DE102016102456A1 - Lighting device for vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer laserbasierten Lichtquelleneinheit zur Abstrahlung von Laserlicht in einem vorgegebenen Abstrahlwinkel und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer Lichtverteilung, wobei eine Teilstrahlumlenkungseinrichtung vorgesehen ist, mittels derer ein Hauptstrahl in einer Hauptstrahlrichtung zur Erzeugung der Lichtverteilung weiterleitbar ist und mittels derer ein Teilstrahl aus einem Strahlengang des Hauptstrahls umlenkbar in einem Winkel zu dem Hauptstrahl einem die Position des Teilstrahls detektierenden Sensor zuführbar ist, so dass in Abhängigkeit von der erfassten Position des Teilstrahls eine Änderung des Abstrahlwinkels des Hauptstrahls ermittelbar ist.The invention relates to a lighting device for vehicles with a laser-based light source unit for emitting laser light in a predetermined beam angle and with an optical unit for generating a light distribution, wherein a Teilstrahlumlenkungseinrichtung is provided by means of which a main beam in a main beam direction for generating the light distribution can be forwarded and by means of which a partial beam from a beam path of the main beam can be deflected at an angle to the main beam fed to a sensor detecting the position of the partial beam, so that a change in the emission angle of the main beam can be determined as a function of the detected position of the partial beam.
Description
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer laserbasierten Lichtquelleneinheit zur Abstrahlung von Laserlicht in einem vorgegebenen Abstrahlwinkel und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer Lichtverteilung. The invention relates to a lighting device for vehicles with a laser-based light source unit for emitting laser light in a predetermined beam angle and with an optical unit for generating a light distribution.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer laserbasierten Lichtquelleneinheit derart weiterzubilden, dass der Aufwand für die Ermittlung eines Abstrahlwinkels der laserbasierten Lichtquelleneinheit auf einfache Weise verringert wird. The object of the present invention is to further develop a lighting device for vehicles with a laser-based light source unit such that the outlay for determining a radiation angle of the laser-based light source unit is reduced in a simple manner.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilstrahlumlenkungseinrichtung vorgesehen ist, mittels derer ein Hauptstrahl in einer Hauptstrahlrichtung zur Erzeugung der Lichtverteilung weiterleitbar ist und mittels derer ein Teilstrahl aus einem Strahlengang des Hauptstrahls umlenkbar in einem Winkel zu dem Hauptstrahl einem die Position des Teilstrahls detektierenden Sensor zuführbar ist, so dass in Abhängigkeit von der erfassten Position des Teilstrahls eine Änderung des Abstrahlwinkels des Hauptstrahls ermittelbar ist. To solve this problem, the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that a Teilstrahlumlenkungseinrichtung is provided by means of which a main beam in a main beam direction for generating the light distribution can be forwarded and by means of which a partial beam from a beam path of the main beam deflected in a Angle to the main beam to the position of the sub-beam detecting sensor can be supplied, so that a change in the emission angle of the main beam can be determined depending on the detected position of the sub-beam.
Nach der Erfindung ist eine Teilstrahlumlenkungseinrichtung vorgesehen, mittels derer eine Aufteilung des auf sie treffenden Laserstrahls erfolgt in einen Hauptstrahl, der in einer Hauptabstrahlrichtung weitergeleitet wird zur Erzeugung der Lichtverteilung, und in einem Teilstrahl, der in einem Winkel zu dem Hauptstrahl in Teilstrahlrichtung umgelenkt ist. Ferner weist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung einen Sensor auf, der den Teilstrahl erfasst, so dass aufgrund der ermittelten Position auf eine Richtung und insbesondere eine Richtungsänderung des Teilstrahls geschlossen werden kann, womit letztlich auf den aktuellen Abstrahlwinkel und insbesondere eine Änderung des Abstrahlwinkels geschlossen werden kann, unter dem der Hauptstrahl in Hauptabstrahlrichtung verläuft. Insbesondere kann so auf einfache und zuverlässige Weise eine Änderung des Abstrahlwinkels des Hauptstrahls detektiert werden, um davon ausgehend ggf. Korrekturmaßnahmen einzuleiten. Die Erfindung ermöglicht somit eine direkte Messung eines eventuellen Strahlversatzes des Hauptstrahls, so dass eine sichere und präzise Ermittlung der aktuellen Richtung des Hauptstrahls gewährleistet ist. According to the invention, a Teilstrahlumlenkungseinrichtung is provided by means of which a division of the laser beam impinging on them takes place in a main beam, which is forwarded in a main emission direction for generating the light distribution, and in a partial beam which is deflected at an angle to the main beam in the partial beam direction. Furthermore, the illumination device according to the invention has a sensor which detects the partial beam, so that it is possible to deduce a direction and in particular a change in direction of the partial beam on the basis of the determined position, with which ultimately the current emission angle and in particular a change in the emission angle can be inferred the main beam extends in the main emission direction. In particular, a change in the emission angle of the main beam can thus be detected in a simple and reliable manner in order to initiate corrective measures, if necessary. The invention thus allows a direct measurement of a possible beam offset of the main beam, so that a secure and accurate determination of the current direction of the main beam is ensured.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Teilstrahlumlenkungseinrichtung derart ausgebildet, dass der Teilstrahl zu dem Hauptstrahl unter einem fest vorgegebenen Teilstrahlwinkel verläuft. Ändert sich der Abstrahlwinkel des Hauptstrahls, ändert sich auch der Abstrahlwinkel des Teilstrahls. Der Quotient aus Richtungsänderung des Hauptstrahls und der Richtungsänderung des Teilstrahls ist vorzugsweise konstant. Vorteilhaft kann somit aus einer Richtungsänderung des Teilstrahls auf die Richtungsänderung des Hauptstrahls geschlossen werden, so dass nachfolgend ausgleichende Stellmaßnahmen der Lichtquelleneinheit vorgenommen werden können. According to a preferred embodiment of the invention, the partial beam deflection device is designed such that the partial beam extends to the main beam at a fixed predetermined partial beam angle. If the beam angle of the main beam changes, the beam angle of the sub-beam also changes. The quotient of the change in the direction of the main beam and the change in direction of the partial beam is preferably constant. Advantageously, it can thus be concluded from a change in direction of the partial beam on the change in direction of the main beam, so that subsequently compensatory control measures of the light source unit can be made.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Änderung des Teilstrahlwinkels des Teilstrahls zu dem Hauptstrahl abhängig von einem Material der Teilstrahlumlenkungseinrichtung oder abhängig von einem auf das Material der Teilstrahlumlenkungseinrichtung einwirkenden Steuersignal. Die Eigenschaft des Materials der Teilstrahlumlenkungseinrichtung, die gegebenenfalls von außen mittels eines Steuersignals anregbar ist, ist für die Größe der Änderung des Teilstrahlwinkels in Reaktion auf eine Änderung des Hauptstrahlwinkels verantwortlich. Da der Abstrahlwinkel des Teilstrahls bzw. der Teilstrahlwinkel funktional abhängig ist von dem Abstrahlwinkel des Hauptstrahls oder umgekehrt, kann auf die tatsächliche Änderung des Abstrahlwinkels des Hauptstrahls geschlossen werden. Vorteilhaft kann hierdurch die Empfindlichkeit des Sensors voreingestellt sein. According to a development of the invention, a change in the partial beam angle of the partial beam to the main beam is dependent on a material of the partial beam deflection device or on a control signal acting on the material of the partial beam deflection device. The property of the material of the partial beam deflection device, which may optionally be excited externally by means of a control signal, is responsible for the magnitude of the change of the partial beam angle in response to a change in the main beam angle. Since the emission angle of the partial beam or the partial beam angle is functionally dependent on the emission angle of the main beam or vice versa, it is possible to deduce the actual change in the emission angle of the main beam. Advantageously, the sensitivity of the sensor can thereby be preset.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Teilstrahlumlenkungseinrichtung als ein Strahlteiler und/oder als ein strahlrichtungsmodulierendes Optikbauelement ausgebildet. Vorteilhaft kann hierdurch der Teilstrahl „abgezweigt“ werden, ohne dass der Hauptstrahl beeinflusst wird. Insbesondere wird hierdurch die Richtung des Hauptstrahls, dessen Abstrahlwinkel mit dem Winkel des in die Teilstrahlumlenkungseinrichtung einfallenden Strahls übereinstimmt, nicht verändert. According to a development of the invention, the partial beam deflection device is a Beam splitter and / or designed as a beam direction modulating optical device. Advantageously, the partial beam can thereby be "branched off" without the main beam being influenced. In particular, this does not change the direction of the main beam, whose emission angle coincides with the angle of the beam incident in the partial beam deflection device.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das strahlrichtungsmodulierende Optikbauteil als ein optischer Modulator mit einem Material ausgebildet, dessen Brechungsindex mittels der auf dasselbe wirkenden Steuersignals veränderbar und/oder einstellbar ist. Beispielsweise kann ein Strahl zur Richtungsbestimmung des Hauptstrahls zurückgegriffen werden. According to a development of the invention, the beam direction-modulating optical component is designed as an optical modulator with a material whose refractive index can be changed and / or adjusted by means of the control signal acting on it. For example, a beam can be used to determine the direction of the main beam.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das strahlrichtungsmodulierende Optikbauteil als ein akustooptischer Modulator ausgebildet, wobei ein von dem Modulator gebeugter Strahl einer Nebenordnung oder ein von dem Modulator reflektierter Strahl als Teilstrahl dient. Die Anregung des akustooptischer Modulators erfolgt auf akustischem Wege, so dass der Aufwand reduziert werden kann. Durch die akustische Anregung bildet sich im Material des akustooptischen Modulators eine periodische Modulation des Brechungsindexes aus, die auf den Laserstrahl wie ein optisches Gitter wirkt und eine Beugung des Strahls bewirkt. According to a development of the invention, the beam direction-modulating optical component is designed as an acousto-optic modulator, wherein a beam diffracted by the modulator serves for a secondary order or a beam reflected by the modulator as partial beam. The excitation of the acousto-optic modulator takes place acoustically, so that the effort can be reduced. The acoustic excitation forms in the material of the acousto-optical modulator a periodic modulation of the refractive index, which acts on the laser beam like an optical grating and causes a diffraction of the beam.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Teilstrahlungsumlenkungseinrichtung durch ein Konversionselement gebildet, das zur Konvertierung des von der Laserlichtquelle abgestrahlten monochromatischen Primärstrahls in einen Sekundärstrahl weißer Lichtfarbe dient. Auf das Konversionselement wird der punktförmige Primärstrahl gelenkt, so dass an dem Konversionselement ein Lichtpunkt entsteht. In Durchtrittsrichtung des Primärstrahls entsteht der Sekundärstrahl. In entgegengesetzter Richtung zu der Durchtrittsrichtung wird der Teilstrahl abgegeben. Z. B. kann es sich hierbei um an dem Konversionselement gestreutes Licht handeln. Vorteilhaft sind keine zusätzlichen Steuerungsmaßnahmen erforderlich. Demgemäß kann ein für eine andere optische Funktion vorgesehenes Optikbauteil (Konversionselement) zusätzlich für die Detektion des Hauptstrahls genutzt werden. According to a development of the invention, the partial radiation deflection device is formed by a conversion element which serves to convert the monochromatic primary beam emitted by the laser light source into a secondary beam of white light color. On the conversion element of the point-shaped primary beam is directed so that a light spot is formed on the conversion element. In the direction of passage of the primary beam, the secondary beam is formed. In the opposite direction to the direction of passage of the partial beam is emitted. For example, this may be light scattered on the conversion element. Advantageously, no additional control measures are required. Accordingly, an optical component (conversion element) provided for another optical function can additionally be used for the detection of the main beam.
Zwischen der Teilstrahlumlenkungseinrichtung und dem Sensor ist eine Strahlaufweitungsoptik angeordnet, so dass eine Anpassung an die Fläche des Sensors erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Optikelement vorgesehen sein zur Abbildung des Teilstrahls auf den Sensor. A beam widening optical system is arranged between the partial beam deflection device and the sensor, so that adaptation to the surface of the sensor can take place. Alternatively or additionally, an optical element may be provided for imaging the partial beam onto the sensor.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor als ein elektronischer Multiquadranten-Detektor ausgebildet, der als ein CCD-Chip oder aus einer Anzahl von CMOS-Chips ausgebildet ist oder der lediglich aus einer begrenzten Anzahl von fotosensitiven Dioden besteht. Es können hierdurch Strahlversätze mit sehr hoher Genauigkeit bestimmt werden. Fotosensitiven Dioden führt zu einer besonders kostengünstigen Ausgestaltung des Sensors. According to a development of the invention, the sensor is designed as an electronic multi-capacitor detector, which is formed as a CCD chip or from a number of CMOS chips or consists of only a limited number of photosensitive diodes. It can thereby be determined beam offsets with very high accuracy. Photosensitive diodes leads to a particularly cost-effective design of the sensor.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor als ein elektronisch-analog-optischer positionssensierender Detektor (PSD) ausgebildet. Ein analoger positionssensierender Detektor (PSD) stellt eine besonders kostengünstige Lösung zur Positionsbestimmung dar. Es kann aber ein diskreter optischer positionssensierender Detektor eingesetzt werden. According to a development of the invention, the sensor is designed as an electronic-analog-optical position-sensing detector (PSD). An analog position-sensing detector (PSD) is a particularly cost-effective solution for determining position. However, a discrete optical position-sensitive detector can be used.
Ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, so dass in Abhängigkeit von einem vom Sensor erzeugten Sensorsignal eine Differenz zwischen einer Ist-Richtung und einer Soll-Richtung des Hauptstrahls minimiert werden kann, wird schnell eine Korrektur der Hauptstrahlrichtung herbeigeführt. Die Korrektur kann durch Steuerung und/oder Regelung erfolgen. If a control device is provided so that a difference between an actual direction and a desired direction of the main beam can be minimized as a function of a sensor signal generated by the sensor, a correction of the main beam direction is quickly brought about. The correction can be done by control and / or regulation.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings.
Es zeigen: Show it:
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge wird vorzugsweise in Scheinwerfern zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, beispielsweise einer dynamischen Fernlicht- und/oder Abblendlichtverteilung, eingesetzt. An illumination device according to the invention for vehicles is preferably used in headlamps for generating a predetermined light distribution, for example a dynamic high beam and / or low beam distribution.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß
Die Teilstrahlumlenkungseinrichtung
Tritt aufgrund einer Störung der Beleuchtungsvorrichtung eine Richtungsänderung des Hauptstrahls
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor als analoger optischen positionssensierender Detektor PSD ausgebildet. Die grundlegende Funktionsweise eines solchen analogen optischen positionssensierenden Detektors PSD entspricht der einer Fotodiode, bei der anstatt eines umlaufenden Oberflächenkontaktes mehrere Kontakte an den Rändern angeschlossen werden. Eine Fotodiode, vorzugsweise in länglicher Bauform, mit Anodenelektroden an den Stirnseiten und einer Kathodenelektrode auf der Unterseite, kann z. B. zur Realisierung eines eindimensionalen positionssensierenden Detektors PSD genutzt werden. Durch einen auf den positionssensierenden Detektors PSD einfallenden Lichtspot wird ein Photostrom erzeugt, der sich gemäß der Kirchhoffschen Regeln auf die beiden Anoden aufteilt. Die Bahnwiderstände im photoaktiven Gebiet des Sensors PSD sind dabei proportional zur Länge des jeweils zurückgelegten Weges. Die Positionsermittlung erfolgt über die Messung der in den Anoden fließenden Strömen I1 und I2. Für den Fall, dass der Koordinatenursprung in der Mitte des Sensors PSD liegt, lässt sich die Position über folgende Formel bestimmen: According to an alternative embodiment of the invention, the sensor is designed as an analog optical position-sensitive detector PSD. The basic operation of such an analog optical position-sensitive detector PSD corresponds to that of a photodiode in which, instead of a peripheral surface contact, a plurality of contacts are connected at the edges. A photodiode, preferably in elongated design, with anode electrodes on the front sides and a cathode electrode on the bottom, z. B. for Realization of a one-dimensional position-sensitive detector PSD can be used. By a light spot incident on the position-sensitive detector PSD, a photocurrent is generated which, according to Kirchhoff's rules, is divided between the two anodes. The track resistances in the photoactive area of the sensor PSD are proportional to the length of the distance covered in each case. The position is determined by measuring the currents flowing in the anodes I 1 and I 2 . If the origin of the coordinates is in the middle of the sensor PSD, the position can be determined using the following formula:
Hierbei sind:
- Ix1, Ix2
- – die Ströme in die Anoden,
- Lx
- – die Länge der photoaktiven Fläche resp. des Sensors, und
- X
- – die Position des Lichtspots ausgehende von der Mitte des Sensors.
- I x1 , I x2
- - the currents into the anodes,
- L x
- - The length of the photoactive surface resp. of the sensor, and
- X
- - The position of the light spot emanating from the center of the sensor.
Über die Summe der Ströme lässt sich die Intensität des Lichtes bestimmen. The sum of the currents allows the intensity of the light to be determined.
Im Falle eines zweidimensionalen Nachweises der Position des Lichtspots
Hierbei sind:
- Ix1, Ix2
- – die Ströme in die Anoden,
- Iy1, Iy2
- – die Ströme in die Kathoden,
- Ly
- – die Länge der photoaktiven Fläche resp. des Sensors PSD, und
- Y
- – die Position des Lichtspots
50 ausgehende von der Mitte des Sensors PSD.
- I x1 , I x2
- - the currents into the anodes,
- I y1 , I y2
- - the currents in the cathodes,
- L y
- - The length of the photoactive surface resp. of the sensor PSD, and
- Y
- - the position of the
light spot 50 outgoing from the center of the sensor PSD.
Nach einer alternativen Ausführungsform des Sensors kann der Sensor auch als diskreter optischer positionssensierender Detektor ausgebildet sein. According to an alternative embodiment of the sensor, the sensor may also be designed as a discrete optical position-sensing detector.
Alternativ kann die Einwirkung auf die Lichtquelleneinheit
Eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglicht der optische Modulator der Laserlichtquelle
Strahlteiler
Bei einer dritten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung gemäß
In der Beleuchtungsvorrichtung gemäß
Nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Lichtquelleneinheit Light source unit
- 2 2
- Laserstrahl laser beam
- 3 3
- Optikelement optical element
- 4 4
- Teilstrahlumlenkungseinrichtung Part beam deflection device
- 5 5
- Hauptstrahl main beam
- 6 6
- Optikeinheit optical unit
- 7 7
- Teilstrahl partial beam
- 8 8th
- Strahlaufweitungsoptik Beam expander
- 9 9
- Sensor sensor
- 10 10
- Quadrant quadrant
- 11 11
- Quadrant quadrant
- 12 12
- Quadrant quadrant
- 13 13
- Quadrant quadrant
- 14, 14‘, 14‘‘, 14‘‘‘14, 14 ', 14' ', 14' ''
- Kreisausschnitte circular cutouts
- 21 21
- Lichtquelleneinheit Light source unit
- 22 22
- Laserlichtquelle Laser light source
- 23 23
- Spiegel mirror
- 24 24
- Konversionselement conversion element
- 25, 25‘, 25‘‘ 25, 25 ', 25' '
- Primärstrahl primary beam
- 26, 26‘, 26‘‘ 26, 26 ', 26' '
- Sekundärstrahl secondary beam
- 27 27
- Durchtrittsrichtung Passage direction
- 28 28
- Optikeinheit optical unit
- 29 29
- Teilstrahl partial beam
- 30 30
- Teilstrahl partial beam
- 31 31
- Teilstrahl partial beam
- 32 32
- Strahlteiler beamsplitter
- 33 33
- Strahlteiler beamsplitter
- 34 34
- Strahlteiler beamsplitter
- 35 35
- Lichtpunkt light spot
- 36 36
- Lichtpunkt light spot
- 37 37
- Lichtpunkt light spot
- 39 39
- Teilstrahl partial beam
- 40 40
- Linse lens
- 41 41
- Teilstrahlumlenkungseinrichtung Part beam deflection device
- 42 42
- Hauptstrahl main beam
- 43 43
- Teilstrahl partial beam
- 51 51
- x1-Anode x1 anode
- 52 52
- x2-Anode x2 anode
- 53 53
- y1-Kathode y1 cathode
- 54 54
- y2-Kathode y2 cathode
- 55 55
- Teilstrahl partial beam
- PSD PSD
- positionssensierender Sensor Position-sensing sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012100141 A1 [0002] DE 102012100141 A1 [0002]
- DE 102012105966 A1 [0002] DE 102012105966 A1 [0002]
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