EP3899360B1

EP3899360B1 - Beleuchtungssystem für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP3899360B1
Application number: EP19805972.7A
Authority: EP
Inventors: Thomas MITTERLEHNER; Michael RIESENHUBER; Jakob Pühringer
Original assignee: ZKW Group GmbH
Current assignee: ZKW Group GmbH
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2022-06-29
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: WO2020126298A1; CN113242949A; EP3671017A1; KR20210093297A; CN113242949B; EP3899360A1; KR102537719B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug, welches Beleuchtungssystem Folgendes umfasst:

einen ersten Laserscanner mit zumindest einer Laserlichtquelle, wobei der Laserlichtquelle ein erster Mikroscanner zugeordnet ist, welcher erste Mikroscanner dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle auf ein erstes Lichtkonversionselement zu lenken, wodurch an dem ersten Lichtkonversionselement sichtbares Licht abgestrahlt und ein erstes Lichtbild erzeugt wird, wobei dem ersten Lichtkonversionselement ein optisches Abbildungssystem zugeordnet ist, um das erste Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem als erste Teillichtverteilung abzubilden,
einen zweiten Laserscanner mit zumindest einer Laserlichtquelle, wobei der Laserlichtquelle ein zweiter Mikroscanner zugeordnet ist, welcher zweite Mikroscanner dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle auf ein zweites Lichtkonversionselement zu lenken, wodurch an dem zweiten Lichtkonversionselement sichtbares Licht abgestrahlt und ein zweites Lichtbild erzeugt wird, wobei dem zweiten Lichtkonversionselement ein optisches Abbildungssystem zugeordnet ist, um das zweite Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem als zweite Teillichtverteilung abzubilden,

wobei die veränderbare erste und zweite Teillichtverteilung eine gemeinsame veränderbare Gesamtlichtverteilung vor dem Beleuchtungssystem erzeugen und sich zumindest teilweise überlappen, wobei die Gesamtlichtverteilung einen Öffnungswinkel aufweist,
und wobei der erste und der zweite Mikroscanner jeweils um eine Achse, welche parallel zueinander angeordnet sind, drehbar gelagert sind, wobei der erste und der zweite Mikroscanner um eine Nulllage mit einer festlegbaren Schwingungsamplitude AMP um die Achse schwingen können, wobei die Schwingungsamplitude durch einen Maximalwert MEMSmax begrenzt ist, wobei die Schwingungsamplitude AMP eine horizontale Breite der jeweils erzeugten Teillichtverteilung bestimmt,
und wobei der erste und der zweite Mikroscanner entlang einer gedachten Linie angeordnet sind, wobei die Nulllage des ersten Mikroscanners um einen ersten Winkel ALPHA und die Nulllage des zweiten Mikroscanners um einen zweiten Winkel ALPHA' zur gedachten Linie geneigt angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Winkel invers zueinander sind,
und wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung jeweils einen Lichtschwerpunkt aufweisen, der dadurch charakterisiert ist, dass an diesem Punkt die jeweilige Lichtintensität maximal ist, wobei der Lichtschwerpunkt an den jeweiligen Mikroscannern entsprechend einer festlegbaren Lichtschwerpunktverschiebung LSPV verschiebbar ist,
und wobei die Teillichtverteilungen jeweils um einen den jeweiligen Mikroscannern zuführbaren Offsetwert OFFSET verschiebbar sind,
- eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Mikroscanner anzusteuern, wobei das Schwingungsverhalten des ersten und zweiten Mikroscanners zumindest über die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET, welche durch die Steuereinrichtung veränderbar sind, steuerbar ist.
Weiters betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem.
Laserprojektionssysteme können durch die Ablenkung eines Laserstrahles durch sogenannte Mikroscanner realisiert werden. Diese Mikroscanner können z.B. als in MEMS- oder MOEMS-Technik (Micro-Electro-Mechanical Systems bzw. Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems) gefertigte Mikrospiegel ausgeführt sein, die nur wenige Millimeter Durchmesser aufweisen und in einer bzw. zwei Achsrichtungen in Schwingung versetzt werden können.

Die Schwingungsamplitude bestimmt dabei die Breite des erzeugten Lichtbildes bzw. Teillichtverteilung.
Die Schwingungsgeschwindigkeit, d.h. bei einem Mikroscanner die Winkelablenkung nach der Zeit zu variieren (Winkelgeschwindigkeit). Da ein "langsam" bewegender Lichtpunkt mehr Licht im Lichtkonversionselement erzeugt als ein schnell wandernder Lichtpunkt, kann man auf diese Weise die Lichtverteilung gleichfalls beeinflussen.
Bei einem Einsatz von zwei Laserscannern, deren erzeugte Teillichtverteilungen gemeinsam eine Gesamtlichtverteilung ergeben, können sich bei unterschiedlich einstellbaren Schwingungsamplituden unerwünschte Effekte bilden, beispielsweise zwei Helligkeitsmaxima in der Gesamtlichtverteilung. Beleuchtungssysteme für Kraftfahrzeuge mit zwei Laserscannern sind z.B. aus WO 2017/020054 A1 und EP 2 690 352 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Beleuchtungssystem für Kraftfahrzeuge bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eine zeitlich veränderliche Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung repräsentiert, und die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET des ersten und zweiten Mikroscanners abhängig von dem Prüfungsergebnis eines Kriteriums der Eingangsgröße DOA festlegt, nämlich DOA ≤ (MEMSmax - ALPHA), wobei die maximale Schwingungsamplitude MEMSmax den maximalen Winkel um die jeweilige Achse darstellt, und wobei bei Erfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners wie folgt festgelegt sind:

AMP = DOA
OFFSET = ALPHA
LSPV = 0°
und die Parameter des zweiten Mikroscanners wie folgt festlegt sind:
- AMP = DOA
- OFFSET = -ALPHA
- LSPV = 0°
  und wobei bei Nichterfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners wie folgt festgelegt sind: $AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA) / 2$
  $OFFSET = MEMSmax - AMP$
  $LSPV = DOA - AMP$
  und die Parameter des zweiten Mikroscanners wie folgt festgelegt sind: $AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA) / 2$
  $OFFSET = - (MEMSmax - AMP)$
  $LSPV = - (DOA - AMP) .$

Da Laserlichtquellen in der Regel kohärentes, monochromatisches Licht bzw. Licht in einem engen Wellenlängenbereich abstrahlen, aber bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer im Allgemeinen für das abgestrahlte Licht weißes Mischlicht bevorzugt bzw. gesetzlich vorgeschrieben ist, sind den Laserlichtquellen sogenannte Lichtkonversionselemente zur Umwandlung von im Wesentlichen monochromatischem Licht in weißes bzw. polychromatisches Licht zugeordnet, wobei unter "weißes Licht" Licht einer solchen Spektralzusammensetzung verstanden wird, welches beim Menschen den Farbeindruck "weiß" hervorruft. Dieses Lichtkonversionselement ist zum Beispiel in Form eines oder mehrerer Photolumineszenzkonverter bzw. Photolumineszenzelemente ausgebildet, wobei einfallende Laserstrahlen der Laserlichtquelle auf das in der Regel Photolumineszenzfarbstoff aufweisende Lichtkonversionselement auftreffen und diesen Photolumineszenzfarbstoff zur Photolumineszenz anregen, und dabei Licht in einer dem Licht der einstrahlenden Lasereinrichtung verschiedenen Wellenlänge bzw. Wellenlängenbereiche abgibt. Die Lichtabgabe des Lichtkonversionselements weist dabei im Wesentlichen Charakteristiken eines Lambert'schen Strahlers auf.
Bei Lichtkonversionselementen wird zwischen reflektiven und transmissiven Konversionselementen unterschieden.
Die Begriffe "reflektiv" und "transmissiv" beziehen sich hierbei auf den Blauanteil des konvertierten weißen Lichts. Bei einem transmissiven Aufbau ist die Hauptausbreitungsrichtung des Blaulichtanteils nach dem Durchtritt durch das Konvertervolumen bzw. Konversionselements im Wesentlichen gleichgerichtet zur Ausbreitungsrichtung des Ausgangslaserstrahls. Bei einem reflektiven Aufbau wird der Laserstrahl an einer dem Konversionselement zurechenbaren Grenzfläche reflektiert bzw. umgelenkt, sodass der Blaulichtanteil eine andere Ausbreitungsrichtung aufweist als der Laserstrahl, welcher in der Regel als blauer Laserstrahl ausgeführt ist.
In der Praxis entsteht die Gesamtlichtverteilung auf der Straße durch Überlagerung der Teillichtverteilungen, wobei sich der erste Laserscanner beispielsweise in einem linken Kraftfahrzeugscheinwerfer und der zweite Laserscanner beispielsweise in einem rechten Kraftfahrzeugscheinwerfer befindet, wodurch die resultierende Gesamtlichtverteilung von einem linken und einem rechten Kraftfahrzeugscheinwerfer eines Kraftfahrzeuges erzeugt wird.
Mit Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Laserlichtquellen dimmbar sind.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass - gemessen von der gedachten Linie - der erste Winkel ALPHA 2° und der zweite Winkel ALPHA' -2° beträgt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mikroscanner als quasistatische Mikroscanner ausgebildet sind.
Mikroscanner können eindimensional (Spiegel bewegt sich nur in eine Richtung) oder zweidimensional (Spiegel bewegt sich in zwei Richtungen gleichzeitig) bezogen werden. Die meisten derzeit verfügbaren Mikroscanner arbeiten nach einem resonanten Antriebsprinzip. Die MEMS-Scanner stellen dabei im Wesentlichen mechanische Schwingkreise dar, die in ihrer Resonanzfrequenz angeregt werden und sinusförmig schwingen. Dieser sinusförmige Verlauf stellt ein großes Problem dar, was die Ausnützung der installierten Laserleistung betrifft, da die Lichtverteilung immer dort am hellsten ist, wo der Mikroscanner die geringste Winkelgeschwindigkeit erreicht. Bei einer sinusförmigen Schwingung würde so der Randbereich am hellsten wirken und der Mittenbereich bzw. das Zentrum der Lichtverteilung am dunkelsten, weshalb die Laserdioden stark gedimmt werden müssen und deshalb nur zu einem geringen Prozentanteil (ca. 40%) ausgenützt werden können.
Abhilfe schaffen hier quasistatische Mikroscanner, die in ihrer Winkelgeschwindigkeit innerhalb bestimmter physikalischer Grenzen (Resonanzfrequenzen,...) beliebig gesteuert werden können. Somit ist es möglich, einen Großteil des erzeugten Lichtes in die Mitte bzw. Zentrum der Teillichtverteilung zu lenken, wodurch die Ausnützung der installierten Laserleistung der Laserlichtquellen auf bis zu ca. 90% bei typischen Teillichtverteilungen gesteigert werden kann. Eine Ausnützung von 100% ist nicht möglich, da der Mikroscanner im Randbereich eine Richtungsänderung vornimmt, was ein vollständiges "Abbremsen" des Spiegels und anschließende Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung bedeutet. Während dieser Phase werden die Laserlichtquellen deaktiviert, da sonst aufgrund der im Mittel betrachtet niedrigen Winkelgeschwindigkeit in diesem Umkehrbereich die Lichtintensität dort deutlich ansteigen würde, was nicht gewünscht ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Maximalwert MEMSmax der Schwingungsamplitude der Mikroscanner 6° ist.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung die Laserlichtquellen ansteuert.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Beleuchtungssystem gelöst.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der zeitlich veränderliche Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung DOA sich abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges verändert, wobei bei einem Anstieg der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges der Soll-Öffnungswinkels DOA reduziert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein beispielhaftes Beleuchtungssystem mit einem ersten Laserscanner, welcher einen ersten Mikroscanner umfasst, und einem zweiten Laserscanner, welcher einen zweiten Mikroscanner umfasst, wobei die Mikroscanner jeweils um einen ersten bzw. einen zweiten Winkel geneigt sind, und wobei die Mikroscanner durch eine Steuereinrichtung veränderbare Parameter aufweisen, wobei der erste Laserscanner eine erste Teillichtverteilung und der zweite Laserscanner eine zweite Teillichtverteilung erzeugt, wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung gemeinsam eine Gesamtlichtverteilung erzeugen, welche einen Öffnungswinkel aufweist, wobei die Gesamtlichtverteilung auf einem Messschirm abgebildet wird,
Fig. 2 eine beispielhafte Kennlinie eines Mikroscanners, wobei eine Schwingungsamplitude AMP gegen die Winkelgeschwindigkeit aufgetragen ist, und wobei die maximale Schwingungsamplitude MEMSmax 6° beträgt,
Fig. 3A eine Darstellung einer veränderten Schwingungsamplitude AMP der Kennlinie aus Fig. 2;
Fig. 3B eine Darstellung einer Lichtschwerpunktverschiebung LSVP an der Kennlinie aus Fig. 2;
Fig. 3C eine Darstellung einer Verschiebung einer Kennlinie durch einen Offsetwert OFFSET;
Fig. 4A eine Darstellung der ersten bzw. zweiten Teillichtverteilung an dem Messschirm für verschiedene Öffnungswinkel, wobei der erste und der zweite Winkel der jeweiligen Mikroscanner Null beträgt;
Fig. 4B eine Darstellung der Gesamtlichtverteilung an dem Messschirm, welche sich aus den Teillichtverteilungen aus Fig. 4A zusammensetzt;
Fig. 5A erste Teillichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei der erste Mikroscanner in diesem Beispiel um 2° geneigt ist, wobei für die einzelnen dargestellten Teillichtverteilungen der Lichtschwerpunkt in Richtung Zentrum verschoben sind;
Fig. 5B zweite Teillichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei der zweite Mikroscanner in diesem Beispiel um -2° geneigt ist, wobei für die einzelnen dargestellten Teillichtverteilungen der Lichtschwerpunkt in Richtung Zentrum verschoben sind;
Fig. 5C Gesamtlichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei sich die Gesamtlichtverteilung durch die Teillichtverteilungen aus Fig. 5A und 5B zusammensetzt;
Fig. 6A erste Teillichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei die Parameter des ersten Mikroscanners gemäß des erfindungsgemäßen Kriteriums eingestellt sind;
Fig. 6B zweite Teillichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei die Parameter des zweiten Mikroscanners gemäß des erfindungsgemäßen Kriteriums eingestellt sind;
Fig. 6C Gesamtlichtverteilungen für bestimmte Öffnungswinkel, wobei sich die Gesamtlichtverteilung durch die Teillichtverteilungen aus Fig. 6A und 6B zusammensetzt;
Fig. 6D Gesamtlichtverteilungen aus Fig. 6C für bestimmte Öffnungswinkel, wobei an den Rändern der jeweiligen Gesamtlichtverteilungen die entsprechenden Laserlichtquellen gedimmt sind.

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Beleuchtungssystem 10 für ein Kraftfahrzeug, welches Beleuchtungssystem 10 einen ersten Laserscanner 100 mit zumindest einer Laserlichtquelle 110 umfasst, wobei der Laserlichtquelle 110 ein erster Mikroscanner 120 zugeordnet ist, welcher erste Mikroscanner 120 dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle 110 auf ein erstes Lichtkonversionselement 130 zu lenken, wodurch an dem ersten Lichtkonversionselement 130 sichtbares Licht abgestrahlt und ein erstes Lichtbild erzeugt wird, wobei dem ersten Lichtkonversionselement 130 ein optisches Abbildungssystem 140 zugeordnet ist, um das erste Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem 10 als erste Teillichtverteilung 150 abzubilden.
Ferner umfasst das Beleuchtungssystem 10 einen zweiten Laserscanner 200 mit zumindest einer Laserlichtquelle 210, wobei der Laserlichtquelle 210 ein zweiter Mikroscanner 220 zugeordnet ist, welcher zweite Mikroscanner 220 dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle 210 auf ein zweites Lichtkonversionselement 230 zu lenken, wodurch an dem zweiten Lichtkonversionselement 230 sichtbares Licht abgestrahlt und ein zweites Lichtbild erzeugt wird, wobei dem zweiten Lichtkonversionselement 230 ein optisches Abbildungssystem 240 zugeordnet ist, um das zweite Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem 10 als zweite Teillichtverteilung 250 abzubilden.
Der erste und der zweite Mikroscanner sind in diesem Beispiel als quasistatische Mikroscanner ausgebildet. Fig. 2 zeigt hierzu ein Diagramm, welches das unterschiedliche Schwingungsverhalten eines resonanten Mikroscanners (in strichlierter Linie) und eines quasistatischen Mikroscanners (in durchgezogener Linie) zeigt.
Die resonanten Mikroscanner stellen dabei im Wesentlichen mechanische Schwingkreise dar, die in ihrer Resonanzfrequenz angeregt werden und sinusförmig schwingen. Dieser sinusförmige Verlauf stellt ein großes Problem dar, was die Ausnützung der installierten Laserleistung betrifft, da die Lichtverteilung immer dort am hellsten ist, wo der Mikroscanner die geringste Winkelgeschwindigkeit erreicht. Bei einer sinusförmigen Schwingung würde so der Randbereich am hellsten wirken und der Mittenbereich bzw. das Zentrum der Lichtverteilung am dunkelsten, weshalb die Laserdioden stark gedimmt werden müssen und deshalb nur zu einem geringen Prozentanteil ausgenützt werden können.
Abhilfe schaffen hier quasistatische Mikroscanner, die in ihrer Winkelgeschwindigkeit innerhalb bestimmter physikalischer Grenzen beliebig gesteuert werden können. Somit ist es möglich, einen Großteil des erzeugten Lichtes in die Mitte bzw. Zentrum der Teillichtverteilung zu lenken, wodurch die Ausnützung der installierten Laserleistung der Laserlichtquellen gesteigert werden kann. Es sei angemerkt, dass der Mikroscanner im Randbereich eine Richtungsänderung vornimmt, was ein vollständiges "Abbremsen" des Spiegels und ein anschließendes Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung bedeutet. Während dieser Phase werden die Laserlichtquellen deaktiviert, da sonst aufgrund der im Mittel betrachtet niedrigen Winkelgeschwindigkeit in diesem Umkehrbereich die Lichtintensität dort deutlich ansteigen würde, was nicht gewünscht ist.
Die erste und die zweite Teillichtverteilung 150, 250 sind abhängig von zumindest drei an den jeweiligen Mikroscannern 120, 220 einstellbaren Parametern, nämlich AMP, LSPV und OFFSET veränderbar, welche in Fig. 3A, 3B und 3C erläuternd dargestellt sind, wobei die veränderbare erste und zweite Teillichtverteilung 150, 250 eine gemeinsame veränderbare Gesamtlichtverteilung 300 vor dem Beleuchtungssystem 10 erzeugen und sich zumindest teilweise überlappen, wobei die Gesamtlichtverteilung 300 einen Öffnungswinkel aufweist.
Es sei angemerkt, dass die Teillichtverteilungen 150, 250 sowie die gebildete Gesamtlichtverteilung 300 in dem gezeigten Beispiel in den Figuren auf einen Messschirm MS abgebildet werden, welcher beispielsweise in einem Lichttechniklabor Verwendung findet und senkrecht zu einer Hauptabstrahlrichtung der Laserscanner angeordnet ist. Ein typischer Abstand eines solchen Messschirms zur zu messenden Einrichtung ist nach ECE-Regelungen 25m.
Der erste und der zweite Mikroscanner 120, 220 sind jeweils um eine Achse X1, X2, welche parallel zueinander angeordnet sind, drehbar gelagert, wobei der erste und der zweite Mikroscanner 120, 220 um eine Nulllage mit einer festlegbaren Schwingungsamplitude AMP um die jeweilige Achse X1, X2 schwingen können, wobei die Schwingungsamplitude AMP durch einen Maximalwert MEMSmax begrenzt ist, wobei die Schwingungsamplitude AMP eine horizontale Breite der jeweils erzeugten Teillichtverteilung 150, 250 bestimmt. Der Öffnungswinkel der Teillichtverteilung bzw. die Schwingungsamplitude AMP des Mikroscanners kann dynamisch (in feinen Abstufungen) verändert werden, wodurch die Helligkeit aufgrund des kleineren Ausleuchtungsbereiches deutlich ansteigt, beispielsweise durch die geschwindigkeitsabhängige Erhöhung der Ausleuchtungsreichweite. Fig. 3A zeigt beispielsweise eine auf +/-2° begrenzte Schwingungsamplitude AMP, wobei zu sehen ist, dass die Winkelgeschwindigkeit im Bereich der Nulllage des Mikroscanners niedriger ist als in der Kennlinie aus Fig. 2 , wodurch eine erhöhte Lichtintensität hervorgerufen wird.
Die erste und die zweite Teillichtverteilung 150, 250 weisen jeweils einen Lichtschwerpunkt auf, der dadurch charakterisiert ist, dass an diesem Punkt die jeweilige Lichtintensität maximal ist, wobei der Lichtschwerpunkt an den jeweiligen Mikroscannern 120, 220 entsprechend einer festlegbaren Lichtschwerpunktverschiebung LSPV verschiebbar ist. Der Lichtschwerpunkt ergibt sich, wie bereits oben erläutert, durch eine den Auslenkungsbereich des Mikroscanners mit der niedrigsten Winkelgeschwindigkeit (die Randbereiche bzw. Umkehrpunkte sind hiervon ausgenommen). Fig. 3B zeigt eine Lichtschwerpunktverschiebung der Kennlinie aus Fig. 2 , wobei sich der Mikroscanner in jenem Bereich am langsamsten bewegt, in dem der Lichtschwerpunkt gewünscht wird.
Die Teillichtverteilungen 150, 250 sind jeweils noch um einen den jeweiligen Mikroscannern 120, 220 zuführbaren Offsetwert OFFSET verschiebbar, wobei die Wirkweise dieses Parameters als Erläuterung in Fig. 3C dargestellt ist. Der Mikroscanner-Parameter OFFSET ermöglicht es, der Winkelbewegung des jeweiligen Mikroscanners einen Offsetwert hinzuzufügen. Im Diagramm aus Fig. 3C ist ein Beispiel dargestellt mit einem Offsetwert von 2° bei einer Schwingungsamplitude von 4°. Die Lichtschwerpunktverschiebung LSPV ist hier auf 0° eingestellt.
Das Beleuchtungssystem 10 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 400, welche eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Mikroscanner 120, 220 anzusteuern, wobei das Schwingungsverhalten des ersten und zweiten Mikroscanners 120, 220 zumindest über die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET, welche durch die Steuereinrichtung 400 veränderbar sind, steuerbar ist. Die Steuereinrichtung 400 ist ferner dazu eingerichtet ist, eine zeitlich veränderliche Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung 300 repräsentiert, und die Parameter des ersten und zweiten Mikroscanners 120, 220 dementsprechend einstellt.
Ferner sind der erste und der zweite Mikroscanner 120, 220 aus Fig. 1 entlang einer gedachten Linie angeordnet sind, wobei die Nulllage des ersten Mikroscanners 120 um einen ersten Winkel ALPHA und die Nulllage des zweiten Mikroscanners 220 um einen zweiten Winkel ALPHA' zur gedachten Linie geneigt angeordnet, wobei der erste und der zweite Winkel ALPHA, ALPHA' invers zueinander sind, beispielsweise ist der erste Winkel ALPHA 2° und der zweite Winkel ALPHA' -2°.
Die Fig. 4A bzw. 4B zeigen Diagramme der Teillichtverteilungen und der sich darauf ergebenden Gesamtlichtverteilungen für unterschiedliche DOA-Werte, wobei hierbei der erste Winkel ALPHA und der zweite Winkel ALPHA' 0° beträgt, und daher symmetrische Teillichtverteilungen auftreten. Eine symmetrische Lichtverteilung liegt vor, wenn die Mittenposition der Teillichtverteilung auch der Mittenposition der Mikroscanner-Auslenkung entspricht.
Es sei angemerkt, dass die nachfolgenden Diagramme aus Fig. 4A bis 6D die relative Lichtleistung zeigen, die dem Kehrwert der Winkelgeschwindigkeit des jeweiligen Mikroscanners entspricht. Umso langsamer der Mikroscanner bewegt wird, desto mehr Lichtleistung wird im durchlaufenen Bereich abgegeben. Aus diesem Grund verhalten sich die abgebildeten Diagramme immer umgekehrt proportional zur Winkelgeschwindigkeit des jeweiligen Mikroscanners.
Es sei weiterhin angemerkt, dass alle Diagramme mit Winkelwerten beschriftet wurden. Diese Darstellung ist zwangsläufig immer nur für einen gewissen Projektionsabstand korrekt, da die beiden Laserscanner beispielsweise eine Fahrzeugbreite voneinander entfernt sind. Beispielsweise ist dieser Projektionsabstand 25m, wie in den ECE-Richtlinien gefordert. Diese Darstellung wurde dennoch gewählt, um ein besseres Verständnis zu schaffen.
Die in Fig. 4A punktierte Linie repräsentiert einen DOA-Wert von 6°, was einer Teillichtverteilung von -6° bis +6° am Messschirm entspricht und die breiteste Teillichtverteilung darstellt. Der DOA-Wert wird in der Regel als "+"-Wert dargestellt, beispielsweise DOA=6°, dies entspricht jedoch immer einem symmetrischen Ausleuchtungsbereich von +/- 6°. Mit Reduzierung des DOA-Wertes wird der Ausleuchtungsbereich immer weiter verringert, wodurch die Lichtleistung im verbleibenden Winkelbereich stark ansteigt. Da beide Laserscanner in diesem Beispiel aus Fig. 4A und 4B einen identischen Winkelbereich in der resultierenden Teillichtverteilung abdecken, wird die Lichtleistung durch Überlagerung der beiden Teillichtverteilungen verdoppelt, was in Fig. 4B zu sehen ist.
Eine asymmetrische Teillichtverteilung liegt vor, wenn die Mittenposition der Teillichtverteilung nicht der Mittenposition bzw. der Nulllage der Mikroscanner-Auslenkung entspricht. Dies liegt vor, wenn beispielsweise die jeweiligen Mikroscanner um einen Winkel verdreht zueinander angeordnet sind. In dem nachfolgend gezeigten Beispiel aus Fig. 5A, 5B und 5C liegt der erste Winkel ALPHA bei +2° und der zweite Winkel ALPHA' bei -2°. Die Mittenposition der Teillichtverteilung ist also jeweils um 2° verschoben. Durch die Verdrehung der Mikroscanner wird eine horizontal breitere Grundlichtverteilung erzeugt. Um weiterhin im Zentrum der Gesamtlichtverteilung einen Bereich mit der maximalen Lichtintensität zu erhalten, müssen die Lichtschwerpunkte der Teillichtverteilungen wieder ins Zentrum verschoben werden. Dies geschieht über den Parameter LSPV, welcher die Schwingungsamplitude der Mikroscanner unverändert lässt, jedoch den Bereich, in welchem der Mikroscanner am langsamsten schwingt, näher ins Zentrum der Gesamtlichtverteilung bzw. näher zum Zentrum auf dem Messschirm bringt.
Fig. 5A zeigt hierzu erste Teillichtverteilungen des ersten Laserscanners und Fig. 5B zweite Teillichtverteilungen des zweiten Laserscanners, wobei wieder mehrere Teillichtverteilungen mit unterschiedlichen Schwingungsamplituden bzw. für unterschiedliche Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung (DOA-Wert) gezeigt sind. In der Abbildung ist zu sehen, dass der Lichtschwerpunkt bei den verschiedenen DOA-Werten immer so angepasst werden muss, dass der Lichtschwerpunkt in der Mitte der Gesamtlichtverteilung bleibt. Bei sehr niedrigen DOA-Werten ist das in der Praxis nicht möglich, da der Lichtschwerpunkt bei üblichen Mikroscanner-Systemen auf einen bestimmten Prozentsatz der Schwingungsamplitude der Mikroscanner begrenzt ist.
Es ist zu sehen, dass sich die Lichtschwerpunkte für die DOA-Werte von 4 und 4,5° nicht mehr ins Zentrum verschieben lassen. Dies liegt wie bereits erwähnt daran, dass sich der Lichtschwerpunkt immer nur maximal bis ca. 80% der Schwingungsamplitude verschieben lässt.
Fig. 5C zeigt eine Überlagerung der Teillichtverteilungen aus Fig. 5A und 5B , wobei zu sehen ist, dass Effekte auftreten, die nicht gewünscht sind, wie beispielsweise die doppelten Lichtschwerpunkte bei DOA= 8°. Ferner wandern bei Reduzierung der DOA-Werte nicht nur die äußeren Ränder bzw. Grenzen nach innen, sondern jeweils beide Grenzen von erstem und zweitem Mikroscanner. Dadurch gibt es bei einem Wechsel von DOA-Werten zu "bewegenden" Helligkeitssprüngen innerhalb der Lichtverteilung.
Um diese unerwünschten Effekte zu minimieren bzw. gänzlich zu vermeiden, ist die Steuereinrichtung 400, welche den ersten und den zweiten Mikroscanner 120, 220 ansteuert, dazu eingerichtet, eine die zeitlich veränderliche Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung 300 repräsentiert, und die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSPV und Offsetwert OFFSET des ersten und zweiten Mikroscanners 120, 220 abhängig von dem Prüfungsergebnis eines Kriteriums der Eingangsgröße DOA festlegt, nämlich DOA ≤ (MEMSmax - ALPHA), wobei die maximale Schwingungsamplitude MEMSmax den maximalen Winkel um die jeweilige Achse X1, X2 darstellt, und wobei bei Erfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners 120 wie folgt festgelegt sind:

AMP = DOA
OFFSET = ALPHA
LSPV = 0°
und die Parameter des zweiten Mikroscanners 220 wie folgt festlegt sind:
- AMP = DOA
- OFFSET = -ALPHA
- LSPV = 0°
  und wobei bei Nichterfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners 120 wie folgt festgelegt sind: $AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA) / 2$
  $OFFSET = MEMSmax - AMP$
  $LSPV = DOA - AMP$
  und die Parameter des zweiten Mikroscanners 220 wie folgt festgelegt sind: $AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA) / 2$
  $OFFSET = - (MEMSmax - AMP)$
  $LSPV = - (DOA - AMP) .$

In Fig. 6A und 6B sind die erste und die zweite Teillichtverteilung zu sehen, wobei der oben angegebene Algorithmus zur Einstellung der Parameter durch die Steuereinrichtung 400 angewendet wurde.
In Fig. 6A ist zu sehen, dass bei hohen DOA-Werten lediglich die linke Hell-Dunkel-Grenze der Teillichtverteilung nach innen verschoben wird. Beim DOA-Wert von 4° (in diesem Beispiel) passiert ein Übergang zu einer symmetrischen Teillichtverteilung, wodurch sowohl die linke als die rechte Hell-Dunkel-Grenze gleichmäßig nach innen wandern. Fig. 6B zeigt im Prinzip die ersten Teillichtverteilungen aus Fig. 6A nur gespiegelt.
Fig. 6C zeigt die Überlagerungen der Teillichtverteilungen aus Fig. 6A und 6B für verschiedene DOA-Werte.
In der Praxis wird der Helligkeitsverlauf der Teillichtverteilungen bzw. der erzeugbaren Grundlichtverteilungen nicht allein über die Winkelgeschwindigkeit der Mikroscanner erzeugt, da dieser keine beliebigen Geschwindigkeitsverläufe erzeugen kann, sondern es wird eine zusätzliche Dimmung der Laserlichtquellen vorgenommen. Speziell im Randbereich ist dies erforderlich, da der Mikroscanner eine begrenzte Maximalgeschwindigkeit aufweist. In den Umkehrbereichen, der in den Diagrammen nicht ersichtlich ist, wird die Laserlichtquelle vollständig abgeschalten bzw. deaktiviert. Die Steuereinrichtung 400 ist hierbei eingerichtet, die Laserlichtquellen entsprechend anzusteuern. Die zuvor dargestellten Verläufe können durch zusätzliche Dimmung der Laserlichtquellen im "linken" und "rechten" Randbereich wie beispielsweise in Fig. 6D im Sinne eines fließenden Übergangs von hell auf dunkel verbessert werden.

Claims

Beleuchtungssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, welches Beleuchtungssystem (10) Folgendes umfasst:
- einen ersten Laserscanner (100) mit zumindest einer Laserlichtquelle (110), wobei der Laserlichtquelle (110) ein erster Mikroscanner (120) zugeordnet ist, welcher erste Mikroscanner (120) dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle (110) auf ein erstes Lichtkonversionselement (130) zu lenken, wodurch an dem ersten Lichtkonversionselement (130) sichtbares Licht abgestrahlt und ein erstes Lichtbild erzeugt wird, wobei dem ersten Lichtkonversionselement (130) ein optisches Abbildungssystem (140) zugeordnet ist, um das erste Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem (10) als erste Teillichtverteilung (150) abzubilden,

- einen zweiten Laserscanner (200) mit zumindest einer Laserlichtquelle (210), wobei der Laserlichtquelle (210) ein zweiter Mikroscanner (220) zugeordnet ist, welcher zweite Mikroscanner (220) dazu eingerichtet ist, Laserstrahlen der Laserlichtquelle (210) auf ein zweites Lichtkonversionselement (230) zu lenken, wodurch an dem zweiten Lichtkonversionselement (230) sichtbares Licht abgestrahlt und ein zweites Lichtbild erzeugt wird, wobei dem zweiten Lichtkonversionselement (230) ein optisches Abbildungssystem (240) zugeordnet ist, um das zweite Lichtbild vor dem Beleuchtungssystem (10) als zweite Teillichtverteilung (250) abzubilden,
wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung (150, 250) abhängig von zumindest drei an den jeweiligen Mikroscannern (120, 220) einstellbaren Parametern (AMP, LSVP, OFFSET) veränderbar sind,
wobei die veränderbare erste und zweite Teillichtverteilung (150, 250) eine gemeinsame veränderbare Gesamtlichtverteilung (300) vor dem Beleuchtungssystem (10) erzeugen und sich zumindest teilweise überlappen, wobei die Gesamtlichtverteilung (300) einen Öffnungswinkel aufweist,

und wobei der erste und der zweite Mikroscanner (120, 220) jeweils um eine Achse (X1, X2), welche parallel zueinander angeordnet sind, drehbar gelagert ist, wobei der erste und der zweite Mikroscanner (120, 220) um eine Nulllage mit einer festlegbaren Schwingungsamplitude AMP um die jeweilige Achse (X1, X2) schwingen können, wobei die Schwingungsamplitude AMP durch einen Maximalwert MEMSmax begrenzt ist, wobei die Schwingungsamplitude AMP eine horizontale Breite der jeweils erzeugten Teillichtverteilung (150, 250) bestimmt,

und wobei der erste und der zweite Mikroscanner (120, 220) entlang einer gedachten Linie angeordnet sind, wobei die Nulllage des ersten Mikroscanners (120) um einen ersten Winkel ALPHA und die Nulllage des zweiten Mikroscanners (220) um einen zweiten Winkel ALPHA' zur gedachten Linie geneigt angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Winkel ALPHA, ALPHA' invers zueinander sind,

und wobei die erste und die zweite Teillichtverteilung (150, 250) jeweils einen Lichtschwerpunkt aufweisen, der dadurch charakterisiert ist, dass an diesem Punkt die jeweilige Lichtintensität maximal ist, wobei der Lichtschwerpunkt an den jeweiligen Mikroscannern (120, 220) entsprechend einer festlegbaren Lichtschwerpunktverschiebung LSPV verschiebbar ist,

und wobei die Teillichtverteilungen (150, 250) jeweils um einen den jeweiligen Mikroscannern (120, 220) zuführbaren Offsetwert OFFSET verschiebbar sind,
- eine Steuereinrichtung (400), welche eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Mikroscanner (120, 220) anzusteuern, wobei das Schwingungsverhalten des ersten und zweiten Mikroscanners (120, 220) zumindest über die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET, welche durch die Steuereinrichtung (400) veränderbar sind, steuerbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Steuereinrichtung (400) dazu eingerichtet ist, eine zeitlich veränderliche Eingangsgröße DOA zu empfangen, welche einen Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung (300) repräsentiert, und die Parameter Schwingungsamplitude AMP, Lichtschwerpunktverschiebung LSVP, und Offsetwert OFFSET des ersten und zweiten Mikroscanners (120,220) abhängig von dem Prüfungsergebnis eines Kriteriums der Eingangsgröße DOA festlegt, nämlich DOA ≤ (MEMSmax - ALPHA), wobei die maximale Schwingungsamplitude MEMSmax den maximalen Winkel um die jeweilige Achse (X1, X2) darstellt, und wobei bei Erfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners (120) wie folgt festgelegt sind:
AMP = DOA

OFFSET = ALPHA

LSPV = 0°
und die Parameter des zweiten Mikroscanners (220) wie folgt festlegt sind:
AMP = DOA

OFFSET = -ALPHA

LSPV = 0°
und wobei bei Nichterfüllung des Kriteriums die Parameter des ersten Mikroscanners (120) wie folgt festgelegt sind: $AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA) / 2$
$OFFSET = MEMSmax - AMP$
$LSPV = DOA - AMP$
und die Parameter des zweiten Mikroscanners (220) wie folgt festgelegt sind: $AMP = (DOA + MEMSmax - ALPHA) / 2$
$OFFSET = - (MEMSmax - AMP)$
$LSPV = - (DOA - AMP) .$
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquellen (110, 210) dimmbar sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gemessen von der gedachten Linie der erste Winkel ALPHA 2° und der zweite Winkel ALPHA' -2° beträgt.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroscanner (120, 220) als quasistatische Mikroscanner ausgebildet sind.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert MEMSmax der Schwingungsamplitude AMP der Mikroscanner (120, 220) 6° ist.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (400) die Laserlichtquellen (110, 210) ansteuert.
Kraftfahrzeug mit zumindest einem Beleuchtungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitlich veränderliche Soll-Öffnungswinkel der Gesamtlichtverteilung DOA sich abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges verändert, wobei bei einem Anstieg der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges der Soll-Öffnungswinkels DOA reduziert wird.