS-Sensor, ein Fototransistor oder ein vergleichbarer Sensor sein. Mittels des fotoelektrischen Sensors kann somit ein in die Aufnahmekammer geführter Lichtstrahl detektiert werden.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein in die Aufnahmekammer reflektierter Lichtstrahl erfasst werden kann. Es kann auch ermöglicht werden, eine Diagnose der Lichtmenge durchzuführen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung zumindest zwei Subsegmente aufweist, wobei das jeweilige Subsegment dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Lichtstrahl unterschiedlicher Spiegel zu erfassen. Mit anderen Worten weist die fotoelektrische Sensorvorrichtung zwei oder mehr Subsegmente auf, wobei es sich bei dem Subsegment um zusammenhängende Flächen der fotoelektrischen Sensorvorrichtung handelt, welche zur Erfassung eines oder mehrerer Lichtstrahlen jeweiliger unterschiedlicher Spiegel eingerichtet sind. Es kann vorgesehen sein, dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung beispielsweise mehrere Flächen als Subsegmente aufweist, wobei ein jeweiliges Subsegment einem oder mehreren Spiegeln zugeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Funktionsfehler der Spiegelanordnung genauer lokalisiert werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das jeweilige Subsegment der fotoelektrischen Sensorvorrichtung dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Lichtstrahl eines einzigen jeweiligen Spiegels der Spiegelanordnung zu erfassen. Mit anderen Worten ist das jeweilige Subsegment zur Erfassung des jeweiligen Lichtstrahls nur des jeweiligen Spiegels eingerichtet. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Spiegel der Spiegelanordnung, ebenso wie die Subsegmente der fotoelektrischen Sensorvorrichtung, in einem Muster angeordnet sind. Die Spiegel können so gestellt sein, dass sie in der zweiten Stellung den jeweiligen Lichtstrahl auf das jeweilige Subsegment reflektieren. Somit kann einem Spiegel ein jeweiliges Subsegment zugewiesen sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Funktionsstörung einem jeweiligen Spiegel zugeordnet werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung zumindest zwei fotoelektrische Sensorelemente aufweist, wobei das jeweilige fotoelektrische Sensorelement dazu eingerichtet ist, Lichtstrahlen eines vorbestimmten Wellenlängenspektrums zu erfassen. Die erfassbaren Wellenlängenspektren der zumindest zwei fotoelektrischen Sensorelemente unterscheiden sich zumindest teilweise. Mit anderen Worten weist die Sensorvorrichtung zumindest zwei fotoelektrische Sensorelemente auf. Ein jeweiliges Sensorelement ist zur Erfassung eines vorbestimmten Wellenlängenspektrums eingerichtet. Diese Wellenlängenspektren stimmen nicht vollständig überein. So ist es beispielsweise möglich, dass ein jeweiliges fotoelektrisches Sensorelement auf eine Erfassung einer vorbestimmten Farbe abgestimmt ist. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, wenn der Lichtquelle ein Filter oder ein Farbrad nachgeschaltet ist, welches Segmente als Farbfilter aufweist. Eines der fotoelektrischen Sensorelemente kann auf ein Wellenlängenspektrum des von der Lichtquelle ausgestrahltem Lichtstrahls abgestimmt sein und ein weiteres der fotoelektrischen Sensorelemente auf ein Wellenlängenspektrum des Filters oder des Segments. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise eine Farbveränderung und/oder eine Degeneration eines Farbfilters erfasst werden kann. Somit wird auch eine Erfassung eines RGB-Negativbildes (RGB, Rot-Grün-Blau) ermöglicht. Dies ist beispielsweise bei der Projektion von farbigen Bildern als Rot-Grün-Blau-Bild relevant.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leuchtvorrichtung einen Konverterschirm aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, ein Eingangsspektrum des von der Lichtquelle ausgestrahlten eingehenden Lichtstrahls in ein Ausgangsspektrum eines ausgehenden zum jeweiligen Spiegel weitergeleiteten Lichtstrahls zu konvertieren, wobei zumindest eines der fotoelektrischen Sensorelemente zur Erfassung des Eingangsspektrums eingerichtet ist und zumindest eines der fotoelektrischen Sensorelemente zur Erfassung des Ausgangsspektrums eingerichtet ist. Der Konverterschirm kann beispielsweise als phosphorhaltiger Konverterschirm ausgebildet sein. Mit anderen Worten weist die Leuchtvorrichtung einen Konverterschirm auf, welcher der Lichtquelle nachgeschaltet ist. Ein von der Lichtquelle ausgestrahlter Lichtstrahl mit einem Eingangsspektrum trifft als eingehender Lichtstrahl auf den Konverterschirm auf. Aufgrund einer Anregung des Konverterschirms wird der eingehende Lichtstrahl in einen ausgehenden Lichtstrahl konvertiert, welcher ein Ausgangsspektrum aufweist, welches sich von dem Eingangsspektrum zumindest teilweise unterscheidet. Einer der fotoelektrischen Sensorelemente der fotoelektrischen Sensorvorrichtung ist dabei zur Erfassung des Eingangsspektrums eingerichtet und zumindest ein weiterer der fotoelektrischen Sensorelemente ist zur Erfassung des Ausgangsspektrums eingerichtet. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass durch die Lichtquelle ein eingehender Lichtstrahl mit einem Eingangsspektrum ausgestrahlt wird, welches ein Intensitätsmaximum in einem blauen Farbbereich aufweist. Dieses Eingangsspektrum kann auf Anregungswellenlängen des Konverterschirms ausgelegt sein. Der Konverterschirm kann durch den eingehenden Lichtstrahl mit dem Eingangsspektrum angeregt werden und einen ausgehenden Lichtstrahl mit einem Ausgangsspektrum abstrahlen. Die Intensität in dem blauen Farbbereich kann im Ausgangsspektrum kleiner sein als im Eingangsspektrum. Die Intensität des Ausgangsspektrums im gelben Farbbereich kann dafür höher sein als im Eingangsspektrum. Mittels einer Abstimmung der Intensität des blauen Spektrums und des gelben Spektrums kann eine Farbtemperatur des Ausgangsspektrums festgelegt werden. Durch die Kombination des blauen und des gelben Bereichs kann das Ausgangsspektrum als Weiß wahrgenommen werden. Dieser ausgehende Lichtstrahl kann mittels des Spiegels auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung geführt werden. Diese fotoelektrische Sensorvorrichtung kann ein Sensorelement aufweisen, welches auf das Eingangsspektrum ausgelegt ist und ein Sensorelement, welches auf das Ausgangsspektrum ausgelegt ist. Ein idealer Konverterschirm kann dazu eingerichtet sein, den eingehenden Lichtstrahl vollständig zu absorbieren, sodass ein auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung geführter Lichtstrahl nur eine Intensität im Ausgangsspektrum aufweist und keine Intensität im Eingangsspektrum. Kommt es zu einer Degeneration des Konverterschirms, kann der Anteil des durch die fotoelektrische Sensorvorrichtung erfassten Eingangsspektrums ansteigen. Gleichzeitig kann der Anteil des durch die fotoelektrische Sensorvorrichtung erfassten Ausgangsspektrums fallen. Durch das Verhältnis der Intensität des Eingangsspektrums zu dem Ausgangsspektrum kann eine Degeneration des Konverterschirms festgestellt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung ein Photovoltaikelement aufweist. Mit anderen Worten weist die Sensorvorrichtung ein Photovoltaikelement auf, welches dazu eingerichtet ist, einen Teil des erfassten Lichts in elektrische Energie umzuwandeln. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung ein Siliziumphotovoltaikelement oder eine organische Solarzelle aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zumindest ein Teil des Lichts, welches in die Aufnahmekammer reflektiert wird, als elektrische Energie zurückgewonnen wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmekammer einen Sammelspiegel aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, den jeweiligen in die Aufnahmekammer reflektierten Lichtstrahl auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung zu reflektieren. Mit anderen Worten ist in der Aufnahmekammer ein Sammelspiegel angeordnet, welcher in die Aufnahmekammer reflektierte Lichtstrahlen auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung reflektiert. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung an einem Ort der Aufnahmekammer angeordnet werden kann, von welchem aus weniger Streulicht die Aufnahmekammer verlassen kann, als bei einer Anordnung ohne Sammelspiegel. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung so in der Aufnahmekammer angeordnet ist, dass reflektierte Strahlen der fotoelektrischen Sensorvorrichtung nicht auf die Abstrahloptik treffen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein besseres Kontrastverhältnis ermöglicht werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sammelspiegel gekrümmt ist. Mit anderen Worten weist der Sammelspiegel eine gekrümmte Oberfläche auf. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass auf den Sammelspiegel geführte Lichtstrahlen durch den gekrümmten Sammelspiegel auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung fokussiert werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die reflektierten Lichtstrahlen auf der fotoelektrischen Sensorvorrichtung gebündelt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Innenwand der Aufnahmekammer mit einer Absorptionsschicht zum Absorbieren von Licht beschichtet ist. Mit anderen Worten weist die Innenwand der Aufnahmekammer eine Schicht auf, welche ein vorbestimmtes Absorptionsvermögen von Licht aufweist. Die Innenwand kann beispielsweise mit Schwarzmetall oder einem Lack beschichtet sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass weniger Streulicht die Aufnahmekammer verlässt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leuchtvorrichtung dazu eingerichtet ist, durch eine Steuereinheit ein Steuersignal betreffend eine Sollstellung des zumindest einen Spiegels der Spiegelanordnung an die Spiegelanordnung zu senden und die Lichtstrahlen der Leuchtvorrichtung auf die Spiegelanordnung zu strahlen. Die Leuchtvorrichtung ist dazu eingerichtet, die in die Aufnahmekammer reflektierten Lichtstrahlen mittels der fotoelektrischen Sensorvorrichtung zu erfassen und ein Istsignal der fotoelektrischen Sensorvorrichtung an der Steuereinheit bereitzustellen. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein für das Steuersignal erwartetes Erwartungssignal mit dem Istsignal zu vergleichen und bei einer vorbestimmten Abweichung des Istsignals von dem Erwartungssignal ein Fehlersignal zu erzeugen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spiegelanordnung als Mikrospiegelarray ausgebildet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung. Während des Verfahrens wird durch eine Steuereinheit ein Steuersignal betreffend eine Sollstellung zumindest eines Spiegels einer Spiegelanordnung an die Spiegelanordnung gesandt. Das Steuersignal betrifft die durch zumindest einen Spiegel einzunehmende Stellung. Der Spiegel der Spiegelanordnung steht in einer ersten Stellung in einem ersten Winkel, in welchem er Lichtstrahlen aus der Leuchtvorrichtung in eine Abstrahloptik reflektiert. In einer zweiten Stellung steht der Spiegel in einem zweiten Winkel, in welchem er Lichtstrahlen in eine Aufnahmekammer eines Kühlkörpers reflektiert. In einem nächsten Schritt werden Lichtstrahlen von der Leuchtvorrichtung in die Spiegelanordnung gestrahlt. Durch eine fotoelektrische Sensorvorrichtung werden in die Aufnahmekammer reflektierte Lichtstrahlen erfasst. Von der fotoelektrischen Sensorvorrichtung wird ein Istsignal an die Steuereinheit versandt. Das Istsignal wird durch die Steuereinheit mit einem für das Steuersignal erwarteten Erwartungssignal verglichen. Im Fall einer Überschreitung einer vorbestimmten Abweichung des Istsignals von dem Erwartungssignal, wird durch die Steuereinheit ein Fehlersignal ausgegeben. Mit anderen Worten wird durch die Steuereinheit das Steuersignal an die Spiegelanordnung gesandt, welches eine Stellung des jeweiligen Spiegels steuert. Von der Leuchtvorrichtung werden Lichtstrahlen in die Spiegelanordnung gestrahlt, welche in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Spiegels entweder in die Aufnahmekammer oder in die Abstrahloptik reflektiert werden. Durch eine fotoelektrische Sensorvorrichtung werden die in die Aufnahmekammer reflektierten Lichtstrahlen erfasst. In Abhängigkeit von den erfassten Lichtstrahlen wird ein Istsignal an die Steuereinheit versandt. Die Steuereinheit vergleicht das Istsignal mit einem bei dem Steuersignal zu erwartenden Erwartungssignal. Bei einer Überschreitung einer vorbestimmten Abweichung des Erwartungssignals von dem Istsignal erfolgt eine Ausgabe des Fehlersignals durch die Steuereinheit.
Es ist beispielsweise möglich, dass die Steuereinheit als Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgebildet ist und das Steuersignal eine durch den jeweiligen Spiegel der Spiegelanordnung einzunehmende Stellung beschreibt, welches an die Spiegelanordnung gesandt wird. Eine Diode (LED) kann als Lichtquelle Lichtstrahlen in die Spiegelanordnung strahlen, wobei die Lichtstrahlen in Abhängigkeit von der Stellung des jeweiligen Spiegels reflektiert werden. In der Aufnahmekammer des Kühlkörpers kann eine Fotodiode als fotoelektrische Sensorvorrichtung angeordnet sein, welche die in die Aufnahmekammer reflektierten Lichtstrahlen erfassen kann. In Abhängigkeit von den erfassten Lichtstrahlen kann die fotoelektrische Sensorvorrichtung ein Istsignal an die Steuereinheit übermitteln. Das Istsignal kann beispielsweise eine Intensität aller durch die Sensorvorrichtung erfassten Lichtstrahlen beschreiben. Die Steuereinheit kann das Istsignal mit dem Erwartungssignal vergleichen. Das Erwartungssignal kann dabei abhängig von dem Steuersignal sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Erwartungssignal die Hälfte eines maximalen Wertes beschreibt, wenn das Steuersignal die Spiegelanordnung derart ansteuert, dass die Hälfte der Spiegel Lichtstrahlen in die Aufnahmekammer reflektieren. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, ein Fehlersignal auszugeben, wenn eine vorbestimmte Abweichung des Istsignals von dem Erwartungssignal überschritten wird. Die Abweichung kann eine vorbestimmte Messtoleranz der fotoelektrischen Sensorvorrichtung beschreiben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung. Die Leuchtvorrichtung kann beispielsweise in einem Projektor eines Headupdisplays oder einem Scheinwerfer angeordnet sein.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine Leuchtvorrichtung;
2 eine Leuchtvorrichtung mit einem Sammelspiegel; und
3 einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Leuchtvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Leuchtvorrichtung 1 weist eine Lichtquelle 2, einen Kühlkörper 3, eine Abstrahloptik 4 und eine Spiegelanordnung 5 auf, welche zumindest einen Spiegel 6 aufweist. Die Spiegelanordnung 5 kann insbesondere als Mikrospiegelarray ausgebildet sein. Der Kühlkörper 3 kann Kühlrippen 7 aufweisen, welche eine Wärmeabgabe an die Umgebung verbessern. Der Kühlkörper 3 kann eine Aufnahmekammer 8 aufweisen, in welcher eine fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 angeordnet sein kann. Eine Innenwand 10 der Aufnahmekammer 8 kann mit einer Absorptionsschicht beschichtet sein. Der Spiegel 6 kann zumindest zwei Stellungen einnehmen, wobei der Spiegel in einer ersten Stellung 11 einen von der Lichtquelle 2 ausgestrahlten Lichtstrahl 12 so reflektiert, dass er den von der Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtstrahl 12 in die Abstrahloptik 4 der Leuchtvorrichtung 1 reflektiert. In einer zweiten Stellung 13 kann der Spiegel so orientiert sein, dass er den Lichtstrahl 12 auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 führt. Der Spiegel 6 der Spiegelanordnung 5 kann mittels eines Steuersignals 14, welches von einer Steuereinheit 15 an die Spiegelanordnung 5 versandt werden kann, gesteuert werden. Ein Lichtstrahl 12, welcher in die Aufnahmekammer 8 reflektiert wird, kann durch die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 erfasst werden. Die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 kann daraufhin ein Istsignal 16 an die Steuereinheit 15 versenden. Die Steuereinheit 15 kann das Istsignal 16 mit einem Erwartungssignal 17 vergleichen. Das Erwartungssignal 17 kann proportional zu der Anzahl der Spiegel 6 der Spiegelanordnung 5 sein, welche in der zweiten Stellung 13 eingestellt sind. Falls eine vorbestimmte Abweichung des Istsignals 16 zu dem Erwartungssignal 17 überschritten wird, kann die Steuereinheit ein Fehlersignal 18 versenden.
2 zeigt eine Leuchtvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Leuchtvorrichtung 1 kann im Wesentlichen mit der in 1 gezeigten Ausführungsform übereinstimmen. Die Leuchtvorrichtung 1 kann einen Sammelspiegel 19 aufweisen, welcher dazu eingerichtet sein kann, Lichtstrahlen 12, welche in die Aufnahmekammer 8 geführt werden, auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 zu reflektieren. Der Sammelspiegel 19 kann auch gekrümmt oder geknickt sein, um die Lichtstrahlen 12 auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 zu führen, wenn der Spiegel 6 die zweite Stellung 13 eingenommen hat. Die Krümmung des Sammelspiegels 19 kann derart ausgestaltet sein, dass die Lichtstrahlen 12 auch auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 geführt werden, wenn sich der Spiegel 6 in einer dritten Stellung 24 befindet. Die dritte Stellung 24 kann beispielsweise eine sogenannte Neutralstellung sein. Es kann vorgesehen sein, dass der Spiegel 6 in einem vorbestimmten Temperaturbereich zwischen der zweiten Stellung 13 und der dritten Stellung 24 in einer Schwingbewegung 25 betrieben wird. Dies kann bedeuten, dass die Ausrichtung des Spiegels 6 mit einer vorbestimmten Frequenz zwischen der zweite Stellung 13 und der dritten Stellung 24 umgeschaltet wird. Die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 kann Subsegmente 20 aufweisen, welche jeweilige Lichtstrahlen unterschiedlicher Spiegel 6 erfassen können. Die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 kann zumindest zwei fotoelektrische Sensorelemente 21 aufweisen, welche zur Erfassung eines jeweiligen vorbestimmten Wellenlängenspektrums eingerichtet sein können. Zwischen der Lichtquelle 2 und dem Spiegel 6 kann ein Konverterschirm 22 angeordnet sein, welcher das Lichtspektrum eines Lichtstrahls 12 konvertieren kann. In der gezeigten Ausführungsform weist die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 zudem ein Photovoltaikelement 23 auf, welches dazu eingerichtet ist, einen Teil des erfassten Lichts in elektrische Energie umzuwandeln.
Im Falle der Messung des Streulichts ist die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 nahe bei der Lichtquelle 2 zu platzieren, um aus der Messung stichhaltige Ergebnisse über den Zustand der Lichtquelle 2 zu erhalten. Jedoch sollte die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 so platziert sein, dass es zu keinen merklich optischen Nachteilen der Lichtausstrahlung der Leuchtvorrichtung 1 durch die Optik oder Reflektoren kommt.
Eine Lösungsvariante besteht darin, eine fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 in der Nähe der Lichtquelle 2 zur Messung des Streulichts oder des direkt eingestrahlten Lichts zu platzieren. Durch die Differenz von dem bekannten Sollwert zum gemessenen Istwert an der fotoelektrischen Sensorvorrichtung 9 kann man auf den Zustand der aktiven Lichtquelle 2 schließen. Im Falle der Nutzung von Laserlicht als Lichtquelle 2 kann die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 auf den Wellenlängenbereich optimiert werden.
Mit einer Streulicht-Messung ist eine exakte Qualifizierung des Lichtbildes typischerweise nicht möglich, jedoch kann die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 so platziert werden, dass die Lichtmenge an der fotoelektrischen Sensorvorrichtung 9 einer Funktion der Anzahl der hell gestellten Bildpunkte folgt. Die Messung bleibt jedoch relativ grob, weshalb eine Auflösung mit weniger als 10% Abweichung vom Sollwert kaum erreichbar erscheint. Nachteilig bei so einer Lösung ist auch, dass ein Einstrahlen von Umgebungslicht nicht ausgeschlossen werden kann.
Bei der dezidierten Lichtmessung wird die gesamte oder ein Teil des Lichts von der Lichtquelle 2 (welches nicht durch die Optik abgegeben wird) auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 gerichtet. Hierbei kann die Größe der fotoelektrischen Sensorvorrichtung 9 an die Lichtquelle 2 angepasst werden, um die Messgenauigkeit und/oder Effizienz der Leuchtvorrichtung 1 zu erhöhen. Da trotz des Einsatzes der fotoelektrischen Sensorvorrichtung 9 ein Teil des Lichts in Wärme umgewandelt wird, sollte die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 in dem Kühlkörper 3, welcher passiv durch Kühlrippen ausgeführt sein kann, integriert sein. Um Reflexionen am Sensor zu vermeiden, wird die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 so angeordnet, dass das von der fotoelektrischen Sensorvorrichtung 9 reflektierte Licht durch den Kühlkörper 3, welcher in diesem Bereich eine nicht-reflektierende Oberfläche besitzt, absorbiert werden kann. Es kann zusätzlich in dem Kühlkörper 3 ein Sammelspiegel 19 integriert werden. Durch diesen Sammelspiegel 19 ist ein steilerer Winkel und damit eine Steigerung der Effizienz des Sensors möglich. In allen Fällen ist natürlich wichtig, dass möglichst kein Licht die Lichtsenke wieder verlassen kann. Die Qualität der Abbildung würde darunter leiden. Mit einer Ein-Pixel-Messung ist eine exakte Qualifizierung des Lichtbildes typischerweise nicht möglich, jedoch liefert der Sensor eine streng monotone (in erster Näherung lineare) Funktion der Anzahl der nicht-hell gestellten Pixel. Die Messung kann relativ fein erfolgen, einzelne Pixel-Fehler werden jedoch im Normalbetrieb kaum auflösbar sein. Man kann jedoch andenken - zum Beispiel als Diagnose in der Werkstatt - sequenziell einzelne Pixel bewusst zu aktivieren und zu vermessen. Damit könnten einzelne hängende Pixel diagnostizierbar sein. Auch bei speziellen Animationen (zum Beispiel Welcome/Goodbye-Licht) sind verbesserte Diagnosemöglichkeiten möglich. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Bauform ist, dass man das Eindringen von Streulicht (zum Beispiel aus der Umgebung) durch bauliche Maßnahmen recht gut verhindern kann.
Mit einer Kamera kann auch kontrolliert werden, ob die Intensität des negativen Bildes mit der Lichtverteilung übereinstimmt. Man kann auch die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 in viele Subsegmente teilen - zum Beispiel in Streifen, um die Hell/Dunkel-Grenzen überwachen zu können. Es kann bei geeigneter Auslegung jeder einzelne Pixel des DMD jederzeit überprüft werden.
Bei jeder Messung muss sichergestellt werden, dass die Messung von Störgrößen, wie externen Lichtquellen oder durch einen durch thermische Beeinflussung resultierenden Messoffset, bereinigt ist oder dies in der Messung berücksichtigt wird.
Mögliche Zeitpunkte einer erweiterten Auswertung wären beispielsweise vor und nach dem aktiven Betrieb im Zuge von vordefinierten Lichtfunktionen (z.B. Welcome/Goodbye Light) oder während des aktiven Betriebs der Leuchtvorrichtung 1. Leuchtvorrichtungen, die z.B. DMDs aufweisen, die eine dezidierte Licht-Messung ermöglichen, können auch jederzeit außerhalb der Anwendung (Licht wird nicht auf der Straße benötigt) gemessen werden. Eine weitere Möglichkeit wäre es, in der Werkstatt mittels einer Diagnoseanfrage aufwändigere Muster darzustellen.
Bei der erweiterten Auswertung kann sichergestellt werden, dass jede mögliche Variation von Beleuchtungs-Zuständen gemessen wird. Dies dient zur Stärkung der Aussage über den Zustand der Leuchtvorrichtung 1.
Bei der dezidierten Licht-Messung kann das Licht, welches nicht durch die Abstrahloptik 4 nach Außen abgestrahlt und sonst in Wärme umgewandelt wird, durch Wahl einer Photovoltaikzelle als die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 zum Teil in elektrische Energie umgewandelt werden. Der Gesamtwirkungsgrad kann im Bereich von 10% (gewonnene Energie gegenüber eingesetzter elektrischer Energie) liegen.
Der Wirkungsgrad kann durch die Verringerung des Eintrittswinkels durch einen (evtl. auch gekrümmten) Sammelspiegel 19 erhöht werden. Durch eine geeignete Bauform des Sammelspiegels 19 könnte es möglich sein, dass das reflektierte Licht möglichst vollständig auf die Photovoltaikzelle reflektiert wird. Wirtschaftlich interessant kann die Lösung sein, wenn eine Diagnose des abgegebenen Lichtmusters zusammen mit einer Limitierung einer Erwärmung oder einer vorbestimmte Energieeffizienz, beispielsweise bei einem akkugetriebenen Gerät, erfolgt.
Wenn ein Laser oder eine LED mit einem Intensitätsmaximum im blauen Wellenlängenbereich als Lichtquelle 2 genutzt wird und eine Konversion auf weißes Licht durch den Konverterschirm 22 erfolgt ergeben sich weiter Optimierungsmöglichkeiten: Wenn Laser oder LEDs als Lichtquelle 2 benutzt werden, kann durch Optimierung der Empfindlichkeit der fotoelektrischen Sensorvorrichtung 9 auf den Wellenlängenbereich der Lichtquelle 2 die Effizienz der Rückgewinnung der Energie optimiert werden. In einer weiteren Anführungsform kann ein fotoelektrisches Sensorelement 21 in Kooperation mit mindestens einem weiteren fotoelektrischen Sensorelement 21 zur Diagnose von Konverterversagen herangezogen werden. Dies kann mittels einer Bewertung der blau/gelb - Verteilung durch die Steuereinheit 15 erfolgen. Dies ist vorteilhaft, weil Laserlicht eine als Scheinwerfer genutzte Abstrahloptik 4 nicht verlassen darf, da Menschen gefährdet werden könnten.
3 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren kann als Diagnoseverfahren zur Diagnose einer Funktionsstörung der Leuchtvorrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs KFZ verwendet werden. Zur Darstellung eines Lichtmusters kann die Steuereinheit 15 ein Steuersignal 14 an eine Spiegelanordnung 5 einer Leuchtvorrichtung 1 senden (P1). Das Steuersignal 14 kann festlegen, welche Stellung ein jeweiliger Spiegel 6 der Spiegelanordnung 3 einnehmen soll. Konkret kann das Steuersignal 14 festlegen, ob ein jeweiliger Spiegel 6 einen jeweiligen auftreffenden Lichtstrahl 12 in die Abstrahloptik 4 oder die Aufnahmekammer 8 reflektieren soll. Die Lichtquelle 2, wobei es sich um eine Leuchtdiode handeln kann, kann Lichtstrahlen 12 in die Spiegelanordnung 5 abstrahlen (P2) . Die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9, welche in der Aufnahmekammer 8 angeordnet sein kann, kann in die Aufnahmekammer 8 reflektierte Lichtstrahlen 12 erfassen (P3). Die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 kann, basierend auf den erfassten Lichtstrahlen 12, ein Istsignal 16 generieren, welches beispielsweise eine Lichtintensität aller auf der fotoelektrischen Sensorvorrichtung 9 auftreffenden Lichtstrahlen 12 beschreiben kann. Das Istsignal 16 kann durch die fotoelektrische Sensorvorrichtung 9 an die Steuereinheit 15 versandt werden (P4) . Die Steuereinheit 15 kann ein Erwartungssignal 17 berechnen, welches beispielsweise proportional zu der Anzahl der Spiegel 6 sein kann, welche gemäß dem Steuersignal 14 einen Lichtstrahl in die Aufnahmekammer 8 reflektieren sollen. Die Steuereinheit 15 kann das Erwartungssignal 17 mit dem Istsignal 16 vergleichen (P5) . Wird eine vorbestimmte Abweichung überschritten, kann die Steuereinheit 15 ein Fehlersignal 18 versenden (P6). Das Fehlersignal 18 kann beispielsweise ein Aufleuchten einer Warnleuchte des Kraftfahrzeugs KFZ bewirken.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Fehlererkennung für eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt wird.
Bezugszeichenliste

1: Leuchtvorrichtung
2: Lichtquelle
3: Kühlkörper
4: Abstrahloptik
5: Spiegelanordnung
6: Spiegel
7: Kühlrippen
8: Aufnahmekammer
9: fotoelektrische Sensorvorrichtung
10: Innenwand
11: erste Stellung
12: Lichtstrahl
13: zweite Stellung
14: Steuersignal
15: Steuereinheit
16: Istsignal
17: Erwartungssignal
18: Fehlersignal
19: Sammelspiegel
20: Subsegment
21: fotoelektrische Sensorelemente
22: Konverterschirm
23: Photovoltaikelement
24: dritte Stellung
25: Schwingbewegung
KFZ: Kraftfahrzeug

Claims

Leuchtvorrichtung (1), aufweisend eine Lichtquelle (2), einen Kühlkörper (3), eine Abstrahloptik (4) und eine Spiegelanordnung (5) mit zumindest einem Spiegel (6), wobei der jeweilige Spiegel (6) dazu eingerichtet ist, einen jeweiligen von der Lichtquelle (2) ausgestrahlten Lichtstrahl (12) in einer ersten Stellung (11) in die Abstrahloptik (4) zu reflektieren und in einer zweiten Stellung (13) in eine Aufnahmekammer (8) des Kühlkörpers (3) zu reflektieren, dadurch gekennzeichnet , dass in der Aufnahmekammer (8) eine fotoelektrische Sensorvorrichtung (9) angeordnet ist, welche dazu eingerichtet ist, den jeweils in die Aufnahmekammer (8) reflektierten Lichtstrahl (12) zu erfassen.
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung (9) zumindest zwei Subsegmente (20) aufweist, wobei das jeweilige Subsegment (20) dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Lichtstrahl (12) unterschiedlicher Spiegel (6) zu erfassen.
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass das jeweilige Subsegment (20) der fotoelektrischen Sensorvorrichtung (9) dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Lichtstrahl (12) eines einzigen jeweiligen Spiegels der Spiegelanordnung (5) zu erfassen.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung (9) zumindest zwei fotoelektrische Sensorelemente (21) aufweist, wobei das jeweilige fotoelektrische Sensorelement (21) dazu eingerichtet ist, Lichtstrahlen (12) eines vorbestimmten Wellenlängenspektrums zu erfassen, wobei sich die Wellenlängenspektren zumindest teilweise unterscheiden.
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Leuchtvorrichtung (1) einen Konverterschirm (22) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, ein Eingangsspektrum des von der Lichtquelle (2) ausgestrahlten Lichtstrahls (12) in ein Ausgangsspektrum eines ausgehenden zum jeweiligen Spiegel (6) weitergeleiteten Lichtstrahls (12) zu konvertieren, wobei zumindest eines der fotoelektrischen Sensorelemente (21) zur Erfassung des Eingangsspektrums eingerichtet ist und zumindest eines der fotoelektrischen Sensorelemente (21) zur Erfassung des Ausgangsspektrums eingerichtet ist.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die fotoelektrische Sensorvorrichtung (9) ein Photovoltaikelement (23) aufweist.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Aufnahmekammer (8) einen Sammelspiegel (19) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, den jeweiligen in die Aufnahmekammer (8) reflektierten Lichtstrahl (12) auf die fotoelektrische Sensorvorrichtung (9) zu reflektieren.
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass der Sammelspiegel (19) gekrümmt ist.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwand (10) der Aufnahmekammer (8) mit einer Absorptionsschicht zum Absorbieren von Licht beschichtet ist.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, - durch eine Steuereinheit (15) ein Steuersignal (14) betreffend eine Sollstellung des zumindest einen Spiegels (6) der Spiegelanordnung (5) an die Spiegelanordnung (5) zu senden, - die Lichtstrahlen (12) der Leuchtvorrichtung (1) auf die Spiegelanordnung (5) zu strahlen, - die in die Aufnahmekammer (8) reflektierten Lichtstrahlen (12) mittels der fotoelektrischen Sensorvorrichtung (9) zu erfassen, - ein Istsignal (16) der fotoelektrischen Sensorvorrichtung (9) an der Steuereinheit (15) bereitzustellen, - ein für das Steuersignal (14) erwartetes Erwartungssignal (17) mit dem Istsignal (16) durch die Steuereinheit (15) zu vergleichen und - bei einer vorbestimmten Abweichung des Istsignals (16) von dem Erwartungssignal (17) ein Fehlersignal (18) durch die Steuereinheit (15) zu erzeugen.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Spiegelanordnung (5) als Mikrospiegelarray ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass - durch eine Steuereinheit (15) ein Steuersignal (14) betreffend eine Sollstellung zumindest eines Spiegel (6) einer Spiegelanordnung (5) an die Spiegelanordnung (5) gesandt wird, - Lichtstrahlen (12) von einer Leuchtvorrichtung (1) auf die Spiegelanordnung (5) gestrahlt werden, - durch eine fotoelektrische Sensorvorrichtung (9) in eine Aufnahmekammer (8) reflektierte Lichtstrahlen (12) erfasst werden, - ein Istsignal (16) von der fotoelektrischen Sensorvorrichtung (9) an die Steuereinheit (15) versandt wird, - ein für das Steuersignal (14) erwartetes Erwartungssignal (17) mit dem Istsignal (16) durch die Steuereinheit (15) verglichen wird und - bei einer vorbestimmten Abweichung des Istsignals (16) von dem Erwartungssignal (17) ein Fehlersignal (18) durch die Steuereinheit (15) versandt wird.
Kraftfahrzeug (KFZ) mit einer Leuchtvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.