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Feld der Erfindung
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Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung beziehen sich auf die Erzeugung kurzer Lichtimpulse durch Ansteuerung mindestens einer Leuchtdiode, im Folgenden auch mit LED bezeichnet.
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Allgemeine Einleitung
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LIDAR wird in Zukunft eine wichtige Rolle spielen bei ADAS und autonomen Fahren. Strenge Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfordern hier zuverlässige und empfindliche Systeme, damit in Extremsituationen die richtigen Entscheidungen getroffen werden können. Hierfür notwendige kurze Lichtpulse sind in vielen Anwendungen von Bedeutung. Falls nötig, wird oft auf teurere Laserdioden zurückgegriffen, um Pulse kürzer als ca. 10ns zu ermöglichen. Eine Hauptanwendung für gepulste Lichtquellen ist die Lichtlaufzeitmessung zur Distanzbestimmung (Bsp. Flash LIDAR). Da die Information der Messung in den Flanken der Pulse steckt, ist eine Verkürzung der Pulslänge gleichbedeutend mit einer Verbesserung der Effizienz, was unmittelbar in eine Verbesserung der Performance umgesetzt werden kann. Insbesondere bei LIDAR Systemen mit hoher Reichweite ist die Systemperformance limitiert durch die zulässige Emissionsleistung. Eine effiziente Lichtquelle ist demnach mindestens genau so entscheidend für die Systemperformance wie ein empfindlicher Sensor. Im Allgemeinen werden LIDAR-Systeme mit durch Spiegeln ablenkbaren LaserStrahlen verwendet.
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Hier entsteht jedoch das Problem der hohen Energiedichte. Diese kann Augen schädigen.
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Flash LIDAR Systeme werden heute mit dedizierten Infrarot-Pulsquellen realisiert und sind in ihrer Reichweite und Empfindlichkeit durch eine gesetzliche limitierte Sendeleistung zur Einhaltung der Augensicherheit begrenzt.
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Kurze Lichtimpulse gepulster Lichtquellen haben somit eine herausragende Bedeutung für die Lichtlaufzeitmessung zur Distanzbestimmung. Die Effizienz solcher Lichtlaufzeitmessungen wird hierbei bei bestimmten Verfahren durch die Pulslänge bestimmt. Eine Verkürzung der Pulslänge erhöht die Effizienz, da dann bei gleichbleibender mittlerer Lichtleistung eine höhere Reichweite erzielt werden kann.
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Stand der Technik
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LIDAR Systeme im automobilen Bereich werden heute generell mit dedizierten Beleuchtungsquellen gebaut. Hierdurch ist man aus Akzeptanzgründen auf den nicht sichtbaren Wellenbereich beschränkt und muss mit geringen Ausmaßen bezüglich des in den Kfz zur Verfügung stehenden Bauraums auskommen. Beide Limitierungen wirken sich unter Berücksichtigung der Augensicherheit mindernd auf die maximale Sendeleistung und damit auf die Performance des Systems aus. Hier ist dringend eine Reichweitenvergrößerung erforderlich. Wie im Folgenden weiter ausgeführt ist, ist eine Schlüsselfrage die Erzeugung kurzer Lichtimpulse mit Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden.
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LED-Pulse werden nach dem Stand der Technik durch schaltbare Strom- oder Spannungsquellen erzeugt. Hierbei entstehen typischerweise Anstiegs- und Abfallzeiten in der Größenordnung von 10ns. Diese sind bedingt durch das Umladen der Sperrschichtkapazität in Verbindung mit parasitären Komponenten der Diode und deren Anschlüssen.
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Aus der
EP 0 470 780 A2 ist eine Vorrichtung zur Verbesserung der Pulsform einer LED bekannt. Eine H-Brücke aus vier Bipolar-Transistoren (
1 der
EP 0 470 780 A2 und deren Bezugszeichen 12, 14, 24, 26) wird genutzt, um eine LED (Bezugszeichen 18 der
EP 0 470 780 A2 zu treiben. Die in der
EP 0 470 780 A2 offenbarte H-Brücke weist den Nachteil auf, dass sie in Sperrrichtung zwei Widerstände (Bezugszeichen 20 und 22 der
EP 0 470 780 A2 ) aufweisen muss, um infolge der Nutzung auftretende Querströme in den beiden H-Brücken zu begrenzen. (Siehe Spalte 2 Zeilen 49 bis 51 der
EP 0 470 780 A2 ). Dies limitiert das Ausschaltverhalten der in der
EP 0 470 780 A2 vorgeschlagenen Treiberschaltung wesentlich gegenüber dem hier vorgeschlagenen Verfahren und der hier vorgeschlagenen Vorrichtung. Des Weiteren umfasst der in der
EP 0 470 780 A2 vorgeschlagene Schaltkreis eine Stromquelle (Bezugszeichen 16 der
EP 0 470 780 A2 ), die die Integration zumindest eines weiteren Stromquellentransistors in den Schaltkreis erfordert. Die H-Brücke der
EP 0 470 780 A2 ist somit nicht spannungsversorgt, sondern stromversorgt aus der besagten Stromquelle (Bezugszeichen 16 der
EP 0 470 780 A2 ). Diese zusätzliche Stromquelle verursacht einen zusätzlichen Chipflächenbedarf bei Integration in einen integrierten mikroelektronischen Schaltkreis. Entsprechend der technischen Lehre der
EP 0 470 780 A2 wird die LED im ausgeschalteten Zustand betrieben, indem der erste High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke (Bezugszeichen 24 der
EP 0 470 780 A2 ausgeschaltet ist und der zweite High-Side-Transistor der zweiten Halbbrücke (Bezugszeichen 26 der
EP 0 470 780 A2 ) ausgeschaltet ist und der erste Low-Side-Transistor der ersten Halbbrücke (Bezugszeichen 12 der
EP 0 470 780 A2 ) eigeschaltet ist und der zweite Low-Side-Transistor der zweiten Halbbrücke (Bezugszeichen 14 der
EP 0 470 780 A2 ) ausgeschaltet ist. Im ausgeschalteten Zustand ist entsprechend der technischen Lehre der der
EP 0 470 780 A2 die Leuchtdiode (Bezugszeichen 18 der
EP 0 470 780 A2 ) also nur mit ihrer Anode über den ersten Low-Side-Transistor der ersten Halbbrücke (Bezugszeichen 12 der
EP 0 470 780 A2 ) mit der Stromquelle (Bezugszeichen 16 der
EP 0 470 780 A2 verbunden. Hier sei auf die Timing-Diagramme in
1 der
EP 0 470 780 A2 hingewiesen. Die LED (Bezugszeichen 18 der
EP 0 470 780 A2 ) ist also im ausgeschalteten Zustand nicht mit einer Energiequelle verbunden, da die Kathode der LED in diesem Zustand gemäß der technischen Lehre der
EP 0 470 780 A2 nicht beschaltet ist. Die technische Lehre der
EP 0 470 780 A2 sieht nun vor, das Einschaltverhalten der LED (Bezugszeichen 18 der
EP 0 470 780 A2 ) zu optimieren. Kurz nach dem Einschalten des ersten High-Side-Transistors (Bezugszeichen 24 der
EP 0 470 780 A2 ) und der zweiten Low-Side-transistors (Bezugszeichen 14 der
EP 0 470 780 A2 ) wird mit einer Verzögerung τ der zweite High-Side-Transistor (Bezugszeichen 26 der
EP 0 470 780 A2 ) und übernimmt einen Teil des Stroms der Stromquelle (Bezugszeichen 16 der
EP 0 470 780 A2 ). Das Ausschalten erfolgt ausschließlich über den ersten Low-Side-Transistor (Bezugszeichen 12 der
EP 0 470 780 A2 ). Besonders nachteilig ist dabei, dass der Ausräumstrom durch die Stromquelle (Bezugszeichen 16 der
EP 0 470 780 A2 ) begrenzt ist und damit die Ladung Q
LED=C
LED*U
LED in der LED (Bezugszeichen 18 der
EP 0 470 780 A2 ) nur in der damit festgelegten Zeit t
LEDaus= Q
LED/I
Quelle=C
LED * U
LED/I
Quelle ausgeschaltet werden kann. Der Entladevorgang wird dabei durch die Widerstände (Bezugszeichen 20 und 22 der
EP 0 470 780 A2 behindert und daher vergrößert. Eine Vorrichtung gemäß der technischen Lehre der
EP 0 470 780 A2 ist somit geeignet einen besonders steilen Anstieg der Lichtleistung hervorzurufen. Die Schaltung ist aber nicht geeignet, um einen kurzen Lichtpuls einer LED zu erzeugen. Die technische Lehre der
EP 0 470 780 A2 löst somit das Problem der Erzeugung ultrakurzer Lichtpulse mittels einer LED nicht.
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Aus WESEN, Bjorn [et al.]: „Fastest way of doing on/off-modulation of a LED?. 22
nd June 2011, edited 23rd June 2014. 4. S. URL: https://elecgtronics.stackexchange.com/questions/15818/fastest-way-ofdoing-on-off-modulation-of -a-led [abgerufen am 23.01.2018] ist die Nutzung zweiter Halbbrücken zur Ansteuerung einer LED bekannt. Aus „TPS28226 High-Frequency 4-A Sink Synchronous MOSFET Drivers“, einer Applikationsschrift der Fa. Texas Instruments und „2A Synchronous Buck Power MOSFET Driver“ einer Applikationsschrift der Fa. Microchip zum Microchip-Produkt MCP14628 sind Halbbrückentreiber ohne LED-Nutzung bekannt. Hieraus lässt sich eine Halbbrückenansteuerung ohne die Stromquelle der
EP 0 470 780 A1 in der Zusammenschau konstruieren.
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Aus der
EP 2 761 978 B1 ist eine solche H-Brückenschaltung zur Ansteuerung von LED-Leuchtmitteln unterschiedlicher Farbe und Polung bekannt. Allerdings dient die Umpolung hier der Auswahl verschiedener Farben. Die LEDs unterschiedlicher Farbe sind in der technischen Lehre der
EP 2 761 978 B1 unterschiedliche gepolt, so dass die Spannungsumpolung zu einer Änderung der abgestrahlten Farbe der Gesamteinrichtung führt. Die Vorrichtung der
EP 2 761 978 B1 ist somit nicht zur Abstrahlung kurzer Lichtpulse geeignet und vorgesehen.
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Aus der
EP 0 762 651 A2 ist das Einschalten einer LED mit einem zunächst höheren Strom gefolgt von einem niedrigeren Betriebsstrom zur Erzielung steiler Einschaltflanken bekannt.
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Die Kombination einer Lichtpulsquelle mit einer TOF-Kamera ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 105 482 A1 bekannt.
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In der Zusammenschau lösen die obigen Schriften lediglich das Problem einer kurzen Anstiegszeit, nicht aber eines kurzen Lichtpulses. Schon gar nicht lösen sie das Problem der großen auszuräumenden Speicherladung, das beim Ausschalten der flächenmäßig und damit kapazitätsmäßig in der Regel großen Leuchtmittel-LEDs entsteht. Die obigen Schriften, sofern sie sich mit Pulsformung befassen, richten sich auf das Steuern von für die Signalübertragung vorgesehenen und darauf optimierten LEDs und Laserdioden. Das Kapazitätsproblem von Leuchtmittel-LEDs, das die Nutzung als Messmittel behindert, lösen alle oben aufgeführten Schriften auch in der Zusammenschau nicht.
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Aus der
WO 2014 / 124 768 A1 ist ein Verfahren für ein Fahrzeug bekannt, dass das Erfassen des Betriebszustands eines Fahrzeugs, das Erzeugen eines modulierten Signals in Abhängigkeit von dem Betriebszustand, das Ansteuern einer Beleuchtungsvorrichtung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem modulierten Signal umfasst. Dabei ist die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der technischen Lehre der
WO 2014 / 124 768 A1 zum Beleuchten einer Szene in einer Umgebung des Fahrzeugs oder innerhalb des Fahrzeugs ausgestaltet. Das Verfahren der
WO 2014 / 124 768 A1 umfasst darüber hinaus das Empfangen von Licht welches von der Beleuchtungseinrichtung abgegeben wurde und von einem Objekt in der Szene reflektiert wurde, das Erzeugen eines Empfangssignals in Abhängigkeit von dem empfangenen Licht und das Bestimmen einer Entfernungsinformation des Objekts in Abhängigkeit von dem modulierten Signal und dem Empfangssignal. Die technische Lehre der
WO 2014 / 124 768 A1 lässt dabei offen, wie besonders kurze Pulse, die für eine gute Tiefenauflösung erforderlich sind, erzeugt werden sollen.
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Aus der
EP 2 160 629 B1 ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Fahrerassistenz für einen Fahrer bekannt, bei dem unter anderem eine Quelle für sichtbares Licht in Form einer Lichtemissionsdiode so angetrieben wird, dass pulsierendes Licht in einem vorgegebenen Modus unter Verwendung der Antriebsdatendurch diese ausgesendet wird. Dabei wird die Funktion des Beleuchtens trotz der Pulsation aufrechterhalten. Laut der technischen Lehre der
EP 2 160 629 B1 können mit Hilfe der so emittierten Pulse Objekte im Beleuchtungsbereich erfasst werden und im Anschluss Funktionen des Fahrzeugs und/oder Handlungen des Fahrers durch die erfassten Daten ausgelöst werden.
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Aus der
DE 10 2006 044 794 A1 ist ein Fahrzeug basierendes Lidar-System bekannt, bei dem die Sendeeinheit in die Fahrzeugleuchte integriert ist. Auch die technische Lehre der
DE 10 2006 044 794 A1 lässt dabei offen, wie besonders kurze Pulse, die für eine gute Tiefenauflösung erforderlich sind, erzeugt werden sollen.
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Aus der
DE 10 2016 205 563 A1 sind eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeugscheinwerfer bekannt. Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß der technischen Lehre der
DE 10 2016 205 563 A1 ist mit einer Lichtquelle, mit der Nutzlicht und/oder Hilfslicht in eine Umgebung emittierbar ist, mit einem Sensor, mit dem von der Umgebung reflektiertes Nutzlicht und/oder Hilfslicht zumindest teilweise erfassbar ist, und mit einer Elektronik zum Auswerten des vom Sensor erfassten Nutzlichts und/oder Hilfslichts versehen. Auch die technische Lehre der
DE 10 2016 205 563 A1 lässt offen, wie besonders kurze Pulse, die für eine gute Tiefenauflösung erforderlich sind, erzeugt werden sollen.
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Aus der
DE 20 2013 008 067 U1 ist die Ansteuerung von LEDs eines Scheinwerfers in Abhängigkeit von einem Sensor bekannt, der das Licht der LED erfasst und wobei die Ansteuerung der LED in Abhängigkeit von dem erfassten Lichtsignal verändert wird. Aus der
DE 10 2013 001 273 A1 ist eine solche Vorrichtung bekannt, bei die LED selbst als Fotodetektor für diesen Zweck benutzt wird.
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Aus der
DE 10 2013 002 668 A1 ist die Verwendung der Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs als Entfernungs- und Geschwindigkeitsmesssystem bekannt. Die technische Lehre der
DE 10 2013 002 668 A1 offenbart dabei nicht, wie die Pulse besonders kurz gestaltet werden können.
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Aus der
CN 102 612 231 A ist die Ansteuerung eines LED-Moduls mit zwei antiparallel geschalteten LED Ketten bekannt. Die beiden LED-Ketten sollen gemäß der technischen Lehre der
CN 102 612 231 A (siehe z.B. Abschnitt [0004] der
CN 102 612 231 A ) eine unterschiedliche Farbtemperatur aufweisen und werden über eine H-Brücke angesteuert und betrieben. Die Funktion der H-Brücke ist dabei, die Stromrichtung umkehren zu können und so die Stromrichtcharakteristik der LEDs für eine Selektion der unterschiedlichen LED-Stränge im Betrieb zu nutzen. Auch die technische Lehre der
CN 102 612 231 A lässt offen, wie besonders kurze Pulse, die für eine gute Tiefenauflösung erforderlich sind, erzeugt werden sollen.
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Eine Ähnliche Methode zur Selektion zwischen zwei verschiedenen antiparallel geschalteten LEDs mittels Umpolung mittels einer H-Brücke ist aus der
DE 10 2006 041 013 A1 bekannt.
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Auch aus der
JP 2005- 158 483 A ist die Nutzung einer H-Brücke zur Ansteuerung einer LED, dort einer organischen LED, bekannt. Von dort ist auch die Ansteuerung der LED mit Sperrpulsen bekannt. Dort heißt es: "Wie z.B. in
8 gezeigt, ist e seine bevorzugte Konstruktion, den Vorwärtsstrom in das Elektrolumineszenzbauteil (Bezugszeichen 10 der
JP 2005- 158 483 A ) mit einem Kontrollpuls (Bezugszeichen b der
JP 2005- 158 483 A ) einzuspeisen, der die Schaltmittel in Form des ersten Transistors (Bezugszeichen Tr1 der
JP 2005- 158 483 A ) schaltet, und der von den Kontrolleinrichtungen (Bezugszeichen 22 der
JP 2005- 158 483 A ) intermittierend gespeist wird. Auf diese Weise [...] kann das Elektrolumineszenzbauteil (Bezugszeichen 10a der
JP 2005- 158 483 A ) [...] dazu gebracht werden immer wieder angeschaltet zu werden, indem inverse Steuerpulse von der Kontrolleinrichtung (Bezugszeichen 22 der
JP 2005- 158 483 A ) [...] erzeugt werden." Auch die technische Lehre der
JP 2005- 158 483 A lässt offen, wie besonders kurze Pulse, die für eine gute Tiefenauflösung erforderlich sind, erzeugt werden sollen.
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Aus der
DE 10 2013 001 274 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Matrix-LED-Scheinwerfers bekannt, bei dem diese Fotodetektoreigenschaft einer in Sperrrichtung vorgespannten LED ebenfalls ausgenutzt wird.
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Aus der
US 4 571 506 A ist eine Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zum schnellen Modulieren der Lichtabstrahlung einer LED bekannt. Bei dem Verfahren wird eine LED (Bezugszeichen LED der
US 4 571 506 ) durch einen nicht modulierten Strom einer Stromquelle („Precision Current Regulator“ in
2 der
US 4 571 506 A ) in einen DC-Arbeitspunkt gebracht. Dieser DC-Arbeitspunkt wird durch eine in Serie geschaltete Spule (Bezugszeichen L2 der
US 4 571 506 A ) stabilisiert. Durch einen am gleichen LED-Anschluss angeschlossene modulierte bipolare Stromquelle (Transistor mit Bezugszeichen Q4 und Q3 der
US 4 571 506 A ) wird dem LED-Strom ein zusätzlicher modulierter Kleinsignalstrom aufmoduliert. Ein Kondensator (Bezugszeichen CI der
US 4 571 506 A in deren
2) differenziert eines der beiden differentiellen Steuersignale uns sorgt so im Ausschaltvorgang für einen kurzen Unterschwinger unter die 0-V-Linie, der dann auf einen positiven Low-Signalwert wieder zurückgeht. Dies sorgt für eine schnellere Ausräumung der betreffenden Raumladungszone der LED. Aus der
US 4 571 506 A (Spalte 2 Zeilen 59 bis 65 der
US 4 571 506 A ) ist darüber hinaus bereits bekannt, dass höhere Sperrspannungswerte ein Ausräumen der Raumladungszone beschleunigen. Gemäß dem Stand der Technik und beispielsweise der technischen Lehre der
US 4 571 506 A , kann diese Sperrspannung aber nur einen begrenzten Betrag annehmen, ohne die LED zu schädigen (z.B. Spalte 2 Zeilen 27 bis 36 der
US 4 571 506 A ).
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Aus der
DE 197 04 496 A1 ist bekannt, dass die Modulation der Empfindlichkeit von Lichtsensoren durch eine Steuerung bekannt.
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Aus der
US 9 653 642 B1 ist eine Mehrfarben LED bekannt. Ihr Einsatz in Scheinwerfern wird vorgeschlagen.
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Aus der
DE 10 2015 110 233 A1 ist eine Bilderzeugungsvorrichtung bekannt, die durch sequenzielles Abstrahlen unterschiedlicher Beleuchtungsfarben und Aufnahme zugehöriger Bilder ein Farbbild erzeugt.
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Allen vorgenannten Schriften ist gemeinsam, dass sie auch in Kombination nicht das Geschwindigkeitsproblem für den Pulsbetrieb der Scheinwerfer lösen.
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Das Dokument
US 5 132 553 A beschreibt eine LED-Pulsformungsschaltung, die laut der technischen Lehre der
US 5 132 553 A in der Lage ist, eine verbesserte Anstiegszeit (unter Verwendung von Stromspitzen) und Abfallzeit (unter Verwendung von Ladungsextraktion) zu liefern. Die Impulsformungsschaltung der
US 5 132 553 A besteht laut der technischen Lehre der
US 5 132 553 A aus einem herkömmlichen Differenzstromschalter, der mit einem Paar von Schaltelementen und Widerstandselementen gekoppelt ist. Ein erstes Schaltelement der Vorrichtung der
US 5 132 553 A wird zu Beginn eines Impulses gemäß der technischen Lehre der
US 5 132 553 A aktiviert, um einen anfänglich erhöhten Treiberstrom für die LED bereitzustellen, wobei der Wert eines ersten Widerstandselements zur Bestimmung der Höhe des erhöhten Treiberstroms verwendet wird. Die Stromspitze führt laut der technischen Lehre der
US 5 132 553 A somit zu einer Verringerung der Anstiegszeit der LED. Das verbleibende Schaltelement und der Widerstand werden laut der technischen Lehre der
US 5 132 553 A in Verbindung mit dem Differenzstromschalter verwendet, um am Ende des Pulses einen umgekehrten Stromfluss durch die LED zu erzeugen. Die Ladungsentnahme führt laut der technischen Lehre der
US 5 132 553 A dann zu einer Verringerung der Abfallzeit der LED. Die technische Lehre der
US 5 132 553 A benutzt ein Verfahren zum Betreiben einer H-Brücke zur Ansteuerung mindestens einer LED (in einem gepulsten Betrieb. Das Verfahren der
US 5 132 553 A umfasst dabei das Bestromen der LED, in einem „PAn“-Zustand, in Vorwärtsrichtung bis zu einem ersten Zeitpunkt. Das Verfahren der
US 5 132 553 A umfasst dabei weiter das Umschalten der Bestromung von Vorwärtsrichtung in Rückwärtsrichtung durch Versetzen der H-Brücke in einen „PAn“-Zustand, in dem eine Sperrspannung in Sperrrichtung der LED durch die H-Brücke an die LED (LED1) angelegt wird, für die Dauer einer Ausräumzeit (τ
pn) und das Bestromen der LED, in einen „PAus“-Zustand", ab einem zweiten Zeitpunkt (t1) nach dem ersten Zeitpunkt (t
0). Dabei ist der zweite Zeitpunkt (t
1) zeitlich um eine Verzögerungszeit (τ
t) gegenüber dem ersten Zeitpunkt (t
0) verzögert.
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Die technische Lehre der
US 5 132 553 A gibt nicht an, wie die Einschaltzeit und die Verzögerungszeit und die Ausräumzeit gewählt werden sollen, um die technische Aufgabe zu lösen.
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Das Verfahren der
US 5 132 553 A umfasst ein Verfahren zur vorzeitigen Entfernung der Ladungsträger aus einer Leuchtdiode mit einer Kathode und einer Anode zur Erzeugung schneller Lichtimpulse. Das Verfahren der
US 5 132 553 A umfasst das Betreiben der LED in Vorwärtsrichtung bis zu einem Ausschaltzeitpunkt (t
0) durch Anlegen einer ersten Potenzialdifferenz zwischen der Anode der LED und der Kathode der LED. Gemäß dem Verfahren der
US 5 132 553 A umfasst das Verfahren das Betreiben der LED in Sperrrichtung nach dem Ausschaltzeitpunkt (t0) durch Anlegen einer zweiten Potenzialdifferenz zwischen der Anode der LED und der Kathode der LED (LED1), wobei diese zweite Potenzialdifferenz in Bezug auf die Kathode der LED als Bezugspotenzialknoten negativ ist.
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Aufgabe
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Um LIDAR Systeme besser und zuverlässiger zu machen, muss die Empfindlichkeit des Systems erhöht werden, um zum Beispiel die Reichweite zu erhöhen oder die Sichtbarkeit von dunklen Objekten zu ermöglichen. Dies kann entweder durch einen empfindlicheren Sensor oder durch eine erhöhte Sendeleistung geschehen. Sensoren werden heute schon nah an physikalischen Limits betrieben, während die Sendeleistung gesetzlichen Beschränkungen unterliegt. Eine maßgebliche Verbesserung kann also nur durch eine Verbesserung der Lichtquelle unter Berücksichtigung der geltenden gesetzlichen Beschränkungen erreicht werden.
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Wie im Folgenden erläutert wird, ist hierbei eine wesentliche Teilaufgabe, kurze Lichtimpulse ohne langsame Anstiegs- und Abfallzeiten der Pulsweite, welche durch parasitäre Effekte bedingt werden, zu erzeugen.
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Durch die vorgeschlagene technische Lösung soll die Anstieg- und Abfallzeiten eines LED Lichtpulses massiv verkürzt werden, um extrem kurze Pulse zu erzeugen (<1ns). Somit können kostengünstige LEDs in Applikationen wie Flash LIDAR effizient und leistungsstark eingesetzt werden. In diversen Anwendungen könnten so folglich teurere Laserdioden durch LEDs ersetzt werden.
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Bevorzugt soll die vorgeschlagene Vorrichtung auch Daten übertragen können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Lösung der Aufgabe
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Bei der Ausarbeitung des Vorschlags wurde erkannt, dass die geforderte maßgebliche Verbesserung nur durch eine Verbesserung der Lichtquelle unter Berücksichtigung der geltenden gesetzlichen Beschränkungen erreicht werden kann und dass es hierbei drei Möglichkeiten gibt:
- 1. Verkürzung der Pulsdauer der Lichtquelle;
- 2. Vergrößerung der Lichtquellenapertur;
- 3. Verwendung von sichtbarem Licht statt IR-Licht, um aufgrund des natürlichen Lidreflexes in eine höhere gesetzlich geregelte Intensitätsobergrenze zu fallen.
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Durch Erweiterung der Scheinwerferfunktionalität zur LIDAR Lichtquelle kann aus der Not eine Tugend gemacht werden. Dies setzt voraus, dass man einen pulsationsfähigen Scheinwerfer hat. Dadurch, dass man statt eines kontinuierlich statischen Betriebs, wie in LED-Scheinwerfern aus dem Stand der Technik, diese nun im Pulsbetrieb ansteuert, kann man bei vergleichbarer mittlerer Leistung und ausreichender Pulsrate die heutige Funktionalität der Scheinwerfer erhalten, ohne dass sich für den Menschen ein sichtbarer Unterschied ergibt. Hierbei kann eine gepulste Lichtmodulation auch einem statischen Beleuchtungssignal überlagert werden.
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Im Sinne dieser Offenbarung sind unter Scheinwerfer alle Leuchten eines Fahrzeugs, insbesondere alle Außenleuchten eines Fahrzeugs zu verstehen. Dies sind insbesondere, aber nicht nur: Die Frontscheinwerfer für Tag-Fahrlicht, das Abblendlicht, das Fernlicht, die Zierleuchten, die Fahrtrichtungsanzeiger, die Bremsleuchten, die Rückfahrscheinwerfer, die Rückleuchten, die Nebelleuchten, die Nebelrückleuchten, die Warnleuchten und die Signalleuchten (z.B. das Blaulicht der Polizei oder Feuerwehr, das gelbe Warnlicht von Schwertransporten etc.).
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Da die Leuchtmittel sich an verschiedenen Positionen am Fahrzeug befinden, kann im Nahbereich eine Umfeldkarte (UK) durch Triangulation erzeugt werden.
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Diese kann ggf. mit vorausfahrenden und nachfolgenden Fahrzeugen über einen Datenlink ausgetauscht werden, der ggf. über den vorgeschlagenen lichtpulsfähigen Scheinwerfer hergestellt werden kann.
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Man erreicht, dass dem abgestrahlten Licht eine Zeitinformation auferlegt wird, die zur Distanzmessung genutzt werden kann. Für weiße Frontscheinwerfer ist dies durch Verwendung von RGB-LEDs statt Fluoreszenz-LEDs (LED2...n) als Leuchtmittel für den eigentlichen Beleuchtungszweck umsetzbar, da letztere keine schnelle Modulation erlauben. Wichtig ist, dass in zumindest einem spektralen Bereich eine Modulation möglich ist.
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Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass in einem Spektralbereich das Licht einer Fluoreszenz-LED (LED2...n) durch einen Filter (F1) ausgelöscht wird und durch das Licht einer wellenlängenmäßig schmalbandigen Zusatz-LED (LED1) ersetzt wird, die dann schnell moduliert werden kann. Es wird hier also ein schnell modulierbarer Scheinwerfer (SW) vorgeschlagen, der für LIDAR-Anwendungen einsetzbar ist.
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Dieser spektrale Bereich der abgestrahlten und modulierten Wellenlänge kann dann durch ein optisches Bandpassfilter (F1) für einen Empfänger (PD1) separiert werden.
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Durch Verwendung der Fahrzeugscheinwerfer als LIDAR Lichtquelle kann einerseits durch die große Apertur gegenüber deutlich kleineren IR-Lichtquellen bei gleicher Intensität eine höhere Gesamtsendeleistung erreicht werden, andererseits gelten im sichtbaren Wellenlängenbereich gesetzlich höhere Intensitätsobergrenzen, da hier der natürliche Lidreflex als Schutzfunktion zum Tragen kommt. Somit ist ein solches, optisches System, das im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitet, einem System, das auf Infrarotabstrahlung basiert überlegen. Hierbei stellt sich das Problem der Erzeugung kurzer Lichtimpulse (LP) insbesondere mit der bereits am Fahrzeug vorhandenen Lichtquelle, wie Scheinwerfern (SW), Fahrtrichtungsanzeigern, Bremslichtern, Rückleuchten, Rückfahrscheinwerfern etc. und ggf. zusätzlich angebrachten Lichtquellen.
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Ziel der vorgeschlagenen Vorrichtung und des vorgeschlagenen Verfahrens soll sein, mittels einer ersten LED (LED1), als Leuchtmittel solcher Scheinwerfer (SW1) möglichst kurze Lichtpulse (LP) zu erzeugen.
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Das Nachleuchten der ersten LED (LED1) nach dem Abschalten des Betriebsstroms durch die in der Sperrschicht der ersten LED (LED1) gespeicherten Ladungen soll nun dadurch vermieden werden, dass die in der Sperrschicht der ersten LED (LED1) gespeicherten Ladungen nicht durch Rekombination abgebaut werden, sondern durch ein aktives Absaugen dieser Ladungsträger abgebaut werden.
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Um dieses Absaugen herbeizuführen, wird vorgeschlagen, die Betriebsspannung der ersten LED (LED1) umzupolen. Des Weiteren wird vorgeschlagen, diese Umpolung mittels einer vorschlagsgemäßen H-Brücke (H) mittels eines vorschlagsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Um die Ausräumung der verbliebenen Ladungsträger weiter zu beschleunigen, wird vorgeschlagen, den eigentlichen Ausräumvorgang mit Hilfe einer Ladungspumpe oder eines Spannungswandlers vorzunehmen und dadurch die elektrische Feldstärke, die auf die Ladungsträger während des Ausräumvorgangs einwirkt, zu maximieren.
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Um die Flankensteilheit zu erhöhen, muss somit für die steigende Flanke für kurze Zeit eine hohe Spannung an die erste LED (LED1) angelegt werden. Die Steilheit ist in erster Ordnung proportional zur angelegten Spannung. Um die fallende Flanke zu beschleunigen, muss gleiches mit umgekehrter Polarität erfolgen, bis die Sperrschicht Kapazität durch den Treiber der ersten LED (LED1) aktiv entladen wurde. Eine H-Brücke (H) bietet genau diese Ansteuerungsmöglichkeit. Hierbei ist zu beachten, dass die Überspannung nicht zu lange anliegt und die erste LED (LED1) somit nicht über ihre Grenzen belastet wird.
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Es wurde also bei der Ausarbeitung dieses Vorschlags erkannt, dass mit einer H-Brücke (H) oder einer vergleichbaren Schaltung durch das kurze Anlegen einer positiven Spannung in Flussrichtung der ersten LED (LED1), gefolgt von einer hohen negativen Spannung in Sperrrichtung der ersten LED (LED1) die parasitären Komponenten der ersten LED (LED1) und deren Anbindung an den Treiber schneller umgeladen werden, was zu einer deutlich verbesserten Flankensteilheit führt und somit viel kürzere Pulse ermöglicht. Es wurde auch erkannt, dass die in den parasitären Elementen der ersten LED (LED1) gespeicherte Ladung endlich ist und dass die hohe negative Spannung zum Absaugen der gespeicherten Ladungsträger daher aus Ladungspumpen mit ausreichender Kapazität gespeist werden kann, die eine Überhöhung der im Folgenden Absaugspannung genannten negativen hohen Spannung in Sperrrichtung der ersten LED (LED1) um ein Vielfaches der Betriebsspannung, das heißt der Vorwärtsspannung in Flussrichtung der ersten LED (LED1) ermöglichen.
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In einer ersten Ausführungsform des Vorschlags wird eine erste Leuchtdiode (LED1), die eine Kathode (K) und eine Anode (A) aufweist, angesteuert. Die erste Leuchtdiode (LED1) ist hier über ihre Kathode (K) mit dem zweiten Anschluss (2) des ersten Transistors (T1) und dem dritten Anschluss (3) des zweiten Transistors (T2) und über ihre Anode (A) mit dem sechsten Anschluss (6) des dritten Transistors (T3) und über den siebten Anschluss (7) des vierten Transistors (T4) verbunden. Dabei sind der erste Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) sowie der fünfte Anschluss (5) des dritten Transistors (T3) mit der ersten positiven Versorgungsspannung (VCC1) verbunden. Der vierte Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) sowie der achte Anschluss des vierten Transistors (T4) sind an die zweite negative Versorgungsspannung (GND2) angeschlossen. Der erste Transistor (T1) kann zwei Betriebszustände einnehmen, einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand. Befindet sich der erste Transistor (T1) in einem ersten Betriebszustand, so kann der elektrische Strom von der ersten positiven Versorgungsspannung (VCC1) zur Kathode (K) der Leuchtdiode (LED1) fließen. In dem zweiten Betriebszustand des ersten Transistors (T1) ist der erste Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) hochohmiger mit dem zweiten Anschluss (2) des ersten Transistors (T1) verbunden als in dem ersten Betriebszustand der erste Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) mit dem zweiten Anschluss (2) des ersten Transistors (T1) verbunden ist. In diesem zweiten Betriebszustand kann der elektrische Strom nicht zur Kathode (K) der Leuchtdiode (LED1) fließen. Der erste Transistor (T1) nimmt den ersten Betriebszustand ein, wenn sich sein erster Steueranschluss (G1) in einem ersten logischen Zustand befindet und den zweiten Betriebszustand, wenn sich sein erster Steueranschluss (G1) in einem zweiten logischen Zustand befindet.
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Der zweite Transistor (T2) kann zwei Betriebszustände einnehmen, einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand. Befindet sich der zweite Transistor (T2) in einem ersten Betriebszustand, so können die Ladungsträger vom dritten Anschluss (3) des zweiten Transistors (T2) zum vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) fließen. In einem zweiten Betriebszustand des zweiten Transistors (T2) ist der dritte Anschluss (3) des zweiten Transistors (T2) hochohmiger mit dem vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) verbunden als der dritte Anschluss (3) in dem ersten Betriebszustand, mit dem vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) verbunden ist. In diesem zweiten Betriebszustand können die Ladungsträger im Wesentlichen nicht durch den zweiten Transistor (T2) fließen. Der zweite Transistor (T2) nimmt den ersten Betriebszustand ein, wenn sich sein zweiter Steueranschluss (G2) in einem ersten logischen Zustand befindet und den zweiten Betriebszustand, wenn sich sein zweiter Steueranschluss (G2) in einem zweiten logischen Zustand befindet.
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Der dritte Transistor (T3) kann zwei Betriebszustände einnehmen, einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand. Befindet sich der dritte Transistor (T3) in einem ersten Betriebszustand, so können die Ladungsträger vom fünften Anschluss (5) des dritten Transistors (T3) zum sechsten Anschluss (6) des dritten Transistors (T3) fließen. In einem zweiten Betriebszustand des dritten Transistors (T3) ist der fünfte Anschluss (5) des zweiten Transistors (T2) hochohmiger mit dem sechsten Anschluss (6) des dritten Transistors (T3) verbunden als in dem ersten Betriebszustand der fünfte Anschluss (5) des zweiten Transistors (T2) mit dem sechsten Anschluss (6) des dritten Transistors (T3) verbunden ist. In diesem zweiten Betriebszustand können die Ladungsträger im Wesentlichen nicht fließen. Der dritte Transistor (T3) nimmt den ersten Betriebszustand ein, wenn sich sein dritter Steueranschluss (G3) in einem ersten logischen Zustand befindet und den zweiten Betriebszustand, wenn sich sein dritter Steueranschluss (G3) in einem zweiten logischen Zustand befindet.
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Der vierte Transistor (T4) kann zwei Betriebszustände einnehmen, einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand. Befindet sich der vierte Transistor (T4) in einem ersten Betriebszustand, so können die Ladungsträger vom siebten Anschluss (7) des vierten Transistors (T4) zum achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) fließen. In einem zweiten Betriebszustand des vierten Transistors (T4) ist der siebte Anschluss (7) des vierten Transistors (T4) hochohmiger mit dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) verbunden als der siebte Anschluss (7) des vierten Transistors (T4) in dem ersten Betriebszustand mit dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) verbunden ist. In diesem zweiten Betriebszustand können die Ladungsträger im Wesentlichen nicht fließen. Der vierte Transistor (T4) nimmt den ersten Betriebszustand ein, wenn sich sein vierter Steueranschluss (G4) in einem ersten logischen Zustand befindet und den zweiten Betriebszustand, wenn sich sein vierter Steueranschluss (G4) in einem zweiten logischen Zustand befindet.
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Die Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4) werden durch ein Steuerelement (ST) gesteuert. Jeder der Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4) kann sich in einem ersten logischen Zustand oder in einem zweiten logischen Zustand befinden. Dabei ist es aber vorteilhaft, wenn sich die Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4) in einem der drei folgenden Gesamtzustände befinden.
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In dem ersten Gesamtzustand, dem „PZ“-Zustand (PZ), befinden sich alle Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4) in einem zweiten logischen Zustand. Das bedeutet, dass sich alle Transistoren (T1, T2, T3, T4) in ihrem zweiten Betriebszustand befinden und somit kein elektrischer Strom fließen kann und die erste LED (LED1) kein Licht ausstrahlt. Im Pulsbetrieb befindet sich die vorgeschlagene Vorrichtung bevorzugt im „PZ“-Zustand (PZ).
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In dem zweiten Gesamtzustand, dem „PAn“-Zustand (PAn), befinden sich der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) in einem ersten logischen Zustand und somit befinden sich der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) in dem ersten Betriebszustand. Der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) befinden sich in einem zweiten logischen Zustand. Somit befinden sich der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) in dem zweiten Betriebszustand. Die erste ED (LED1) wird in Vorwärtsrichtung bestromt und von der LED (LED1) wird Licht ausgestrahlt. Somit fließt der elektrische Strom von der zweiten positiven Versorgungsspannung (VCC2) über den dritten Transistor (T3), der sich im ersten Betriebszustand befindet, und die erste LED (LED1) und den zweiten Transistor (T2), der sich im ersten Betriebszustand befindet, zur ersten negativen Versorgungsspannung (GND1). Im Pulsbetrieb wird der „PAn“-Zustand (PAn) bevorzugt nur für eine sehr kurze Zeit, die Einschaltzeit (τpp) eingenommen.
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In einem dritten Gesamtzustand, dem „PAus“-Zustand (PAus), befinden sich der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) in einem zweiten logischen Zustand und somit befinden sich der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) in dem zweiten Betriebszustand. Der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) befinden sich in einem ersten logischen Zustand. Somit befinden sich der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) in dem ersten Betriebszustand. Die erste LED (LED1) wird in Rückwärtsrichtung mit dem Entladestrom bestromt und sie strahlt kein Licht ab. Der elektrische Entladestrom fließt nun für die Beseitigung der in der ersten LED (LED1) und dem zweiten Transistor (T2) und dem dritten Transistor (T3) gespeicherten Ladungsträger unmittelbar nach dem Umpolen von der ersten positiven Versorgungsspannung (VCC1) über den ersten Transistor (T1), der sich im ersten Betriebszustand befindet und die erste LED (LED1) und den vierten Transistor (T4), der sich im ersten Betriebszustand befindet zur zweiten negativen Versorgungsspannung (GND2). Im Pulsbetrieb wird der „PAn“-Zustand (PAn) bevorzugt nur für eine sehr kurze Zeit, die Ausräumzeit (τpn), eingenommen.
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Das Steuerelement (ST) ist in einer Vorschlagsvariante dafür ausgelegt, dass bevorzugt kein direkter Wechsel vom zweiten Gesamtzustand, den „PAn“-Zustand (PAn), in den dritten Gesamtzustand, den „PAus“-Zustand (PAus), stattfinden kann. Dazwischen muss erst immer der erste Gesamtzustand, der „PZ“-Zustand (PZ), eingenommen werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden (Siehe 2).
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Um nach dem vorgeschlagenen Verfahren die Ladungsträger aus der Sperrschicht der ersten LED (LED1) zu entfernen, wird möglichst schnell vom zweiten Gesamtzustand, dem „PAn“-Zustand (PAn), über den ersten Gesamtzustand, den „PZ“-Zustand (PZ), in den dritten Gesamtzustand, den „PAus“-Zustand (PAus), geschaltet. Beschreiben wird hier der Ausschaltvorgang der ersten LED (LED1). Zu Beginn des Ausschaltvorgangs wird die erste LED (LED1) von einem elektrischen Strom durchflossen. Das System befindet sich im zweiten Gesamtzustand, den „PAn“-Zustand (PAn). Es befinden sich daher Ladungsträger als Speicherladung in der ersten LED (LED1) und Licht wird von dieser ausgestrahlt. Nun wird zu einem ersten Zeitpunkt (t0) in den ersten Gesamtzustand, den „PZ“-Zustand (PZ), geschaltet. Die Ladungsträger werden, da sie nicht ausgeräumt werden nur mit einer Ladungsträgerlebensdauer (τ) in der ersten LED (LED1) abgebaut. Um dies zu beschleunigen, steuert die Steuereinrichtung (ST) nach einer Verzögerungszeit (Δt), die kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) ist, einen Wechsel vom ersten Gesamtzustand, den „PZ“-Zustand (PZ), in den dritten Gesamtzustand, den „PAus“-Zustand (PAus). Durch die Umpolung und dadurch, dass die Verzögerungszeit (Δt) kleiner ist als die Ladungsträgerlebensdauer (τ), werden die in der Verarmungszone der ersten LED (LED1) gespeicherten Ladungsträger beschleunigt mittels des nun möglichen Entladestroms über den ersten Transistor (T1) und den vierten Transistor (T4) entfernt. Es ist somit möglich, kürzere Lichtimpulse (LP) zu senden.
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Dabei wird im Sinne dieser Offenlegung durch das Steuerelement (ST) der Zustand der Vorrichtung so gesteuert, dass für eine sehr kurze Einschaltzeit (τpp) eine erhöhte Vorwärtsspannung (UDR) in Flussrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1) an dieser ersten Leuchtdiode (LED1) angelegt wird. Anschließend wird für wiederum eine sehr kurze Ausräumzeit (τpn) eine betragsmäßig erhöhte Ausräumspannung (URM) in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1) an dieser ersten Leuchtdiode (LED1) angelegt. Diese Ausräumzeit (τpn) ist dabei bevorzugt so bemessen, dass eine Restladung der Speicherladung nach dem Ende der Ausräumzeit (τpn) noch in der ersten Leuchtdiode (LED1) vorhanden ist, die diese vor Zerstörung durch Lawineneffekte schützt.
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Vorteil des Vorschlags
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Es ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber den heutigen Ansätzen:
- 1. Befähigung von Scheinwerfern (SW) zur Abgabe kurzer Lichtpulse (LP).
- 2. Erhöhung der Sendeleitung durch Vergrößerung der Apertur gegenüber gebräuchlichen LIDAR-Lichtquellen, da Scheinwerfer (SW) eine größere Abstrahlfläche haben.
- 3. Erhöhung der Sendeleistung gegenüber gebräuchlichen LIDAR-Lichtquellen durch Verwendung von sichtbarem Licht unter Ausnutzung des Lidreflexes.
- 4. Wegfall gesonderter Lichtquellen für LIDAR
- 5. Höhere Empfindlichkeit und Bandbreite der Empfangsfotodioden im sichtbaren Wellenlängenbereich aufgrund geringerer Eindringtiefe des Lichts in Silizium oder die jeweils betreffenden Halbleiter.
- 6. Ideale Positionierung der LIDAR Lichtquelle, da Scheinwerfer (SW) bereits optimiert darauf sind, den Gefahrenbereich auszuleuchten.
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Beschreibung der Weiterbildungen/Ausbildungen des Vorschlags
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In einem weiteren vorgeschlagenen Verfahren wird die Leuchtdiode (LED1) über eine H-Brücke angesteuert.
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Dabei wird die erste LED (LED1) bis zu einem ersten Zeitpunkt (t0) in Vorwärtsrichtung im sogen. „PAn“-Zustand der H-Brücke (H) bestromt. Nach dem ersten Zeitpunkt (t0), wird zu einem zweiten Zeitpunkt (t1) die Bestromung umgepolt. Das heißt ab einem zweiten Zeitpunkt (t1) wird die LED (LED1) im „PAus“-Zustand in Rückwärtsrichtung bestromt bis alle Ladungsträger entfernt sind und in Sperrrichtung vorgespannt. Die zeitliche Differenz zwischen einem ersten Zeitpunkt (t0) und einem zweiten Zeitpunkt (t1), die Verzögerungszeit (Δt) für den Verbleib im „PZ“-Zustand, in dem alle Transistoren (T1, T2, T3, T4) gesperrt sind, beim Wechsel vom „PAn“-Zustand, in dem die erste LED (LED1) in Flussrichtung bestromt wird in den „PAus“-Zustand, in dem die LED (LED1) in Sperrrichtung elektrisch vorgespannt wird, soll dabei wieder kürzer sein als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) der Elektron-Lochpaaren in der Sperrschicht der ersten LED (LED1).
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In einer weiteren Ausführung wird die vorgeschlagene Vorrichtung um eine positive Ladungspumpe (LPPB) (bzw. ein positiver Spannungswandler (SVPB)) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger und eine negative Ladungspumpe (LPMB) (bzw. ein negativer Spannungswandler (SVMB)) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ergänzt.
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Bei der hier vorgeschlagenen Vorrichtung ist die positive Ladungspumpe (LPPB) (bzw. der positive Spannungswandlers SVPB) über ihren neunten Anschluss (9) mit der positiven Versorgungsspannung (VCC) verbunden. Die negative Ladungspumpe (LPMB) (bzw. der negative Spannungswandler (SVMB)) ist über ihren elften Anschluss (11) mit der negativen Versorgungsspannung (GND) verbunden. Die sonstige Versorgung der Ladungspumpen (LPPB, LPMB) und der Spannungswandler (SVPB, SVMB) ist nicht in den Figuren eingezeichnet. Dabei liegt das Potenzial des zehnten Anschlusses (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) (bzw. des positiven Spannungswandlers (SVPB)) über dem Potenzial des zwölften Anschlusses (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) (bzw. des negativen Spannungswandlers (SMB). Das Spannungspotential (VCC1) der positiven Ladungspumpe (LPPB) (bzw. des positiven Spannungswandlers (SVPB)) liegt zudem bevorzugt höher als das der positiven Versorgungsspannung (VCC). Das Spannungspotential (GND2) des Ausgangs (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) (bzw. des negativen Spannungswandlers (SVMB)) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger liegt bevorzugt niedriger als das der negativen Versorgungsspannung (GND). Die Vorrichtung wird um die Ladungspumpen bzw. Spannungswandler ergänzt, indem eine positive Ladungspumpe (LPPB) (bzw. positive Spannungswandler (SVPB) mit ihrem zehnten Anschluss (10) als erste positive Versorgungsspannung (VCC1) mit dem ersten Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) verbunden ist und die negative Ladungspumpe (LPMB) (bzw. der negative Spannungswandler (SVMB)) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger mit ihrem zwölften Anschluss (12) als zweite negative Versorgungsspannung (GND2) mit dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) verbunden ist. Dadurch ist die positive zweite Versorgungsspannung (VCC2) nur noch mit dem fünften Anschluss des dritten Transistors (T3) verbunden und die negative erste Versorgungsspannung (GND1) ist nur noch mit dem vierten Anschluss des zweiten Transistors (T2) verbunden. Es ist nun möglich durch eine geeignete Ausräumspannung, die die durch die Ausgangsspannungen (VCC1, GND2) von Ladungspumpen (LPPA, LPMB) bzw. Spannungsreglern (SVPA, SVPB) erzeugt werden kann, die Ladungsträger schneller aus der Sperrschicht der ersten LED (LED1) zu entfernen.
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In einer weiteren Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Erzeugung schneller Lichtimpulse (LP) durch die vorzeitige Entfernung der Ladungsträger aus einer Leuchtdiode (LED), die eine Kathode (K) und eine Anode (A) aufweist, vorgeschlagen.
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Dafür wird die erste LED (LED1) zunächst in Vorwärtsrichtung bis zu einem Ausschaltzeitpunkt (t0) durch Anlegen einer ersten Potenzialdifferenz zwischen der Anode (A) und der Kathode (K) betrieben, wobei diese erste Potenzialdifferenz in Bezug auf die Kathode (K) als Bezugspotenzialknoten positiv ist. Danach wird die erste LED (LED1) durch Anlegen einer zweiten Potenzialdifferenz zwischen der Anode (A) und der Kathode (K) der ersten LED (LED1) betrieben, wobei diese zweite Potenzialdifferenz in Bezug auf die Kathode (K) als Bezugspotenzialknoten negativ ist. Die erste LED (LED1) wird also in Sperrrichtung ab dem Ausschaltzeitpunkt (t0) betrieben.
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Die vorgeschlagene Methodik zur Erzeugung kurzer Lichtpulse (LP) mittels Leuchtdioden (LEDs) ist besonders geeignet für Flash-LIDAR-Anwendungen, TOF-Distanzmessung, 3D-Imaging und Optical-Data-Link-Anwendungen.
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Es wird daher hier ein Scheinwerfer (SW) für die Verwendung in Fahrzeugen (Kfz) vorgeschlagen, bei dem der Schweinwerfer (SW) mit zumindest einer ersten LED (LED1) als Leuchtmittel ausgestattet ist, die gepulst werden kann. Die erste LED (LED1) kann dabei eine normale LED oder eine Laserdiode oder eine Verschaltung mehrerer solcher Dioden und/oder Laserdioden sein. Besonders bevorzugt ist eine Serienschaltung mehrerer LEDs. Für diese Pulsung kann bevorzugt die zuvor beschrieben H-Brückenschaltung verwendet werden. Ggf. ist es gewünscht, nicht alle Leuchtmittel (LEDs) gepulst zu betreiben. Dies bedeutet, dass es neben dem gepulsten Lichtanteil dann einen mehr oder weniger statischen Lichtanteil gibt, der von dem Scheinwerfer (SW) abgestrahlt wird. Daher kann in diesem Fall der vorgeschlagene Scheinwerfer (SW) weitere Leuchtmittel (LED2...n) umfassen, die dann diesen statischen Lichtanteil abstrahlen. Der Scheinwerfer (SW) soll bevorzugt Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich abstrahlen. Dieser Wellenlängenbereich wird im Folgenden als abgestrahlter Wellenlängenbereich (AWB) bezeichnet. Es wird vorgeschlagen, dass der Scheinwerfer (SW) in zumindest einem sichtbaren Wellenlängenbereich, dem lichtpulsfähigen Wellenlängenbereich (LPWB), lichtpulsfähig ist, also Lichtpulse (LP) aussenden kann, um ihn zur Nutzung als Lichtquelle für die besagten, Lichtpuls gestützten Messverfahren nutzen zu können. Der lichtpulsfähige Wellenlängenbereich (LPWB) soll dabei ein Teilbereich des abgestrahlten Wellenlängenbereiches (AWB) des Scheinwerfers (SW) sein oder gleich dem abgestrahlten Wellenlängenbereich (AWB) des Scheinwerfers (SW) sein. Es ist also beispielsweise denkbar, dass der Scheinwerfer (SW) mittels anderer Leuchtmittel als der ersten LED (LED1), die z. B. ein Fluoreszenzmittel zum Leuchten anregen, weißes Licht ausstrahlt, dass ja nicht lichtpulsfähig ist, und mit Hilfe einer einzelnen ersten LED (LED1) in dem lichtpulsfähigen Wellenlängenbereich (LPWB) gepulstes Licht mit Hilfe der zuvor erläuterten Ansteuerschaltung beispielsweise in Form der besagten H-Brücke (H) ausstrahlt. Die die erste LED (LED1) sollte daher in diesem lichtpulsfähigen Wellenlängenbereich (LPWB) Licht gepulst als Lichtpuls (LP) abstrahlen können. Wichtig ist, dass dieser Bereich zur Provokation des Lidreflexes beim Menschen bevorzugt sichtbar sein sollte, was die erlaubte Sendelistung zusätzlich erhöht. Die Reichweite von LIDAR-Anwendungen wird dadurch erhöht. Zumindest die erste LED (LED1) wird zur Erzeugung möglichst intensiver Lichtpulse (LP) mit möglichst kurzer Dauer bevorzugt mit der zuvor beschriebenen H-Brücke (H) angesteuert.
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Scheinwerfervariante 1
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Eine wichtige erste Variante des vorgeschlagenen Scheinwerfers (SW) ist mit einem ersten optisch sperrenden Bandpassfilter (F1) versehen, bei dem der gesperrte Wellenlängenbereich (GWB) im sichtbaren abgestrahlten Wellenlängenbereich (GWB) des Scheinwerfers (SW) liegt. Der vorgeschlagene Scheinwerfer (SW) ist in dieser Variante mit zumindest einer zweiten LED (LED2) als weiteres Leuchtmittel des Scheinwerfers (SW) versehen. Diese zweite LED (LED2) emittiert zumindest im nicht gesperrten Wellenlängenbereich (NGWB) des abgestrahlten Wellenlängenbereichs (AWB) des Scheinwerfers (SW) sichtbares Licht durch den ersten optisch sperrenden Bandpassfilter (F1) hindurch. Die erste LED (LED1) emittiert Licht hingegen im durch den optisch sperrenden Bandpassfilter (F1) gesperrten Wellenlängenbereich (GWB) Licht ohne dass dieses Licht der ersten LED (LED1) den ersten optisch sperrenden Bandpassfilter (F1) passieren muss. Hierdurch wird vermieden, dass infolge eines hohen Gleichanteils im abgestrahlten Licht des Scheinwerfers (SW) im gesperrten Wellenlängenbereich (GWB) es zu einer Übersteuerung des Empfängers (MD) und damit des Empfangskanals kommt. Wird der gesperrte Wellenlängenbereich (GWB) sehr schmal gewählt und ist die spektrale Breite der Abstrahlung der ersten LED (LED1) ebenfalls schmal, so kann ggf. eine Änderung des farblichen Eindrucks des abgestrahlten Lichts des Scheinwerfers (SW) vermieden werden.
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Scheinwerfervariante 2
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In einer zweiten Variante des vorgeschlagenen Scheinwerfers (SW) weist der Scheinwerfer (SW) mindestens eine erste LED (LED1a) auf, die in einem ersten Wellenlängenbereich (WB1) strahlt mindestens eine zweite LED (LED1b) auf, die in einem zweiten Wellenlängenbereich (WB2) strahlt sowie mindestens eine dritte LED (LED1c) auf, die in einem dritten Wellenlängenbereich (WB3) strahlt. Besonders bevorzugt weist er eine sogenannte RGB-LED als Leuchtmittel auf, die typischerweise drei LEDs als LED-Gruppe umfasst, die in drei verschiedenen Farben - vorzugsweise in RGB d.h. z.B. R=Rot, G=Grün und B=Blau - strahlen können. Diese drei LEDs stellen dann die erste LED (LED1a), die zweite LED(LED1b) und die dritte LED (LED1c) dar. Bei einem Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs als Scheinwerfer (SW) und anderen Anwendungen reicht die Leuchtkraft einer einzelnen RGB-LED aber in der Regel nicht aus. Es ist daher typischerweise so, dass eine erste Gruppe aus mehreren LEDs, die im ersten Wellenlängenbereich (WB1) strahlen können, die erste LED (LED1a) im Sinne dieser Offenlegung gemeinsam bilden und dass eine zweite Gruppe aus mehreren LEDs, die im zweiten Wellenlängenbereich (WB2) strahlen können, die zweite LED (LED1b) im Sinne dieser Offenlegung gemeinsam bilden und dass eine dritte Gruppe aus mehreren LEDs, die im dritten Wellenlängenbereich (WB3) strahlen können, die dritte LED (LED1c) im Sinne dieser Offenlegung gemeinsam bilden. Der erste Wellenlängenbereich (WB1), der zweite Wellenlängenbereich (WB2) und der dritte Wellenlängenbereich (WB3) sind dabei bevorzugt sichtbare Teilbereiche des abgestrahlten Wellenlängenbereichs (AWB) des Scheinwerfers (SW). Der erste Wellenlängenbereich (WB1) ist dabei nicht gleich dem zweiten Wellenlängenbereich (WB2). Hierbei bedeutet „gleich“ im Sinne dieser Offenlegung, dass die Wellenlängenbereiche (WB1, WB2) nicht deckungsgleich sind, sich aber zumindest teilweise überlappen können.
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Ebenso ist der erste Wellenlängenbereich (WB1) nicht gleich dem dritten Wellenlängenbereich (WB3) und der dritte Wellenlängenbereich (WB3) ist nicht gleich dem zweiten Wellenlängenbereich (WB2).
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Die erste LED (LED1a) und die zweite LED (LED1b) und die dritte LED (LED1c) können, wie aus dem Stand der Technik mannigfach bekannt durch geeignete PWM-Ansteuerung so angesteuert werden, dass ihr Licht einem menschlichen Beobachter zusammen weiß erscheint. Dies ist für viele Anwendungen sehr wichtig, da beispielsweise die Funktion eines Frontscheinwerfers als Scheinwerfer (SW) die Verfügbarmachung von Informationen für den Fahrzeugführer z.B. durch farbliches oder beleuchtungsamplitudenmäßiges Markieren von Objekten in der Fahrstrecke ist. Zu diesen Informationen zählt auch die Farbinformation beispielsweise von Objekten in der Fahrstrecke.
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Scheinwerfervariante 3
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Der Begriff Scheinwerfer (SW) wird in dieser Offenlegung sehr weit gefasst. Verschiedene bereits heute bekannte Scheinwerfer könnten in der Form wie zuvor beschrieben ausgeführt werden.
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Scheinwerfervariante 3.1
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Beispielsweise kann es sich im Falle eines Fahrzeugs (Kfz) um einen Frontscheinwerfer für Tag-Fahrlicht, einen Frontscheinwerfer für Abblendlicht, einen Frontscheinwerfer für Fernlicht, eine Zierleuchte, einen Fahrtrichtungsanzeiger, eine Warnleuchte, eine Warnleuchte für ein Fahrzeuge im toten Winkel (typischerweise am Außenspiegel montiert), eine Bremsleuchte, ein Rückfahrscheinwerfer, eine Rückleuchte, ein Nebelleuchte, eine Nebelrückleuchte, eine Warnleuchte, eine Signalleuchte, insbesondere ein Polizei-oder Feuerwehr- oder anderes Einsatzfahrzeug-Blaulicht oder ein anderes gelbes Warnlicht mit oder ohne Rotation und mit oder ohne Blinkfunktion, handeln. Die Aufzählung dürfe aber nicht komplett sein, sodass weitere Anwendungen denkbar sind.
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Scheinwerfervariante 3.2
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Beispielsweise kann es sich im Falle eines Schienenfahrzeugs um ein Fahrlicht, eine Zierleuchte, eine Warnleuchte, einen Rückfahrscheinwerfer, eine Rückleuchte, eine Warnleuchte oder eine Signalleuchte handeln. Die Aufzählung dürfe aber nicht komplett sein, sodass weitere Anwendungen denkbar sind.
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Scheinwerfervariante 3.3
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Beispielsweise kann es sich im Falle einer einfachen Leuchte als Scheinwerfer (SW) entsprechend der zuvor gegebenen Beschreibung um eine Straßenleuchte, einen Suchscheinwerfer, eine Bühnenleuchte oder einen Bühnenscheinwerfer, eine Signalleuchte (z.B. eine Eisenbahnsignalleuchte), eine Ampel (z.B. eine Verkehrsampel), ein Notlicht, eine Arbeitsplatzleuchte, eine Raumleuchte oder eine Gangleuchte oder ein selbstleuchtendes Reklameschild handeln. Die Aufzählung dürfe aber nicht komplett sein, sodass weitere Anwendungen in anderen Leuchten ausdrücklich denkbar sind.
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Scheinwerfervariante 4
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In einer weiteren Variante des Scheinwerfers (SW) ist der zuvor bereits beschriebene Scheinwerfer die Lichtquelle einer Projektionsvorrichtung. Bei einer solchen Projektionsvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Matrix-Scheinwerfer handeln, der mittels eines segmentierten LCD-Displays einzelne Bereiche des abgestrahlten Lichtkegels amplitudenmoduliert oder um eine Projektionsvorrichtung zur Beleuchtung von Gebäuden und/oder Straßen und/oder anderen Arealen, die z.B. auf die Anwesenheit von Objekten und/oder Personen überwacht werden sollen. Hierbei kann es sinnvoll sein, bestimmte Bereiche auszublenden. Dies ist besonders interessant, wenn Objekte markiert werden sollen.
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Eine solche Projektionsvorrichtung weist bevorzugt eine strukturierbare Blende (LCD) auf. Eine solche strukturierbare Blende (LCD) besteht beispielsweise aus einem ersten Polarisationsfilter, einer ersten transparenten Elektrodenschicht mit ortsaufgelösten Elektroden, einer Schicht Flüssigkristalle, einer zweiten transparenten Elektrodenschicht mit ortsaufgelösten Elektroden, wobei die Elektroden der beiden Elektrodenschichten gegenüberliegen und die Flüssigkristallschicht zwischen diesen Elektroden liegt, und einem zweiten Polarisationsfilter. Das Paket aus Elektroden und Flüssigkristallen liegt zwischen den Polarisationsfiltern. Die Elektroden sind elektrisch isoliert, können aber durch eine Steuerung des Filters unter Spannung gehalten werden. Je nach Spannung zwischen einer Elektrode der ersten Elektrodenschicht und einer dieser gegenüberliegenden Elektrode der zweiten Elektrodenschicht ändert sich der Drehwinkel der Polarisationsebene des durch den ersten Polarisationsfilter transmittierten Lichts in der Schicht der Flüssigkristalle und damit die Transmission dieses Lichts durch das zweite Polarisationsfilter. Sofern bereits polarisiertes Licht durch die Lichtquelle, z.B. die erste (LED1), emittiert wird, kann der erste Polarisationsfilter auch entfallen. Diese somit in ihrer Transmission für das Licht der Lichtquelle (LED1) strukturierbare Blende (LCD) stellt eine zweidimensionale Fläche dar, die aber nicht unbedingt plan sein muss. Sie besitzt somit für das von der ersten LED (LED1) abgestrahlte Licht ortsaufgelöst und lokal einstellbare Transmissionskoeffizienten für jeweilige zweidimensionale Teilflächen (transparente Elektroden) dieser zweidimensionalen Fläche und bezogen auf die Senkrechte zu diesen jeweiligen zweidimensionalen Teilflächen. Um den derartig örtlich unterschiedlich amplitudenmodulierten Lichtstrahl abbilden zu können, ist eine Optik (CL, PL) zur Projektion des Lichtpulses (LP), der von der Lichtquelle, z.B. der ersten LED (LED1), ausgesendet wird, auf eine Projektionsfläche oder in einen Projektionsraum hinein notwendig. Mittels der strukturierten Blende (LCD) kann dann der Querschnitt des Lichtstrahls, der den Scheinwerfer (SW) verlässt moduliert werden. Es können auch einzelne Pixel moduliert werden, was z.B. die Farbe betreffen kann oder deren zeitliche Modulation (z.B. Blinken). Sofern mittels der besagten strukturierten Blende (LCD) der Querschnitt des Lichtstrahls, der den Scheinwerfer (SW) verlässt in dieser Art moduliert werden soll, ist es sinnvoll, dass die Optik (Cl, PL) zumindest eine Kondensorlinse (CL) oder eine äquivalente Spiegelvorrichtung umfasst. Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass Projektionsvorrichtungen auch mittels zweidimensionaler Arrays von Mikrospiegeln (DLP) d.h. mittels in Form eines zweidimensionalen Gitters angeordneten Mikrospiegeln (DLP) realisiert werden können. Befinden sich solche Mikrospiegelarrays (DLP) im Strahlengang, so können sie für die Modulation in gleicher Weise verwendet werden. Als strukturierbare Blende (LCD) im Sinne dieser Offenlegung kann daher auch ein strukturiertes Mikrospiegelarray (DLP) aufgefasst werden, das ortsaufgelöst Teilstrahlen des Lichtstrahlbündels des Leuchtmittels, z.B. der ersten LED (LED1), aus dem Strahlengang durch Umlenken entfernt oder sonst wie moduliert.
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Die strukturierbare Blende (LCD) kann sich vor, hinter und zwischen Bauteilen der Optik (CL, PL, OP) im Strahlengang befinden.
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Der Scheinwerfer (SW) kann dabei dann dazu eingerichtet werden, Objekte (O) in seinem Leuchtbereich selektiv durch geeignete Beleuchtung zu markieren, während andere Bereiche nicht markiert werden. Beispielsweise ist es denkbar, Fußgänger oder vom System als potenziell gefährlich erkannte Objekte in einer geeigneten Farbe zu beleuchten, während der Rest der Objekte im Scheinwerferbereich beispielsweise weiß beleuchtet wird. Der Scheinwerfer (SW) kann darüber hinaus dazu eingerichtet werden, solche Objekte (O) in seinem Leuchtbereich selektiv zusätzlich durch ein zeitliches Muster der Beleuchtung, insbesondere durch Blinken und/oder durch farblich andere Beleuchtung zu markieren. Beispielsweise ist es denkbar, die besagten gefährlichen Objekte mit einer zeitlich in einem vorherbestimmten Muster schwankenden Helligkeit zu beleuchten, während andere Objekte (O) konstant beleuchtet werden. Auf diese Weise können beispielsweise entgegenkommende Fahrzeugführer gezielt gewarnt werden. Es ergeben sich somit zwei Modulationskanäle für das vom Scheinwerfer abgestrahlte Licht: Einen für die Kommunikation Fahrzeug zu Fahrzeug mit sehr kurzen, für den Menschen nicht wahrnehmbaren Lichtpulsen (LP), der für die Fahrzeugführer nicht erkennbar sein sollte und einen Kanal für die Kommunikation Fahrzeug zu Fahrzeugführer mit relativ langsamen, durch den Menschen wahrnehmbaren Farb- und/oder Helligkeitsmodulationen, wobei es sich bei dem Fahrzeugführer um den des Kfz oder den eines anderen Kfz handeln kann.
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Scheinwerfervariante 5
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Es wird des Weiteren vorgeschlagen, einen solchen Scheinwerfer (SW) in ein Fahrzeug (Kfz) einzubauen. Es kommen alle Arten von Fahrzeugen in Frage: Kfz, LKW, Motorräder, Schienenfahrzeuge, Fahrräder, Seefahrzeuge aller Art wie Schiffe, Bote und U-Bote, Luftfahrzeuge, Raumfahrzeuge, Sonderfahrzeuge wie Raupenpisten und Baufahrzeuge und Baumaschinen, mobile Roboter, Flurförderfahrzeuge etc.
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Hier wird bevorzugt die Anwendung im Kfz beschrieben. Die Anwendung ist darauf aber nicht beschränkt. Die Beanspruchung umfasst auch andere Fahrzeuge z.B. die oben genannten Fahrzeuge. Ein solches, vorgeschlagenes Fahrzeug (Kfz) umfasst zumindest einen Scheinwerfer (SW), wie er zuvor beschrieben wurde.
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Basisverfahren
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Mit Hilfe des zuvor beschriebenen Scheinwerfers (SW) kann nun Licht insbesondere als Lichtpuls (LP) ausgestrahlt werden, das zu Verwendung in Messvorrichtungen geeignet ist. Das Basisverfahren umfasst die Emission eines Lichtpulses (LP) oder einer Folge von Lichtpulsen (LPF) durch die erste LED (LED1). Bei einem Lichtpuls (LP) kann es sich im Sinne dieser Offenlegung sowohl um ein kurzzeitiges Einschalten wie auch um ein kurzzeitiges Ausschalten der ersten LED (LED1) handeln. Es handelt sich im weitesten Sinne um kurzzeitige Intensitätsmodulationen. Es können also sozusagen positive Lichtpulse ausgesendet werden, bei denen die erste LED (LED1) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) eingeschaltet wird und nach kurzer Zeit zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) wieder ausgeschaltet wird. Es können also sozusagen aber auch negative Lichtpulse (LP) ausgesendet werden, bei denen die erste LED (LED1) zuerst bereits eingeschaltet ist und dann zu einem ersten Zeitpunkt (t1) ausgeschaltet wird und nach kurzer Zeit zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) wieder eingeschaltet wird. Außerdem ist es möglich, dass die Lichtaussendung der ersten LED (LED1) einen positiven Gleichwert aufweist, auf den die Lichtpulse (LP) aufgesetzt werden. Ein Lichtpuls (LP) ist im Sinne dieser Offenlegung somit dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichtleistung des durch die erste LED (LED1) abgestrahlten sichtbaren Lichts sich von einer ersten Lichtleistung auf eine zweite Lichtleistung zu einem ersten Zeitpunkt (t1) vergrößert oder verkleinert und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Lichtleistung zurückkehrt. Die zeitliche Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) minus dem ersten Zeitpunkt (t1) ist dabei bevorzugt kleiner als 10µs, besser kleiner als 3µs, besser kleiner als 2µs, besser kleiner als 1µs, besser kleiner als 500ns, besser kleiner als 200ns, besser kleiner als 100ns, besser kleiner als 50ns, besser kleiner als 20ns, besser kleiner als 10ns, besser kleiner als 5ns, besser kleiner als 4ns.
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1. Verfahrensvariante
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Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Abstrahlung von Licht mittels des zuvor beschriebenen Scheinwerfers (SW) vorgeschlagen, bei dem die erste LED (LED1a) des Scheinwerfers (SW) sichtbares Licht in einem ersten Wellenlängenbereich (WB1) ausstrahlt und die zweite LED (LED1b) des Scheinwerfers (SW) sichtbares Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich (WB2) ausstrahlt, der nicht gleich dem ersten Wellenlängenbereich (WB1) ist. Es erfolgt dann die Emission eines Lichtpulses (LP) oder einer Folge von Lichtpulsen (LPF) durch die erste LED (LED1). Der Abstand der Lichtpulse (LP) kann gleich oder moduliert (=variierend) sein. Die Abstände der Lichtpulse (LP) innerhalb der Lichtpulsfolge (LPF) können Informationen kodieren. Ein Lichtpuls (LP) im Sinne dieser Offenlegung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleistung des durch die erste LED (LED1) abgestrahlten sichtbaren Lichts sich von einer ersten Lichtleistung auf eine zweite Lichtleistung zu einem ersten Zeitpunkt (t1) vergrößert oder verkleinert und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Lichtleistung zurückkehrt. Die zeitliche Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) minus dem ersten Zeitpunkt (t1) ist dabei bevorzugt kleiner als 10µs, besser kleiner als 3µs, besser kleiner als 2µs, besser kleiner als 1µs, besser kleiner als 500ns, besser kleiner als 200ns, besser kleiner als 100ns, besser kleiner als 50ns, besser kleiner als 20ns, besser kleiner als 10ns, besser kleiner als 5ns, besser kleiner als 4ns.
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2. Verfahrensvariante
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In einer zweiten Variante des Verfahrens wird ein Verfahren zur Abstrahlung von Licht mittels des zuvor beschriebenen Scheinwerfers (SW) vorgeschlagen, bei dem die erste LED (LED1a) des Scheinwerfers (SW) sichtbares Licht in einem ersten Wellenlängenbereich (WB1) (erste Farbe) ausstrahlt und die zweite LED (LED1b) des Scheinwerfers (SW) sichtbares Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich (WB2) (zweite Farbe) ausstrahlt, der nicht gleich dem ersten Wellenlängenbereich (WB1) ist. Im Gegensatz zur ersten Verfahrensvariante wird nun aber nicht die Amplitude einer ersten LED (LED1) moduliert, sondern der Farbwinkel der Abstrahlung der beiden LED-Leuchtmittel (LED1a, LED1b). Die Summe der durch die erste LED (LED1a) und durch die zweite LED (LED1b) abgestrahlten Lichtleistung bleibt dabei bevorzugt gleich, nur der Farbwinkel wird durch Änderung der beiden Lichtleistungen der ersten LED (LED1b) und der zweiten LED (LED1b) relativ zueinander geändert. Die vorgeschlagene Verfahrensvariante umfasst daher die Emission eines Farbwinkellichtpulses (FLP) oder einer Folge von Farbwinkellichtpulsen (FLPF) durch die erste LED (LED1a) und die zweite LED (LED1b). Der Abstand der Farbwinkellichtpulse (FLP) kann gleich oder moduliert (=variierend) sein. Die Abstände der Farbwinkellichtpulse (FLP) innerhalb der Farbwinkellichtpulsfolge können Informationen kodieren. Dabei ist ein Farbwinkellichtpuls (FLP) dann dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleistung des durch die erste LED (LED1a) abgestrahlten sichtbaren Lichts sich von einer ersten Lichtleistung der ersten LED (LED1a) auf eine zweite Lichtleistung der ersten LED (LED1a) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) vergrößert oder verkleinert und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Lichtleistung der ersten LED (LED1a) zurückkehrt und gleichzeitig und vorzugsweise zeitsynchron die Lichtleistung des durch die zweite LED (LED1b) abgestrahlten sichtbaren Lichts sich von einer ersten Lichtleistung der zweiten LED (LED1b) auf eine zweite Lichtleistung der zweiten LED (LED1b) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) verkleinert oder vergrößert und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Lichtleistung zurückkehrt. Sofern die Synchronizität tatsächlich erreicht werden kann, würde man also keine Intensitätsänderung messen können, sondern nur einen gepulsten Farbwechsel von vorzugsweise wenigen ns. Dies hat den Vorteil, dass die Lichtintensität gleichbleibt. Die Summenlichtleistung aus der Summe der Lichtleistung des durch die zweite LED (LED1b) abgestrahlten sichtbaren Lichts und des durch die erste LED (LED1a) abgestrahlten sichtbaren Lichts ändert sich dann während der Emission des Farbwinkellichtpulses (FLP) vorzugsweise um nicht mehr als 10%. Die zeitliche Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) minus dem ersten Zeitpunkt (t1) ist dabei bevorzugt kleiner als 10µs, besser kleiner als 3µs, besser kleiner als 2µs, besser kleiner als 1µs, besser kleiner als 500ns, besser kleiner als 200ns, besser kleiner als 100ns, besser kleiner als 50ns, besser kleiner als 20ns, besser kleiner als 10ns, besser kleiner als 5ns, besser kleiner als 4ns.
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3. Verfahrensvariante
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Eine genaue Synchronizität der Ansteuerung der beiden LEDs, wie in der vorausgehenden Verfahrensvariante beschrieben, wird sich aber weder zeitlich noch amplitudenmäßig erreichen lassen. Daher ist in der Realität eher eine kurzzeitige Amplitudenschwankung zusammen mit einer pulsförmigen Farbschwankung realisierbar. Es wird daher eine dritte Verfahrensvariante vorgeschlagen, die ein Verfahren zur Abstrahlung von Licht insbesondere von kombinierten Farb-/Lichtpulsen mittels des oben beschriebenen Scheinwerfers (SW) beschreibet. Dabei strahlt die erste LED (LED1a) des Scheinwerfers (SW) sichtbares Licht in einem ersten Wellenlängenbereich (WB1) aus und die zweite LED (LED1b) des Scheinwerfers (SW) sichtbares Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich (WB2) aus, der nicht gleich dem ersten Wellenlängenbereich (WB1) ist. Die vorgeschlagene dritte Verfahrensvariante umfasst die Emission eines modulierten Farbwinkellichtpulses (MFLP) oder einer Folge von modulierten Farbwinkellichtpulsen (FMLPF) durch die erste LED (LED1a) und die zweite LED (LED1b). Der Abstand der kombinierten modulierten Farbwinkellichtpulse (FMLP) kann gleich oder moduliert (=variierend) sein. Die Abstände der modulierten Farbwinkellichtpulse (FMLP) innerhalb der Farbwinkellichtpulsfolge (FMLPF) können Informationen kodieren. Ein modulierter Farbwinkellichtpuls (MFLP) ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleistung des durch die erste LED (LED1a) abgestrahlten sichtbaren Lichts sich von einer ersten Lichtleistung der ersten LED (LED1a) auf eine zweite Lichtleistung der ersten LED (LED1a) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) vergrößert oder verkleinert und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Lichtleistung der ersten LED (LED1a) zurückkehrt und dass die Lichtleistung des durch die zweite LED (LED1b) abgestrahlten sichtbaren Lichts sich von einer ersten Lichtleistung der zweiten LED (LED1b) auf eine zweite Lichtleistung der zweiten LED (LED1b) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) verkleinert oder vergrößert und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Lichtleistung zurückkehrt. Die erste Summenlichtleistung aus der Summe der ersten Lichtleistung der zweiten LED (LED1b) und der ersten Lichtleistung der ersten LED (LED1a) und die zweite Summenlichtleistung aus der Summe der zweiten Lichtleistung der zweiten LED (LED1b) und der zweiten Lichtleistung der ersten LED (LED1a) unterscheiden sich nun jedoch zumindest zu einem Zeitpunkt zwischen dem ersten Zeitpunkt (t1) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) vorzugsweise um mehr als 10%. Dies kann z.B. dadurch verursacht werden, dass die Lichtpulse (LP) nicht exakt zum gleichen Zeitpunkt beginnen oder eine unterschiedliche Maximalhöhe oder eine unterschiedliche Form haben. Da LEDs unterschiedlicher Farbe benutzt werden können, kann dies aufgrund unterschiedlicher Bauformen und durch Fertigungsschwankungen leicht möglich sein. Die zeitliche Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) minus dem ersten Zeitpunkt (t1) ist dabei bevorzugt kleiner als 10µs, besser kleiner als 3µs, besser kleiner als 2µs, besser kleiner als 1µs, besser kleiner als 500ns, besser kleiner als 200ns, besser kleiner als 100ns, besser kleiner als 50ns, besser kleiner als 20ns, besser kleiner als 10ns, besser kleiner als 5ns, besser kleiner als 4ns.
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4. Verfahrensvariante
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Die zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten und das Basisverfahren können auch für den Datenverkehr genutzt werden. Es wird daher ein Verfahren zur Übertragung von Daten mittels Licht eines zuvor beschriebenen Scheinwerfers (SW) vorgeschlagen. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst das Abstrahlen einer Folge von Lichtpulsen (LP) (Lichtpulsfolge (LPF)) durch die erste LED (LED1) oder einer Folge von Farblichtpulsen (Farblichtpulsfolge (FLPF)), wobei durch verschiedene zeitliche Abstände der Lichtpulse (LP) bzw. Farblichtpulse (FLP) und/oder des Frequenzspektrums der Abstände der Lichtpulse (LP) bzw. der Farblichtpulse (FLP) oder die Phasenlage der Lichtpulse (LP) bzw. der Farblichtpulse (FLP) zueinander insbesondere innerhalb einer Lichtpulsfolge (LPF) bzw. Farblichtpulsfolge (FLPF) eine Dateninformation kodiert ist oder durch unterschiedliche Lichtpulsamplituden der Lichtpulse (LP) bzw. Farbwinkelmodulationsamplituden der Farblichtpuls (FLP) eine Dateninformation kodiert ist. Bei einem Farblichtpuls im Sinne dieser Offenlegung bleibt die Strahlungsintensität während der Aussendung des Farblichtpulses (FLP) typischerweise im Wesentlichen konstant. Die Charakterisierung „im Wesentlichen“ bezieht sich hierbei auf unvermeidliche Regelabweichungen. Die Gesamtintensität (Gesamtlichtleistung) eines Farblichtpulses (FLP) bleibt somit für die Dauer des Farblichtpulses (FLP) konstant und es wird nur die Farbe, also beispielsweise der Farbwinkel, gepulst. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst ebenso das Empfangen der Lichtpulse (LP) bzw. Farblichtpulse (FLP) in einem Empfänger und Dekodierung der darin enthaltenen Dateninformation. Da es sich um eine gepulste Datenübertragung mittels breitbandiger Lichtpulse (LP) bzw. mittels breitbandiger Farblichtpulse (FLP) handelt, ist das Spektrum des Lichtmodulationssignals, das dem ausgesandten Licht aufgeprägt wird, sehr breit. Daher lassen sich sehr gut sogenannte Ultra-Wide-Band-Algorithmen anwenden, die dann Störsignale effizient und mit hoher Unterdrückungsrate in ihrem Einfluss reduzieren. Beispielsweise kann das empfangene Signal mit dem Prototyp einer erwarteten Sendepulsfolge gefaltet werden, was Anteile im empfangenen Signal, die mit dieser erwarteten Sendepulsfolge korrelieren, hervorhebt. Auch ist es beispielsweise möglich ein Skalarprodukt zwischen dem empfangenen Signal und einem solchen Prototypensignal durch Multiplikation der beiden Signale und anschließende Tiefpassfilterung zu erzeugen, um einen verbesserten Signal/Rauschabstand herzustellen.
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Aufgrund der vorgeschlagenen Ansteuerung wird es somit möglich mit Hilfe eines Spread-Spectra Verfahrens die Lichtpulse (LP) bzw. Farblichtpulse (FLP) insbesondere beim Empfang dieser Lichtpulse (LP) nach deren Reflektion als reflektierte Lichtpulse (RLP) zuverlässig vom Rauschuntergrund zu trennen uns so noch über große Entfernungen Daten zu übertragen, wenn Photonen vom Sender (LED1) zum Empfänger (MD) gelangen können. Es wird in dieser vierten Verfahrensvariante vorgeschlagen, dass die Übertragung von Daten mittels Licht eines Scheinwerfers (SW), wie oben beschrieben, erfolgt. Der Scheinwerfer (SW) ist dabei Teil eines Fahrzeugs (Kfz). Die vorgeschlagene vierte Verfahrensvariante umfasst u.a. das Bereitstellen von Statusinformationen des Fahrzeugs (Kfz) als zu übertragende Dateninformationen vor dem Abstrahlen einer Folge von Lichtpulsen (LPF) durch die erste LED (LED1). Beispielsweise ist es denkbar, die Fahrtrichtung und Geschwindigkeit nach außen mit den Frontscheinwerfern z.B. an vorausfahrende Fahrzeuge zu übertragen oder über die Bremsleuchten Bremsvorgänge auch in ihrer Intensität zusammen mit einer Geschwindigkeitsinformation z.B. nachfolgenden Fahrzeugen zu signalisieren. Auch können andere Informationen auf diesem Wege ausgetauscht werden.
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Als darauf aufbauende Subvariante des Verfahrens kann eine Änderung des Zustands von Vorrichtungen der Verkehrsinfrastruktur in Abhängigkeit von der empfangenen und dekodierten Dateninformation erfolgen. Beispielsweise ist es denkbar, dass Steuerungsaufgaben im Rahmen von Smart-Home-Anwendungen wie z.B. das Öffnen von Garagentoren oder das Ein- und Ausschalten von Leuchten etc. gesteuert werden. Ebenso ist es denkbar, dass Vorrichtungen der Infrastruktur oder Verkehrsinfrastruktur z.B. Ampeln (AMP) gesteuert werden. Besonders bevorzugt ist eine Kopplung des Fahrzeugs (Kfz) an das Internet, wobei das Fahrzeug (Kfz) mit Hilfe seiner Scheinwerfer (im Sinne dieser Offenlegung) (SW) Daten sendet und die Verkehrsinfrastruktur beispielsweise über Straßenleuchten Daten zurücksendet.
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Als darauf aufbauende Subvariante des Verfahrens kann eine Änderung des Zustands eines anderen Fahrzeugs (Kfz) in Abhängigkeit von der empfangenen und dekodierten Dateninformation vorgesehen werden. Eine solche Zustandsänderung kann beispielsweise die Beeinflussung einer Vorrichtung, in dem anderen Fahrzeug (Kfz), insbesondere einer optischen und/oder akustischen Anzeige z.B. für den Fahrzeuglenker des zweiten Fahrzeugs und/oder eine Änderung wichtiger Zustandsparameter wie Geschwindigkeit und Richtung oder von Ausformungen der Lichtstrahlbündel der Scheinwerfer des zweiten Kfz sein.
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Es wird auch ein Verfahren zur Übertragung von Daten mittels Licht eines Scheinwerfers (SW) vorgeschlagen, wobei der Scheinwerfer (SW) Teil einer Leuchte ist. Nach dem Bereitstellen zu übertragender Dateninformationen vor dem Abstrahlen einer Folge von Lichtpulsen (LPF) durch die erste LED (LED1) erfolgt das Abstrahlen einer Folge von Lichtpulsen (LPF), wobei die zu übertragende Dateninformation in der Folge von Lichtpulsen (LPF) kodiert ist. In einer weiteren Variante erfolgt dann das Empfangen der Folge von Lichtpulsen (LPF) durch eine entsprechende Vorrichtung einer zweiten Leuchte und die Dekodierung der in der Folge von Lichtpulsen (LPF) kodierten zu übertragenden Dateninformation um die empfangene und dekodierte Dateninformation zu erhalten. Der Zustand der zweiten Leuchte oder einer daran angeschlossenen Vorrichtung wird durch deren Steuerung in Abhängigkeit von der empfangenen und dekodierten Dateninformation dann geändert.
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Ganz allgemein kann daher ein Verfahren zur Datenübertragung an einen Scheinwerfer (SW) vorgeschlagen werden, bei dem der Scheinwerfer (SW) mindestens eine erste LED (LED1) als Leuchtmittel aufweist bei dem die erste LED (LED1) zumindest in bestimmten Zeiträumen, den Dunkelzeiten, nicht bestromt ist und somit nicht leuchtet. In diesen Dunkelzeiten kann die erste LED (LED1) dann als Empfänger (MD) genutzt werden. Dies kann zum einen der Empfänger (MD) einer Abstandsmessvorrichtung sein im Zusammenwirken mit einem anderen Scheinwerfer (SW) der vorgeschlagenen Art. Das Verfahren zur Datenübertragung umfasst dann die Schritte des Erfassens mindestens einer Leuchtmittelspannung (VLED1) an der mindestens einen LED (LED1) in einer Dunkelzeit mittels eines H-Brückenkontrollinstruments (HCV) zur Vermessung des Spannungsabfalls (VLED1) über die Last (LED1) in der H-Brücke (H), also typischerweise über die erste Leuchtdiode (LED1). Der so ermittelte Wert kann verstärkt und geeignet gefiltert werden und dann mit einem Schwellwert (SCHW) verglichen werden. Liegt der Pegel des Spannungsabfalls (VLED1) nach der geeigneten Filterung über dem Schwellwert (SCHW), so kann ein erster logischer Zustand erzeugt werden. Liegt der Pegel des Spannungsabfalls (VLED1) unter dem Schwellwert (SCHW), so kann ein zweiter logischer Zustand erzeugt werden. An der zeitlichen Abfolge der ersten und zweiten logischen Zustände kann dann auf Daten und/oder einen diesen Daten zugrundeliegenden Datentakt durch eine Auswerteschaltung geschlossen werden. In dem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass die parasitären Kapazitäten der LEDs für Leuchtzwecke in der Regel so groß sind, dass die tatsächlichen Datenraten sehr klein sind. Für Wartungszwecke kann dies aber sinnvoll sein. Es erfolgt hier also die Erzeugung eines Datums in Abhängigkeit von der erfassten Leuchtmittelspannung (VLED1).
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5. Verfahrensvariante
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Als fünfte Verfahrensvariante wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Abstands (d) zwischen einem Objekt (O) und einem Fahrzeug (Kfz) vorgeschlagen. Die hier vorgeschlagene fünfte Verfahrensvariante umfasst die Emission eines Lichtpulses (LP) mittels eines Scheinwerfers (SW), wie oben beschrieben, in den Außenraum eines Fahrzeugs (Kfz), die Reflektion des emittierten Lichtpulses (ELP) an einem Objekt (O) als reflektierter Lichtpuls (RLP) und den Empfang des reflektierten Lichtpulses (RLP) durch einen Empfänger (EM), der Teil des Fahrzeugs (Kfz) ist. Es folgt die Ermittlung der Lichtlaufzeit (TOF) und das Schließen auf den Abstand (d) zwischen Objekt (O) und Fahrzeug (Kfz) durch eine Berechnungsvorrichtung (BV) innerhalb des Fahrzeugs (Kfz). Für die Ermittlung solcher Laufzeiten sind verschiedene lichtpulsbasierende Techniken aus dem Stand der Technik (z.B.
EP 2 783 232 B1 ) bekannt. Die hier vorgelegte Offenlegung konzentriert sich auf eine Optimierung der Lichtpulserzeugung und die dadurch ermöglichten neuen Anwendungen. Statt der Emission in den Außenraum eines Kraftfahrtzeugs ist auch die Emission in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs mittels verschiedener Innenraumleuchten beispielsweise zur Innenraumüberwachung, Sitzbelegungserkennung etc. möglich. Es soll auch erwähnt werden, dass statt der Abstandsmessung auch die Erkennung von Aerosolen, also beispielsweise von Nebel, möglich wird. beispielsweise kann eine separate Optik das Streulicht eines vorschlagsgemäßen Scheinwerfers auswerten. Insbesondere das Streulicht der von dem vorschlagsgemäßen Scheinwerfer ausgesandten Lichtpulse (LP) ermöglicht dann die Erkennung von Nebel-Situationen.
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Hierzu wird beispielsweise die Messvorrichtung (MV, MD) der 27 beabstandet vom vorschlagsgemäßen Scheinwerfer (SW) montiert. Die Optik (OP3) der Messvorrichtung (MV, MD) wird mit Ihrer optischen Achse nicht parallel zur optischen Achse der Optik (OP) des Leuchtmittels (LED1), so ausgerichtet, dass die optische Achse der Optik (OP3) der Messvorrichtung (MV, MD) die optische Achse der Optik (OP) des Leuchtmittels (LED1) in einem Punkt beabstandet vom Fahrzeug schneidet. Es wird dann ein mittlerer Abstand gemessen. Unterschreitet dieser einen Mindestwert oder ist die Amplitude der gestreuten Lichtpulse (LP) des vorschlagsgemäßen Scheinwerfers (SW), die aus der optischen Achse der Optik (OP) des Leuchtmittels (LED1) in die Messvorrichtung (MV, MD) durch Streuung gelangen, größer als ein Höchstwert, so kann ein Nebelalarm ausgelöst werden.
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6. Verfahrensvariante
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Als sechste Verfahrensvariante wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Abstands (d) zwischen einem Objekt (O) und einem Fahrzeug (Kfz) vorgeschlagen, bei dem zusätzliche zur Lichtlaufzeit des ausgesandten Lichtpulses (LP) im Gegensatz zur Verfahrensvariante 5 zusätzlich auch die empfangene Amplitude ausgewertet wird und zusätzlich auch auf die Reflektivität des reflektierenden Objekts (O) geschlossen wird.
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Es handelt sich dann beispielsweise um ein Verfahren zur Bestimmung einer Reflektivität eines Objekts (O) im Beleuchtungsbereich eines vorgeschlagenen Scheinwerfers (SW). Das Verfahren beginnt mit der Emission eines Lichtpulses (LP) mittels eines vorgeschlagenen lichtpulsfähigen Scheinwerfers (SW) in den Außenraum eines Fahrzeugs (Kfz). Nach der Reflektion des emittierten Lichtpulses (ELP) an dem Objekt (O) als reflektierter Lichtpuls (RLP) folgt der Empfang des reflektierten Lichtpulses (RLP) durch einen Empfänger (EM), der Teil des Fahrzeugs (Kfz) ist und die abschließende Ermittlung der Reflektivität (REF) des Objekts (O) durch eine Berechnungsvorrichtung (BV) innerhalb des Fahrzeugs (Kfz). Da auf diese Weise eine Abstandsmessung möglich wird, können die so ermittelten Abstände (d) weiterverarbeitet werden.
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Diese Reflektivität kann auch spektral selektiv ermittelt werden. Es handelt sich in dem Fall um ein Verfahren zur Bestimmung einer spektralselektiven Reflektivität eines Objekts (O) im Beleuchtungsbereich eines Scheinwerfers (SW). Das Verfahren beginnt nun mit der Emission eines Farblichtpulses (FLP) mittels eines vorgeschlagenen farblichtpulsfähigen Scheinwerfers (SW) in den Außenraum eines Fahrzeugs (Kfz). Dabei setzt sich der ausgesendete Farblichtpuls aus einem ersten Teillichtpuls einer ersten Farbe und einem zweiten Teillichtpuls einer zweiten Farbe zusammen, die typischerweise von einer ersten LED (LED1a) und einer zweiten LED (LED1b) emittiert wurden. Die Gesamtintensität (Gesamtlichtleistung) der Teillichtpulse bleibt bevorzugt im Wesentlichen für die Dauer des Farblichtpulses (FLP) konstant. Es wird bevorzugt im Wesentlichen nur die Farbe, also beispielsweise der Farbwinkel, gepulst. Nach der Reflektion des emittierten Farblichtpulses (FLP) an dem Objekt (O) als reflektierter Farblichtpuls (RELP) laufen ein erster reflektierter Teillichtpuls als Reflektion des ersten Teillichtpulses und ein zweiter reflektierter Teillichtpuls als Reflektion des zweiten Teillichtpulses zurück zum Fahrzeug. Bei der Reflektion am Objekt wurden der erste Teillichtpuls und der zweite Teillichtpuls aufgrund ihrer unterschiedlichen Farbe unterschiedlich stark reflektiert, weil die Reflektivität des Objekts für diese Farben unterschiedlich ist. Das Objekt also typischerweise farbig ist. Es folgt der Empfang des reflektierten Farblichtpulses (RFLP) als Zusammensetzung dieser reflektierten Teillichtpulse durch einen Empfänger (EM), der Teil des Fahrzeugs (Kfz) ist und die Ermittlung der spektralen Reflektivität (SREF) des Objekts (O) aus den Reflektivitäten der Teillichtpulsmessungen durch eine Berechnungsvorrichtung (BV) innerhalb des Fahrzeugs (Kfz).
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7. Verfahrensvariante
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In einer siebten Verfahrensvariante wird ein Verfahren zur Ermittlung einer zweidimensionalen Umfeldkarte (UK) für ein Fahrzeug (Kfz) vorgeschlagen. Dieses umfasst das Bestimmen eines ersten Abstands (d1) zu einem Objekt (O) mittels eines ersten Scheinwerfers (SW1) entsprechend der 5. oder 6. Verfahrensvariante und das Bestimmen eines zweiten Abstands (d2) zu einem Objekt (O) mittels eines zweiten Scheinwerfers (SW2) entsprechend der 5. oder 6. Verfahrensvariante. Die Umfeldkarte (UK) kann Reflektivitäten und Abstände enthalten. Wird mehr als eine Farbe gepulst ausgesendet, so kann die Umweltkarte auch spektrale Werte umfassen. Es folgt die Berechnung einer zweidimensionalen Position entsprechend dem Koordinatensystem der Umfeldkarte (UK) des Fahrzeugs (Kfz) durch Koordinatentransformation aus dem ersten Abstand (d1) und dem zweiten Abstand (d2). Sofern weitere Parameter erwünscht sind (z.B. Reflektion ggf. nach verschiedenen Farben aufgespalten) werden diese hier ebenfalls berechnet.
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8. Verfahrensvariante
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In einer achten Verfahrensvariante wird daher ein Verfahren zur Ermittlung einer dreidimensionalen Umfeldkarte (UK) für ein Fahrzeug (Kfz) vorgeschlagen. Es umfasst das Bestimmen eines ersten Abstands (d1) zu einem Objekt (O) mittels eines ersten Scheinwerfers (SW1) entsprechend der 5. Verfahrensvariante und das Bestimmen eines zweiten Abstands (d2) zu einem Objekt (O) mittels eines zweiten Scheinwerfers (SW2) entsprechend der 5. Verfahrensvariante und das Bestimmen eines dritten Abstands (d2) zu einem Objekt (O) mittels eines dritten Scheinwerfers (SW3) entsprechend der 5. Verfahrensvariante. Damit eine dreidimensionale Umweltkarte erstellt werden kann, sollten der erste Scheinwerfer (SW1) und der zweite Scheinwerfer (SW2) und der dritte Scheinwerfer (SW3) nicht auf einer Linie liegen. Die Umfeldkarte (UK) kann Reflektivitäten und Abstände enthalten. Wird mehr als eine Farbe gepulst ausgesendet, so kann die Umfeldkarte (UK) auch spektrale Werte umfassen. Es folgt die Berechnung einer dreidimensionalen Position entsprechend dem Koordinatensystem der dreidimensionalen Umfeldkarte (UK) des Fahrzeugs (Kfz) durch Koordinatentransformation aus dem ersten Abstand (d1) und dem zweiten Abstand (d2) und dem dritten Abstand (d3). Sofern weitere Parameter erwünscht sind (z.B. Reflektion ggf. nach verschiedenen Farben aufgespalten) werden diese hier ebenfalls berechnet.
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Die Daten einer solchen Umweltkarte können beispielsweise genutzt werden, um den Abstand zwischen dem Fahrzeug (Kfz) und einer Fahrbahn (FB) aufgrund mehrerer ermittelten dreidimensionalen Positionen innerhalb der Umfeldkarte (UK) zu bestimmen.
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Natürlich sind ggf. andere Fahrzeuge ggf. auch Teil einer solchen Umfeldkarte (UK). Es kann daher auch ein Abstand zwischen dem Fahrzeug (Kfz1) und einem anderen Fahrzeug (Kfz2) aufgrund mehrerer ermittelten dreidimensionalen Positionen innerhalb der Umfeldkarte (UK) bestimmt werden.
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Das vorgeschlagene Prinzip lässt sich auch zum Aufbau einer Kamera verwende, bei der je Pixel nicht nur eine Helligkeitsinformation, sondern auch eine Abstandsinformation ermittelt wird. Solche Kameras werden im Folgenden als TOF-Kamera-System bezeichnet. Ähnliche TOF-Kamera-Systeme sind aus dem Stand der Technik beispielsweise aus der
DE 10 2008 018 718 B4 und der
DE 10 2009 020 218 B3 und den diese vorwärts und rückwärts zitierenden Schriften bekannt. Ein solches TOF-Kamera-System umfasst eine Kamera-Optik (OP3), die ein Bild basierend auf der Welle des zurücklaufenden reflektierten Lichtpulses (LP) erzeugt. Herzstück eines solchen TOF-Kamera-Systems ist ein Bildsensor, der für kurze Zeiträume durch die Steuereinheit (ST) mittels eines Synchronisationssignals (sync) lichtempfindlich bzw. lichtunempfindlich geschaltet werden kann. Dieser Bildsensor ist typischerweise als zweidimensionale Anordnung zeitlich steuerbar lichtempfindlicher Sensoren (TOFIMG) ausgeführt. Eine Messvorrichtung (MV) wertet die Signale der zweidimensionalen Anordnung zeitlich steuerbarer lichtempfindlicher Sensoren (TOFIMG) aus und erzeugt ein Helligkeits- und ein Laufzeitbild aus den ermittelten Daten. Es wird vorgeschlagen die oben beschriebene Vorrichtung mit dem vorgeschlagenen Scheinwerfer (SW) zu kombinieren und so eine größere Reichweite als im Stand der Technik möglich zu erzielen. Das vorgeschlagene TOF-Kamera-System umfasst daher zumindest eine ersten LED (LED1) als Leuchtmittel. Der Scheinwerfer (SW) des TOF-Kamera-Systems kann weitere Leuchtmittel umfassen, beispielsweise um Licht zu Beleuchtungszwecken abgeben zu können. Bevorzugt handelt es sich aber um den bereits beschriebenen RGB-Scheinwerfer (SW), der somit licht- und farbpulsfähig ausgeführt werden kann. Kann. Um die größere Reichweite zu erzielen, strahlt der Scheinwerfer (SW) im sichtbaren Wellenlängenbereich Licht in einem abgestrahlten Wellenlängenbereich (AWB) ab. Hierdurch kann der Lidreflex genutzt werden und die Abstrahlleistung und damit die Reichweite erhöht werden. Der Scheinwerfer (SW) des TOF-Kamera-Systems ist dann bevorzugt in zumindest einem sichtbaren Wellenlängenbereich, dem lichtpulsfähigen Wellenlängenbereich (LPWB), lichtpulsfähig. Der lichtpulsfähige Wellenlängenbereich (LPWB) ist dabei bevorzugt wieder ein Teilbereich des abgestrahlten Wellenlängenbereiches (AWB) des Scheinwerfers (SW) oder gleich dem abgestrahlten Wellenlängenbereich (AWB) des Scheinwerfers (SW). Natürlich kann der Scheinwerfer auch in anderen Bereichen als dem sichtbaren Wellenlängenbereich Licht zusätzlich abstrahlen. Dies gilt im Übrigen für die gesamte Offenlegung. Dies wird hier aber nicht weiter vertieft. Die erste LED (LED1) kann in diesem lichtpulsfähigen Wellenlängenbereich (LPWB) Licht abstrahlen. Eine Steuereinrichtung (ST) steuert die Lichtempfindlichkeit der steuerbar lichtempfindlichen Sensoren (TOFIMG) der der zweidimensionalen Anordnung zeitlich steuerbarer lichtempfindlicher Sensoren (TOFIMG) und die Aussendung von Lichtpulsen (LP) durch das erste Leuchtmittel (LED1), um eine Lichtlaufzeitmessung auf dieser Masis mittels der zweidimensionalen Anordnung zeitlich steuerbarer lichtempfindlicher Sensoren (TOFIMG) zu ermöglichen. Gleichzeitig kann der Scheinwerfer (SW) Licht zu Beleuchtungszwecken abgeben. Bevorzugt erflogt die Ansteuerung des ersten Leuchtmittels (LED1) mit Hilfe der vorgeschlagenen H-Brücke (H) zur Ansteuerung und Versorgung der ersten LED (LED1) mit elektrischer Energie. Die H-Brücke (H) wird dabei bevorzugt durch die Steuereinrichtung (ST) gesteuert. Bevorzugt weist das TOF-Kamera-System einen optisch sperrenden Bandpassfilter (F1) auf, wobei der durch den optischen Bandpassfilter (F1) gesperrte Wellenlängenbereich im sichtbaren abgestrahlten Wellenlängenbereich (AWB) des Scheinwerfers (SW) liegt. Bevorzugt kann das vorgeschlagene TOF-Kamera-System zumindest eine zweiten LED (LED2) als weiteres Leuchtmittel des Scheinwerfers (SW) aufweisen, die zumindest im nicht gesperrten Wellenlängenbereich (NGWB) des abgestrahlten Wellenlängenbereichs (AWB) des Scheinwerfers (SW) sichtbares Licht (SL) durch den optisch sperrenden Bandpassfilter (F1) emittiert und wobei die erste LED (LED1) Licht im durch den optisch sperrenden Bandpassfilter (F1) gesperrten Wellenlängenbereich (GWB) emittiert ohne dass dieses Licht der ersten LED (LED1) den optisch sperrenden Bandpassfilter (F1) passieren muss.
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Es ist nun vorteilhaft ein solches TOF-Kamera-System in ein Fahrzeug (Kfz) einzubauen.
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Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Scheinwerfer (SW) des TOF-Kamera-Systems um einen RGB-Scheinwerfer. Der Scheinwerfer (SW) des TOF-Kamera-Systems weist dann mindestens eine erste LED (LED1) auf, die in einem ersten Wellenlängenbereich (WB1) strahlt, und mindestens eine zweite LED (LED2) auf, die in einem zweiten Wellenlängenbereich (WB2) strahlt, und mindestens eine dritte LED (LEDS) auf, die in einem dritten Wellenlängenbereich (WB3) strahlt. Wie zuvor ist der erste Wellenlängenbereich (WB1) und der zweite Wellenlängenbereich (WB2) und der dritte Wellenlängenbereich (WB3) jeweils ein Teilbereich des abgestrahlten Wellenlängenbereichs (AWB) des Scheinwerfers (SW) des TOF-Kamera-Systems. Der erste Wellenlängenbereich (WB1) ist nicht gleich dem zweiten Wellenlängenbereich (WB2) und der erste Wellenlängenbereich (WB1) ist nicht gleich dem dritten Wellenlängenbereich (WB3) und der dritte Wellenlängenbereich (WB3) ist nicht gleich dem zweiten Wellenlängenbereich (WB2). Durch die Steuereinrichtung (ST) können die erste LED (LED1) und die zweite LED (LED2) und die dritte LED (LED3) nun bevorzugt so angesteuert werden können, dass ihr Licht einem menschlichen Beobachter weiß erscheint.
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Natürlich kann ein Scheinwerfer (SW) eines solchen TOF-Kamera-Systems auch nur zwei LEDs aufweisen. In der Regel kann dann aber kein weißer Lichteindruck mehr erzielt werden. Der Vorteil eines TOF-Kamera-Systems mit mindestens zwei verschiedenfarbeigen LEDs ist aber, dass die erste LED (LED1) und die zweite LED (LED2) so angesteuert werden können, dass der Scheinwerfer (SW) des TOF-Kamera-Systems zur Abgabe von Farbwinkelpulsen (FLP) in der Lage ist. Dies ermöglicht es, Laufzeitbilder nicht in Abhängigkeit von Lichtlaufzeiten der Amplitude, sondern von Lichtlaufzeiten eines Farbwinkelpulses (FLP) zu erzeugen, was ein gänzlich anderes Verfahren als die im Stand der Technik bekannten Verfahren darstellt. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn die Ermittlung der Abstandsinformation die Laufzeit eines Farbwinkelpulses nutzt. (Und ggf. eben nicht eines Amplitudenpulses.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn bestimmte als kritisch erkannte Bereiche (z.B. entgegenkommende Fahrzeuge) unter bestimmten Bedingungen vor den Lichtpulsen (LP) und Farblichtpulsen (FLP) geschützt werden können. Hierfür ist es notwendig, den Scheinwerfer (SW) des TOF-Kamera-Systems als Projektionsvorrichtung betreiben zu können, wobei beispielsweise eine LCD-Schattenmaske zum Ausblenden der zu schützenden Bereiche verwendet wird. Hierzu weist das TOF-Kamera-System bevorzugt wieder eine strukturierbare Blende (LCD) auf, die bevorzugt eine zweidimensionale Fläche darstellt, die für das von der ersten LED (LED1a) und ggf. zweiten LED(1b) abgestrahlte Licht ortsaufgelöst und lokal einstellbare Transmissionskoeffizienten für jeweilige zweidimensionale Teilflächen dieser zweidimensionalen Fläche und bezogen auf die Senkrechte zu diesen jeweiligen zweidimensionalen Teilflächen besitzt. Außerdem ist dann eine Projektionsoptik (CL, PL) zur Projektion des Lichtpulses (LP) bzw. Farblichtpulses (FLP) auf eine Projektionsfläche oder in einen Projektionsraum hinein notwendig.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik ist das vorgeschlagene TOF-Kamera-System dazu vorgesehen, auch als Beleuchtungsvorrichtung arbeiten zu können. In diesem Sinne ist es sinnvoll, wenn das TOF-Kamera-System dazu eingerichtet ist, Objekte in ihrem Leuchtbereich selektiv beispielsweise durch Verwendung der besagten Schattenmaske zu markieren. Dieses Markieren kann auch zeitlich moduliert erfolgen. Bevorzugt ist daher das TOF-Kamera-System dazu eingerichtet, Objekte in ihrem Leuchtbereich selektiv durch ein zeitliches Muster der Beleuchtung, insbesondere durch Blinken und/oder durch farblich andere Beleuchtung zu markieren.
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Liste der Figuren
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- 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung in Form einer ersten beispielhaften H-Brücke (H), die das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) treibt bzw. abschaltet.
- 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung in Form einer ersten beispielhaften H-Brücke (H), die das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) treibt bzw. abschaltet mit einer positiven Ladungspumpe (LPPB) und einer negativen Ladungspumpe (LPMB) zum Absaugen der gespeicherten Ladungsträger.
- 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung in Form einer ersten beispielhaften H-Brücke (H), die das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) treibt bzw. abschaltet mit einer positiven Ladungspumpe (LPPB) und einer negativen Ladungspumpe (LPMB) zum Absaugen der gespeicherten Ladungsträger und mit einer positiven Ladungspumpe (LPPA) und einer negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke.
- 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung in Form einer ersten beispielhaften H-Brücke (H), die das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) treibt bzw. abschaltet mit einem Paar aus einer positiven Ladungspumpe (LPPA) und einer negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke.
- 5 zeigt schematisch eine Vorrichtung in Form einer ersten beispielhaften H-Brücke (H), die das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) treibt bzw. abschaltet mit einer positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke.
- 6 zeigt schematisch eine Vorrichtung in Form einer ersten beispielhaften H-Brücke (H), die das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) treibt bzw. abschaltet mit einer negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke.
- 7 zeigt schematisch eine Vorrichtung in Form einer ersten beispielhaften H-Brücke (H), die das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) treibt bzw. abschaltet mit einer negativen Ladungspumpe (LPMB) zum Absaugen der gespeicherten Ladungsträger.
- 8 zeigt schematisch eine Vorrichtung in Form einer ersten beispielhaften H-Brücke (H), die das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) treibt bzw. abschaltet mit einer positiven Ladungspumpe (LPPB) zum Absaugen der gespeicherten Ladungsträger.
- 9 zeigt schematisch, wie ein Übergang von einem Betriebszustand der ersten H-Brücke (H) in den nächsten Betriebszustand der ersten H-Brücke (H) möglich ist.
- 10 zeigt den Stromverlauf beim vorgeschlagenen Pulsationsverfahren (a) und bei alternativen Ansteuertechniken (b, c) aus dem Stand der Technik.
- 11 zeigt den Stromverlauf beim vorgeschlagenen Pulsationsverfahren (und den Verlauf der Spannung an der ersten Leuchtdiode (LED1)).
- 12 entspricht der 3 mit dem Unterschied, dass zusätzlich ein H-Brückenkontrollinstrument (HCV) zur Vermessung des Spannungsabfalls über die Last in der ersten H-Brücke (H), also typischerweise der Leuchtmittelspannung (VLED1) über die erste Leuchtdiode (LED1), vorgesehen ist, um die Funktionstüchtigkeit der Ansteuerung durch die erste H-Brücke (H) und der ersten LED (LED1) der H-Brücke (H) während des Betriebs kontrollieren zu können.
- 13 entspricht der 12 mit dem Unterschied, dass ein erstes H-Brückenkontrollinstrument (HCl1) zur Vermessung des Stroms durch das erste Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den ersten Transistor (T1), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den ersten Transistor (T1), vorgesehen ist und ein zweites H-Brückenkontrollinstrument (HCl2) zur Vermessung des Stroms durch das zweite Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den zweiten Transistor (T2), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den zweiten Transistor (T2), vorgesehen ist und ein viertes H-Brückenkontrollinstrument (HCl3) zur Vermessung des Stroms durch das dritte Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den dritten Transistor (T3), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den dritten Transistor (T3), vorgesehen ist und ein viertes H-Brückenkontrollinstrument (HCl4) zur Vermessung des Stroms durch das vierte Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den vierten Transistor (T4), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den vierten Transistor (T4) vorgesehen ist und, um die Funktionstüchtigkeit der Ansteuerung durch die erste H-Brücke (H) und der ersten LED (LED1) der H-Brücke (H) während des Betriebs ins besondere durch Rückschluss auf den fließenden Strom kontrollieren zu können.
- 14 zeigt wie 9 schematisch, wie ein Übergang von einem Betriebszustand in den nächsten Betriebszustand möglich ist. Nun jedoch wird davon Ausgegangen, dass beim Übergang vom „PAn“- Zustand in den „PAus“ Zustand ein anderer Querstrom als beim Übergang vom „PAus“-Zustand in den „PAn“-Zustand erwünscht ist. (Siehe auch Beschreibung der 12.)
- 15 zeigt ein vorschlagsgemäßes Scheinwerfersystem schematisch vereinfacht und funktional symbolisch, wobei das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) sowohl im gepulsten Betrieb (QDB) als auch als Leuchtmittel für quasi Dauerbeleuchtung (QDB) eingesetzt werden kann.
- 16 zeigt eine beispielhafte modifizierte H-Brücke (H) für den Einsatz in einer Vorrichtung gem. 15 und in Abwandlung der 3. Im Gegensatz zur H-Brücke (H) der 3 kann die H-Brücke (H) der 16 und die erste LED (LED1) nun sowohl für die Abgabe optimierter Lichtpulse (LP) als auch für die optimierte Lichtabgabe für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden indem sie zwischen Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) basierender Energieversorgung und direkter Energieversorgung aus den Versorgungsspannungsquellen (VCC1, VCC2, VCC3, GND1, GND2) umgeschaltet werden kann.
- 17 entspricht der 16 mit dem Unterschied, dass die Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMA, LPMB) aus einer fünften positiven Versorgungsspannung (VCC5) und einer fünften negativen Versorgungsspannung (GND5) versorgt werden und für den Betrieb als Leuchtmittel einer Beleuchtungseinrichtung die Versorgung direkt aus einer sechsten Versorgungsspannungsquelle (VCC6) und einer sechsten negativen Versorgungsspannung (GND6) erfolgt, wobei sowohl die fünfte positive Versorgungsspannung (VCC5) als auch die sechste positive Versorgungsspannung (VCC6) als auch die fünfte negative Versorgungsspannung (GND5) als auch die sechste negative Versorgungsspannung (GND6) bevorzugt Ausgänge einer geregelten Spanungsquelle sind.
- 18 zeigt eine beispielhafte modifizierte H-Brücke (H) für den Einsatz in einer Vorrichtung gem. 15 und in Abwandlung der 3. Im Gegensatz zur H-Brücke der 3 kann die H-Brücke (H) der 18 und die erste LED (LED1) nun sowohl für die Abgabe optimierter Lichtpulse (LP) als auch für die optimierte Lichtabgabe für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden, indem sie nun mittels zweier Analog-Multiplexer zwischen der direkten Energieversorgung aus einer dritten positiven Versorgungsspannungsquelle (VCC3) und einer vierten positiven Versorgungsspannungsquelle (VCC4) für den Quasidauerbetrieb (QDB) der ersten LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung einerseits und der direkten Energieversorgung aus einer ersten positiven Versorgungsspannungsquelle (VCC1) und einer zweiten positiven Versorgungsspannungsquelle (VCC2) für den gepulsten Betrieb (GPB) als gepulste LED (LED1) andererseits umgeschaltet werden kann.
- 19 zeigt die einfachste Variante mit einer Versorgung aus einer gemeinsamen Spannungsquelle mit einer positiven Grundversorgungsspannung (VCC), bei der es sich beispielsweise um die Spannungsversorgung aus dem Board-Netz eines Kraftfahrzeugs (Kfz) handeln kann. Die Versorgung im gepulsten Betrieb (GPB) erfolgt über eine gemeinsame zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) und die gemeinsame negative Grundversorgungsspannung (GND). Im Quasidauerbetrieb (QDB) erfolgt die Energieversorgung der ersten Leuchtdiode (LED1) über die dritte positive Versorgungsspannung (VCC3) und die gemeinsame negative Grundversorgungsspannung (GND).
- 20 entspricht der 19 mit dem Unterschied, dass der achte Transistor (T8) entfallen ist. Der Analogmultiplexer zum Umschalten der Versorgungsspannung zwischen der zweiten Versorgungsspannung (VCC2) und der dritten Versorgungsspannung (VCC3) ist somit nicht mehr wie in 19 auf die H-Brücke (H) aufgesetzt, sondern durch Parallelanordnung des zwölften Transistors (T12) zum dritten Transistor (T3) Teil der H-Brücke (H) geworden. Die Versorgung im gepulsten Betrieb (GPB) erfolgt über eine gemeinsame zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) und die gemeinsame negative Grundversorgungsspannung (GND). Im Quasidauerbetrieb (QDB) erfolgt die Energieversorgung der ersten Leuchtdiode (LED1) über die dritte positive Versorgungsspannung (VCC3) und die gemeinsame negative Grundversorgungsspannung (GND).
- 21 zeigt eine besonders einfache Variante der vorgeschlagenen Vorrichtung. Das Leuchtmittel, die erste LED (LED1), wird mittels einer H-Brücke (H) aus einer ersten Halbbrücke (HB1: T1, T2) und einer zweiten Halbbrücke (HB2: T3, T4) mit elektrischer Energie versorgt.
- 22 entspricht dem Zustandsdiagramm der 9, wobei das Zustandsdiagramm aber nun für den Betrieb der beispielhaften modifizierten H-Brücke (H) der 16 und 21 abgewandelt wurde.
- 23 entspricht der 20 mit dem Unterschied, dass hier zwei Shunt-Widerstände, ein erster Shunt-Widerstand (Rs1) und ein zweiter Shunt-Widerstand (Rs2) eingezeichnet sind. Diese Shunt-Widerstände (Rs1, Rs2) können dazu genutzt werden, mittels des Spannungsabfalls über diese Shunt Widerstände (Rs1, Rs2) auf den Strom durch die betreffende Halbbrücke (HB1, HB2) der H-Brücke (H) zu schließen.
- 24 entspricht der 15 mit dem beispielhaften Unterschied, dass eine innere Konstruktion der H-Brücke beispielsweise der 15 entspricht und wobei die Energiereserven (C_LPPB, C_LPPA, C_LPMB, C_LPMA) der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) beispielhaft eingezeichnet sind. Statt der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) können auch Spannungswandler (SVPB, SVPA, SVMB, SVMA) verwendet werden. Bei den Energiereserven der kann es sich in dem Fall dann auch um Induktivitäten (L_SVPB, L_SVPA, L_SVMB, L_SVMA) oder ähnliches handeln.
- 25 entspricht der 14 mit dem beispielhaften Unterschied, dass beispielhaft eine erste H-Brücken-Kontrolleinheit (HC1) vorgesehen ist, die mittels eines lichtempfindlichen Sensors, hier beispielhaft einer ersten Fotodiode (PD1), die Lichtemission des Leuchtmittels, hier der beispielhaften ersten LED (LED1), vermisst und so eine Nachregelung der Ansteuerung insbesondere durch Einstellung der Ladungspumpenspannung der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) in Form der Ausgangsspannung der Energiereserven (C_LPPB, C_LPPA, C_LPMB, C_LPMA) der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) und durch Variation der Verweildauern in den Zuständen „PAn“, „PAus“ und „PZ“ ermöglicht.
- 26 entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass beispielhaft weitere Leuchtmittel (LED2...n) vorgesehen sind, die Licht zu Beleuchtungszwecken ungepulst abgeben, wobei ein Wellenlängenbereich, der gesperrte Wellenlängenbereich (GWB), durch ein Filter (F1) ausgeblendet wird.
- 27 26 entspricht der 26, wobei zur Verdeutlichung nun eine Messvorrichtung (MV) eingezeichnet ist, die beispielsweise eine Bestimmung der Lichtlaufzeit oder einer anderen Information aus den reflektierten Lichtpulsen (RLP) erlaubt.
- 28 entspricht der 27 mit dem Unterschied, dass nun ein Kompensationssender (K) vorgesehen ist, der komplementär zur ersten LED (LED1) angesteuert wird, wobei durch die Regelung der Amplitude und der Phasenlage der Ansteuerung der Kompensationsdiode (K) eine zeitlich mehr oder weniger gleichmäßige Beleuchtung der Fotodiode (MD) erreicht wird.
- 29 entspricht der 15 mit dem beispielhaften Unterschied, dass beispielhaft eine erste LED (LED1a), die durch eine beispielhafte erste H-Brücke (H) angesteuert wird, und eine zweite LED (LED1b), die durch eine beispielhafte zweite H-Brücke (H') angesteuert wird, vorgesehen sind, was die Möglichkeit der Abgabe von Farblichtpulsen (FLP) eröffnet.
- 30 entspricht der 15 mit dem beispielhaften Unterschied, dass es sich um einen vorgeschlagenen RGB-Scheinwerfer (SW) handelt und dass beispielhaft eine erste LED (LED1a), die durch eine beispielhafte erste H-Brücke (H) angesteuert wird, und eine zweite LED (LED1b), die durch eine beispielhafte zweite H-Brücke (H') angesteuert wird, und eine dritte LED (LED1c), die durch eine beispielhafte dritte H-Brücke (H") angesteuert wird, vorgesehen sind, was die Möglichkeit der Abgabe von Farblichtpulsen (FLP) und der gleichzeitigen Abgabe von RGB-farbbestimmten Licht, beispielsweise auch weißem Licht, zu Beleuchtungszwecken im gesamten RGB-Farbraum eröffnet.
- 31 entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass ein beispielhaftes, strukturierbares Filter, hier in Form eines LCD-Filters (LCD), in den Strahlengang beispielhaft innerhalb der Optik (CL, PL) eingefügt ist und projiziert wird.
- 32 entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass ein beispielhaftes Mikrospiegelarray (DLP), hier in Form eines LCD-Filters, in den Strahlengang eingefügt ist und den Lichtstahlquerschnitt räumlich und/oder zeitlich moduliert.
- 33 entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass ein beispielhaftes strukturierbares Filter (F1), hier in Form eines LCD-Filters (LCD), in den Strahlengang beispielhaft hinter der Optik (OP) eingefügt ist und als Schattenmaske projiziert wird.
- 34 zeigt beispielhafte Positionen von Vorrichtungen gemäß dieses Vorschlags an einem beispielhaften Kraftfahrzeug (Kfz) in Form eines beispielhaften PKWs.
- 35 zeigt eine beispielhafte Kommunikation zwischen einem Fahrzeug (Kfz), das mit einem vorgeschlagenen Scheinwerfer (SW) ausgestattet ist, und einer Vorrichtung der Verkehrsinfrastruktur, hier beispielhaft einer Ampel (AMP).
- 36 zeigt eine beispielhafte Kommunikation zwischen einem ersten Fahrzeug (Kfz) und einem zweiten Fahrzeug (Kfz2), die jeweils mit einem vorgeschlagenen Scheinwerfer (SW) ausgestattet sind, wobei diese mittels dieser Scheinwerfer (SW) a) die Abstände zueinander a1) aktiv und a2) passiv bestimmen und b) Daten austauschen.
- 37 zeigt die H-Brücke von 1, wobei die erste positive Versorgungsspannung (VCC1) der H-Brücke der 1 und die zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) der H-Brücke der 1 hier gleich der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) sind und wobei die erste negative Versorgungsspannung (GND1) der H-Brücke der 1 und die zweite negative Versorgungsspannung (GND2) der H-Brücke der 1 hier gleich der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) sind.
- 38 zeigt die eigentliche H-Brücke (H) mit der ersten Halbbrücke (HB1) aus der Serienschaltung des ersten Transistors (T1) und der Serienschaltung des zweiten Transistors (T2) sowie mit der zweiten Halbbrücke (HB2) aus der Serienschaltung des dritten Transistors (T3) und der Serienschaltung des vierten Transistors (T4).
- 39 entspricht der 27 mit dem Unterschied, dass nun statt eines einzelnen Sensors (MD) eine zweidimensionale Anordnung zeitlich steuerbarer lichtempfindlicher Sensoren (TOFIMG) für die Detektion der Lichtpulse (LP) bzw. Farblichtpulse (FLP) eingesetzt wird.
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Beschreibung der Figuren
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Figur 1
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1 zeigt schematisch eine Vorrichtung entsprechend dem zuvor beschriebenen Vorschlag einer H-Brücke. Die Zeichnung stellt vier Transistoren (T1, T2, T3, T4) dar, wobei jeder Transistor drei Anschlüsse besitzt. Der erste Transistor (T1) besitzt einen ersten Anschluss (1) und einen zweiten Anschluss (2) sowie einen ersten Steueranschluss (G1). Der zweite Transistor (T2) besitzt einen dritten Anschluss (3) und einen vierten Anschluss (4) sowie einen zweiten Steueranschluss (G2). Der dritte Transistor (T3) besitzt einen fünften Anschluss (5) und einen sechsten Anschluss (6) sowie einen dritten Steueranschluss (G3). Der vierte Transistor (T4) besitzt einen siebten Anschluss (7) und einen achten Anschluss (8) sowie einen vierten Steueranschluss (G4). Jeder Steueranschluss (G1, G2, G3, G4) ist mit dem Steuerelement (ST) verbunden. Das Steuerelement (ST) steuert die logischen Zustände der Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4). Jeder Steueranschluss (G1, G2, G3, G4) kann sich entweder in einem ersten oder in einem zweiten logischen Zustand befinden. Durch den logischen Zustand des Steueranschlusses (G1, G2, G3, G4), nimmt der Transistor (T1, T2, T3, T4) entweder einen ersten oder einen zweiten Betriebszustand ein. Dabei sollte in einem ersten „PAus“-Gesamtzustand entweder der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) sich in einem ersten logischen Zustand befinden und der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) in einem zweiten logischen Zustand und somit der erste Transistor (T1) und vierte Transistor (T4) in einem ersten Betriebszustand, in dem diese leiten, und der zweite Transistor (T2) und dritte Transistor (T3) in einem zweiten Betriebszustand, in dem diese sperren, oder der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) befinden sich in einem ersten logischen Zustand und der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) in einem zweiten logischen Zustand und somit befinden sich der zweite Transistor (T2) und dritte Transistor (T3) in einem ersten Betriebszustand, in dem diese leiten, und der erste Transistor (T1) und vierte Transistor (T4) in einem zweiten Betriebszustand, in dem diese sperren. Dies ist der „PAn“-Gesamtzustand. Auch können sich alle Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4) in einem zweiten logischen Zustand befinden, wodurch sich alle Transistoren (T1, T2, T3, T4) in einem zweiten Betriebszustand befinden, in dem sie sperren. Dies ist der „PZ“-Gesamtzustand. Die LED (LED1) weist eine Kathode (K) und eine Anode (A) auf. Die Kathode ist mit dem zweiten Anschluss (2) des ersten Transistors (T1) und mit dem dritten Anschluss (3) des zweiten Transistors (T2) verbunden. Die Anode ist mit dem sechsten Anschluss (6) des dritten Transistors (T3) und mit dem siebten Anschluss (7) des vierten Transistors (T4) verbunden. Die LED (LED1) leuchtet, wenn sich der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) in einem ersten logischen Zustand und der dritte Steueranschluss (G3) in einem zweiten logischen Zustand befinden. Befinden sich der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) in einem ersten logischen Zustand und der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) in einem zweiten logischen Zustand, so wird die Sperrschicht der LED (LED1) durch die Umpolung ausgeräumt. Die 1 zeigt zudem eine erste positive Versorgungsspannung (VCC1) und eine zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) und eine erste negative Versorgungsspannung (GND1) und eine zweite negative Versorgungsspannung (GND2).
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Dabei ist die die erste positive Versorgungsspannung (VCC1) mit dem ersten Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) verbunden.
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Dabei ist die die zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) mit dem fünften Anschluss (2) des dritten Transistors (T2) verbunden.
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Dabei ist die erste negative Versorgungsspannung (GND1) mit dem vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) verbunden.
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Dabei ist die zweite negative Versorgungsspannung (GND2) mit dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) verbunden.
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Figur 2
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2 zeigt schematisch eine Vorrichtung entsprechend 3 nun aber mit einer positiven und einer negativen Ladungspumpe.
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Die positive Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist über ihren zehnten Anschluss (10) mit dem ersten Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) verbunden. Die positive Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist zudem über ihren neunten Anschluss (9) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die positive Gesamtversorgungsspannung (VCC) als Bezugspotenzial der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger dargestellt. Die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist über ihren zwölften Anschluss (12) mit dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) verbunden. Die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist zudem über ihren elften Anschluss (11) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die negative Gesamtversorgungsspannung (GND) als Bezugspotenzial der negativen Ladungspumpe (LPMB) dargestellt. Die Sperrschicht der LED (LED1) wird schneller geräumt, dadurch dass das das Potenzial des zehnten Anschlusses (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger oberhalb des Potenzials des zwölften Anschlusses (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) liegt und dadurch, dass das Spannungspotential des zehnten Anschlusses (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger höher liegt als das der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und das Spannungspotential des zwölften Anschlusses (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger niedriger liegt als das der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND). Alle anderen Teilvorrichtungen und Vorgänge laufen analog zu 1 ab.
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Figur 3
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3 zeigt schematisch eine Vorrichtung entsprechend 1, nun jedoch mit je einem Paar aus einer positiven und einer negativen Ladungspumpe zum Absaugen der gespeicherten Ladungsträger und zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke.
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Die positive Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist über ihren zehnten Anschluss (10) mit dem ersten Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) verbunden. Die positive Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist zudem über ihren neunten Anschluss (9) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die positive Gesamtversorgungsspannung (VCC) als Bezugspotenzial der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger dargestellt.
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Die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist über ihren zwölften Anschluss (12) mit dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) verbunden. Die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist zudem über ihren elften Anschluss (11) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die negative Gesamtversorgungsspannung (GND) als Bezugspotenzial der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger dargestellt.
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Die positive Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist über ihren vierzehnten Anschluss (14) mit dem fünften Anschluss (5) es dritten Transistors (T3) verbunden. Die positive Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist zudem über ihren dreizehnten Anschluss (13) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die positive Gesamtversorgungsspannung (VCC) als Bezugspotenzial der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke dargestellt.
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Die negative Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist über ihren fünfzehnten Anschluss (15) mit dem vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) verbunden. Die negative Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist zudem über ihren sechzehnten Anschluss (16) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die negative Gesamtversorgungsspannung (GND) als Bezugspotenzial der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke dargestellt.
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Die Sperrschicht der LED (LED1) wird schneller von verbliebenen Ladungsträgern beim Ausschalten der LED (LED1) geräumt, dadurch dass das das Potenzial des zehnten Anschlusses (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger oberhalb des Potenzials des zwölften Anschlusses (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger liegt und dadurch, dass das Spannungspotential des zehnten Anschlusses (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger höher liegt als das der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und das Spannungspotential des zwölften Anschlusses (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger niedriger liegt als das der negativen Versorgungsspannung (GND).
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Die Sperrschicht der LED (LED1) wird schneller mit Ladungsträgern beim Einschalten der LED (LED1) geflutet, dadurch dass das das Potenzial des vierzehnten Anschlusses (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke oberhalb des Potenzials des fünfzehnten Anschlusses (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke liegt und dadurch, dass das Spannungspotential des vierzehnten Anschlusses (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke höher liegt als das der positiven Versorgungsspannung (VCC) und das Spannungspotential des fünfzehnten Anschlusses (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke niedriger liegt als das der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND).
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Alle anderen Teilvorrichtungen und Vorgänge laufen analog zu 1 ab.
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Figur 4
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4 zeigt schematisch eine Vorrichtung entsprechend 1, nun jedoch mit je einem Paar aus einer positiven und einer negativen Ladungspumpe zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke.
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Die positive Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist über ihren vierzehnten Anschluss (14) mit dem fünften Anschluss (5) des dritten Transistors (T3) verbunden. Die positive Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist zudem über ihren dreizehnten Anschluss (13) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die positive Gesamtversorgungsspannung (VCC) als Bezugspotenzial der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke dargestellt.
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Die negative Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist über ihren fünfzehnten Anschluss (15) mit dem vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) verbunden. Die negative Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist zudem über ihren sechzehnten Anschluss (16) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die negative Gesamtversorgungsspannung (GND) als Bezugspotenzial der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke dargestellt.
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Die Sperrschicht der LED (LED1) wird schneller mit Ladungsträgern beim Einschalten der LED)LED1) geflutet, dadurch dass das das Potenzial des vierzehnten Anschlusses (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke oberhalb des Potenzials des fünfzehnten Anschlusses (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke liegt und dadurch, dass das Spannungspotential des vierzehnten Anschlusses (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke höher liegt als das der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und das Spannungspotential des fünfzehnten Anschlusses (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke niedriger liegt als das der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND).
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Alle anderen Teilvorrichtungen und Vorgänge laufen analog zu 1 ab.
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Figur 5
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5 zeigt schematisch eine Vorrichtung entsprechend 1, nun jedoch mit einer positiven Ladungspumpe zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke.
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Die positive Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist über ihren vierzehnten Anschluss (14) mit dem fünften Anschluss (5) des dritten Transistors (T3) verbunden. Die positive Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist zudem über ihren dreizehnten Anschluss (13) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die positive Gesamtversorgungsspannung (VCC) als Bezugspotenzial der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke dargestellt.
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Die Sperrschicht der LED (LED1) wird schneller mit Ladungsträgern beim Einschalten der LED (LED1) geflutet, dadurch dass das das Potenzial des vierzehnten Anschlusses (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke oberhalb des Potenzials der negativen Versorgungsspannung (GND) liegt und dadurch, dass das Spannungspotential des vierzehnten Anschlusses (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke höher liegt als das der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC).
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Alle anderen Teilvorrichtungen und Vorgänge laufen analog zu 1 ab.
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Figur 6
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6 zeigt schematisch eine Vorrichtung entsprechend 1, nun jedoch mit einer negativen Ladungspumpe zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke.
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Die negative Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist über ihren fünfzehnten Anschluss (15) mit dem vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) verbunden. Die negative Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke ist zudem über ihren sechzehnten Anschluss (16) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die negative Versorgungsspannung (GND) als Bezugspotenzial der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke dargestellt.
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Die Sperrschicht der LED (LED1) wird schneller mit Ladungsträgern beim Einschalten der LED (LED1) geflutet, dadurch dass das das Potenzial der positiven Gesamtersorgungsspannung (VCC) oberhalb des Potenzials des fünfzehnten Anschlusses (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke liegt und dadurch, dass Spannungspotential des fünfzehnten Anschlusses (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer kurzen Einschaltflanke niedriger liegt als das der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND).
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Alle anderen Teilvorrichtungen und Vorgänge laufen analog zu 1 ab.
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Figur 7
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7 zeigt schematisch eine Vorrichtung entsprechend 1, nun jedoch mit einer negativen Ladungspumpe zum Absaugen der gespeicherten Ladungsträger.
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Die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist über ihren zwölften Anschluss (12) mit dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) verbunden. Die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist zudem über ihren elften Anschluss (11) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die negative Versorgungsspannung (GND) als Bezugspotenzial der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger dargestellt.
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Die Sperrschicht der LED (LED1) wird schneller von verbliebenen Ladungsträgern beim Ausschalten der LED geräumt, dadurch dass das das Potenzial der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) oberhalb des Potenzials des zwölften Anschlusses (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger liegt und das Spannungspotential des zwölften Anschlusses (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger niedriger liegt als das der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND).
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Alle anderen Teilvorrichtungen und Vorgänge laufen analog zu 1 ab.
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Figur 8
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8 zeigt schematisch eine Vorrichtung entsprechend 1, nun jedoch mit einer positiven Ladungspumpe zum Absaugen der gespeicherten Ladungsträger.
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Die positive Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist über ihren zehnten Anschluss (10) mit dem ersten Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) verbunden. Die positive Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ist zudem über ihren neunten Anschluss (9) mit einem Bezugspotenzial verbunden, hier in der Zeichnung wird die positive Gesamtversorgungsspannung (VCC) als Bezugspotenzial der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger dargestellt.
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Die Sperrschicht der LED (LED1) wird schneller von verbliebenen Ladungsträgern beim Ausschalten der LED (LED1) geräumt, dadurch dass das das Potenzial des zehnten Anschlusses (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger oberhalb der negativen Versorgungsspannung (GND) liegt und dadurch, dass das Spannungspotential des zehnten Anschlusses (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger höher liegt als das der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC).
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Alle anderen Teilvorrichtungen und Vorgänge laufen analog zu 1 ab.
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Figur 9
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9 zeigt schematisch, wie ein Übergang von einem Betriebszustand in den nächsten Betriebszustand möglich ist. Die Figur zeigt, dass bevorzugt nur ein Wechsel vom „PAus“-Zustand der H-Brücke (H) (=LED ist in Sperrrichtung elektrisch vorgespannt) in den „PZ“-Zustand (=es liegt keine definierte Spannung an der LED an) der H-Brücke (H) oder ein Wechsel vom „PAn“-Zustand (=LED ist in Flussrichtung elektrisch vorgespannt) der H-Brücke (H) in den „PZ“-Zustand (=es liegt keine definierte Spannung an der LED an) der H-Brücke (H) und jeweils umgekehrt möglich ist.
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Dabei beschreibt der „PZ“-Zustand den ersten Gesamtzustand der Vorrichtung, wobei sich in dem ersten Gesamtzustand alle Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4) in einem zweiten logischen Zustand befinden. Das bedeutet, dass sich alle Transistoren (T1, T2, T3, T4) in ihrem zweiten Betriebszustand (gesperrt) befinden. Die LED (LED1) strahlt kein Licht aus.
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Der „PAn“-Zustand beschreibt den zweiten Gesamtzustand der Vorrichtung, wobei sich in dem zweiten Gesamtzustand der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) in einem ersten logischen Zustand befinden und sich somit der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) in dem ersten Betriebszustand (leitend) befinden. Der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) befinden sich in einem zweiten logischen Zustand und somit befinden sich der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) in dem zweiten Betriebszustand (gesperrt). Die LED (LED1) strahlt Licht aus und ist Flussrichtung elektrisch vorgespannt.
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Der „PAus“-Zustand beschreibt den dritten Gesamtzustand der Vorrichtung, wobei sich in einem dritten Gesamtzustand der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) in einem zweiten logischen Zustand befinden und sich somit der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) in dem zweiten Betriebszustand (gesperrt) befinden. Der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) befinden sich in einem ersten logischen Zustand und somit befinden sich der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) in einem ersten Betriebszustand (leitend). Die LED (LED1) strahlt kein Licht aus und ist in Sperrrichtung elektrisch vorgespannt.
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Die 9 zeigt somit als Zustandsdiagramm die zumindest zulässigen Gesamtzustände „PAn“, „PZ“ und „PAus“ der H-Brücke (H). Um einen Kurzschluss mit einem unkontrollierbaren Querstrom in den Zweigen (T1, T2 / T3, T4) der H-Brücke (H) zu vermeiden, sollte zunächst ein Wechsel vom ersten Gesamtzustand der H-Brücke (H), dem „PAus“-Zustand, in den dritten Gesamtzustand der H-Brücke (H), den „PZ“-Zustand oder umgekehrt möglich sein und/oder ein Wechsel vom zweiten Gesamtzustand der H-Brücke (H), dem „PAn“-Zustand, in den dritten Gesamtzustand der H-Brücke (H), den „PZ“-Zustand oder umgekehrt möglich sein.
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Hierdurch wird sicher vermieden, dass es zu dem befürchteten Querstrom über den ersten Transistor (T1) der H-Brücke (H) und den zweiten Transistor (T2) der H-Brücke (H) kommt, der die negative Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke mit der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger kurzschließt und damit deren Energiereserven verbraucht.
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Ebenso wird hierdurch sicher vermieden, dass es zu dem befürchteten Querstrom über den dritten Transistor (T3) der H-Brücke (H) und den vierten Transistor (T4) der H-Brücke (H) kommt, der die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger mit der positiven Ladungspumpe (LPPA) um Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke kurzschließt und damit deren Energiereserven verbraucht.
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Im Folgenden wird diese Vorstellung jedoch noch einmal relativiert werden.
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Dabei wird im Sinne dieser Offenlegung wird der „PAn“-Zustand für eine sehr kurze Einschaltzeit (τpp) eingenommen. Zum schnellen Einschalten wird dabei eine erhöhte Vorwärtsspannung (UDR) in Flussrichtung an die erste Leuchtdiode (LED1) angelegt. Im „PAus“ Zustand wird anschließend für wiederum eine sehr kurze Ausräumzeit (τpn) eine betragsmäßig erhöhte Ausräumspannung (URM) in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1) an dieser ersten Leuchtdiode (LED1) angelegt. Der „PAus“-Zustand wird somit nur für diese kurze Ausräumzeit (τpn) eingenommen und dann wieder verlassen. Diese Ausräumzeit (τpn) ist dabei bevorzugt so bemessen, dass eine Restladung der Speicherladung nach dem Ende der Ausräumzeit (τpn) noch in der ersten Leuchtdiode (LED1) vorhanden ist, die diese vor Zerstörung durch Lawineneffekte schützt.
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Figur 10
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10 zeigt die Simulation eines Vergleichs zwischen 3 Treiberschaltungen (Aufzählung von längstem zu kürzesten Puls): Stromtreiber(20mA) (Bezugszeichen c), Spannungstreiber (3.3V) (Bezugszeichen b), H-Brücke (40V) (Bezugszeichen a). Wie deutlich zu erkennen ist, ist das vorgeschlagene Verfahren wesentlich besser zur Erzeugung kurzer Pulse geeignet, als die anderen Verfahren aus dem Stand der Technik.
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Figur 11
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zeigt den Stromverlauf beim vorgeschlagenen Pulsationsverfahren und den Verlauf der Spannung an der ersten Leuchtdiode (LED1). Für eine sehr kurze Einschaltzeit (τpp) wird eine Vorwärtsspannung (UDR) an die erste Leuchtdiode (LED1) in Vorwärtsrichtung angelegt. Dadurch steigt der elektrische Strom durch die erste Leuchtdiode (LED1) sehr schnell steil an. Deren Sperrschicht wird mit Ladungsträgern geflutet, wobei sich bevorzugt noch kein quasistatisches Gleichgewicht einstellt. Vielmehr wird nach Ablauf dieser Einschaltzeit (τpp) die Polarität der Spannung an der erste Leuchtdiode (LED1) bevorzugt umgepolt. Für eine Ausräumzeit (τpn) liegt dann eine Ausräumspannung (URM) an der ersten Leuchtdiode (LED1) in Sperrrichtung an. Diese Ausräumzeit (τpn) wird so bemessen, dass eine Restladung in der ersten Leuchtdiode (LED1) verbleibt. Dies ist dann der Fall, wenn diese Ausräumzeit (τpn) kürzer bemessen wird als die Speicherzeit (τSP1) der Ladungsträger in der ersten Leuchtdiode (LED1) bei Betrieb dieser typischerweise einer gegenüber der Versorgungsspannung erhöhten Spannung als Vorwärtsspannung (UDR) im Puls-Betrieb in Flussrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1) und bei gleichzeitiger Verwendung einer gegenüber dem Betrag der Versorgungsspannung betragsmäßig erhöhten Ausräumspannung (URM) in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1). Die Speicherzeit (τSP0) der Ladungsträger in der ersten Leuchtdiode (LED1) bei Betrieb mit normaler, also nicht erhöhter Versorgungsspannung (UDR), und Verwendung der Versorgungsspannung als Ausräumspannung (URM) in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1) ist ebenfalls eingezeichnet. (siehe auch 10, Fall b)
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Figur 12
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12 entspricht der 3 mit dem Unterschied, dass zusätzlich ein H-Brückenkontrollinstrument (HCV) zur Vermessung des Spannungsabfalls über die Last in der ersten H-Brücke (H), also typischerweise der Leuchtmittelspannung (VLED1) über die erste Leuchtdiode (LED1), vorgesehen ist, um die Funktionstüchtigkeit der Ansteuerung durch die erste H-Brücke (H) und der ersten LED (LED1) der H-Brücke (H) während des Betriebs kontrollieren zu können und ggf., wie im Folgenden unten erläutert, einzelne Steuerparameter der Brücke optimieren zu können. Die Erfassung der Leuchtmittelspannung (VLED1) über die erste Leuchtdiode (LED1) ist insbesondere deswegen notwendig, da es sich insbesondere bei Kfz-Scheinwerfern um sicherheitsrelevante Teilvorrichtungen dieser Kraftfahrtzeuge handelt. Bei der ersten Leuchtdiode (LED1) kann es sich auch um eine Verschaltung mehrerer Leuchtdioden (LEDs) handeln. Insbesondere kann es sich um eine LED-Kette handeln. Fällt nun eine dieser LEDs aus, so sollte deren Ausfall messtechnisch erfasst und signalisiert werden können. Hierzu vergleicht beispielsweise H-Brückenkontrollinstrument (HCV) den Spannungsabfall (VLED1) über die erste Leuchtdiode (LED1), von der wir hier nun annehmen, dass es sich beispielsweise um eine Kette aus mehreren LEDs handelt, mit einem Referenzwert, der zu dem aktuellen Zustand der H-Brücke (H) passt. Liegt der Spannungsabfall (VLED1) beispielsweise oberhalb eines ersten Schwellwertes und unterhalb eines zweiten Schwellwertes, der vom ersten Schwellwert verschieden ist und bevorzugt größer als dieser erste Schwellwert ist, so kann darauf geschlossen werden, dass die Zusammenstallung der mehreren LEDs sich im erlaubten Toleranzbereich, der durch diese Schwellwerte markiert ist, befindet und daher in Ordnung ist. In den beiden anderen Fällen stellt das H-Brückenkontrollinstrument (HCV) einen Fehler fest und gibt diesen weiter. Hierzu signalisiert das H-Brückenkontrollinstrument (HCV) beispielsweise diesen Messwert der Leuchtmittelspannung (VLED1) an ein Rechnersystem (µC), dass Teil der H-Brücke (H) sein kann, aber sich auch in einem übergeordneten Zusammenhang, so wie in dieser Offenlegung dargestellt, befinden kann. Diese Signalisierung der Leuchtmittelspannung (VLED1) an ein Rechnersystem (µC) kann auch in Form der Signalisierung des zeitlichen Verlaufs der Leuchtmittelspannung (VLED1) erfolgen. Es wird also vorgeschlagen, dass der zeitliche Verlauf der Leuchtmittelspannung (VLED1) während der Aussendung des Lichtpulses zumindest mit einem Abtastwert erfasst wird. Somit kann dann das Rechnersystem (µC) in Abhängigkeit vom ermittelten zeitlichen Verlauf der Leuchtmittelspannung (VLED1) oder eines Werts der Leuchtmittelspannung (VLED1) zu einem Zeitpunkt die Parameter die Ansteuerung der ersten Leuchtdiode (LED1) insbesondere durch Einstellung der Ladungspumpenspannung der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) z.B. in Form der Vorspannung der Energiereserven (C_LPPB, C_LPPA, C_LPMB, C_LPMA) der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) bzw. der Spannungswandler (SVPB, SVPA, SVMB, SVMA) und durch Variation der Verweildauern in den Zuständen „PAN“, „PAUS“ und „ZV“ vornehmen. Dies wird unten im Detail weiter erläutert. Sofern die erste LED (LED1) auch als Beleuchtungsmittel eingesetzt werden soll, kann das Rechnersystem (µC) auch die Versorgungsspannung der ersten LED (LED1) und den Duty-Cycle der PWM, mit der die Steuereinheit (ST) über die Schaltelemente (T1, T2, T3, T4) der H-Brücke (H) die erste Leuchtdiode (LED1) ansteuert, regeln. Handelt es sich bei der ersten LED (LED1) um eine Verschaltung mehrerer LEDs, so kann auch die Vermessung der Leuchtmittelspannung einzelner LEDs dieser Mehrzahl von LEDs sinnvoll sein, sodass dann die Analyse und Überwachung Fehler an einzelnen LEDs dieser Mehrzahl von LEDs erfassen kann. Insofern stellt das Schema der 12 nur ein Beispiel dar.
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Figur 13
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13 entspricht der 12 mit dem Unterschied, dass ein erstes H-Brückenkontrollinstrument (HCI1) zur Vermessung des Stroms durch das erste Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den ersten Transistor (T1), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den ersten Transistor (T1), vorgesehen ist und ein zweites H-Brückenkontrollinstrument (HCI2) zur Vermessung des Stroms durch das zweite Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den zweiten Transistor (T2), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den zweiten Transistor (T2), vorgesehen ist und ein drittes H-Brückenkontrollinstrument (HCI3) zur Vermessung des Stroms durch das dritte Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den dritten Transistor (T3), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den dritten Transistor (T3), vorgesehen ist und ein viertes H-Brückenkontrollinstrument (HCI4) zur Vermessung des Stroms durch das vierte Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den vierten Transistor (T4), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den vierten Transistor (T4) vorgesehen ist und, um die Funktionstüchtigkeit der Ansteuerung durch die erste H-Brücke (H) und der ersten LED (LED1) der H-Brücke (H) während des Betriebs ins besondere durch Rückschluss auf den fließenden Strom kontrollieren zu können. Fällt ein Schaltelement der Schaltelemente (T1, T2, T3, T4) der H-Brücke (H) aus, so entspricht der Spannungsabfall über diesem Schaltelement nicht mehr dem zugehörigen Erwartungswert. Die H-Brücke ist insbesondere im Zusammenwirken mit einem H-Brückenkontrollinstrument (HCV) in der Lage, die Energieabgabe an die erste LED (LED1) zu kontrollieren und vor dem Überschreiten kritischer Schwellwerte die Ansteuerung anzupassen. Insbesondere kann somit sowohl der zeitliche Stromverlauf als auch der zeitliche Spannungsverlauf genau ausgeregelt werden und optimiert werden. Es ist somit sehr vorteilhaft, wenn sowohl die positiven Ladungspumpen (LPPB, LPPA) als auch die negativen Ladungspumpen (LPMA, LPMB) bzw. die negativen Spannungswandler (SVMA, SVMB) in ihrer Ausgangsspannung regelbar sind. Diese Regelung wird vorzugsweise durch die Steuerung (ST) oder das Rechnersystem (µC) vorgegeben. Darüber hinaus ist es dann sinnvoll, die Transistoren (T1, T2, T3, T4) nicht nur als Schalter zu betreiben, sondern ggf. auch als Stromquellentransistoren und über diese den Strom durch die erste LED (LED1) zu regeln. Hierdurch wird es möglich, einen zeitlichen Leistungsübertragungsverlauf für die erste LED (LED1) vorzugeben, der vorgibt wann wieviel Energie in die erste LED (LED1) eingespeist wird oder aus der ersten LED (LED1) entnommen wird. Im Rahmen der Ausarbeitung des Vorschlags wurde erkannt, dass es durchaus sinnvoll sein kann, einen gewissen Querstrom in den Halbbrücken (HB1, HB2) der H-Brücke (H) beim Wechsel von einem zusätzlichen Querstromzustand „PQZ“ in den „PAus“-Zustand zuzulassen, weil dadurch die Ladungsträger nicht nur in der ersten LED(LED1) schneller ausgeräumt werden, sondern auch aus den ausschaltenden Transistoren (T2, T3) schneller entfernt werden.
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Hierbei wurde erkannt, dass es für den Übergang vom Zustand „PAus“ in den Zustand „PAn“ sinnvoll und bevorzugt ist, tatsächlich den Zustand „PZ“ zu durchlaufen, wobei am zeitlichen Ende des Verweilens im „PZ“-Zustand dann alle Transistoren beider Halbbrücke (HB1: T1, T2; HB2: T3, T4) tatsächlich gänzlich aus sind Dies unterscheidet den „PZ“-Zustand vom später beschriebenen „QPZ“-Zustand. Da die Ladungsträger in den zuvor im Zustand „PAus“ eingeschalteten Transistoren (in dem Beispiel der erste Transistor T1 und der vierte Transistor T4) dann nur sehr langsam abgebaut werden, muss dieser Zustand eine Mindestverweildauer (TPZmin) aufrechterhalten werden. Erst dann kann der Wechsel vom „PZ“-Zustand in den „PAn“ Zustand erfolgen. (Siehe auch 9)
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Für den umgekehrten Fall des Übergangs vom „PAn“-Zustand in den „PAus“-Zustand ist die Sachlage jedoch anders. Hier soll die erste LED (LED1) und die ausschaltenden Transistoren (In dem Beispiel der zweite Transistor T2 und der dritte Transistor T3) möglichst schnell von Ladungsträgern geräumt werden. Da die ausschaltenden Transistoren (in dem Beispiel der zweite Transistor T2 und der dritte Transistor T3) einige Zeit zum Ausschalten benötigen, ist es sinnvoll, jeweils einen Querstrom durch die einschaltenden Transistoren (in dem Beispiel der erste Transistor T1 und der vierte Transistor T4) zu Beginn des „PAn“-Zustands zuzulassen. Hierdurch werden zwei Effekte erzielt:
- Zum Ersten werden die ausschaltenden Transistoren (in dem Beispiel der zweite Transistor T2 und der dritte Transistor T3) schneller durch die einschaltenden Transistoren (in dem Beispiel der erste Transistor T1 und der vierte Transistor T4) entladen. Die einschaltenden Transistoren nehmen dadurch auch einen Großteil der jeweiligen Ströme auf, die die ausschaltenden Transistoren (in dem Beispiel der zweite Transistor T2 und der dritte Transistor T3) sonst jeweils noch in die erste LED (LED1) liefern würden.
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Zum Zweiten führt dies zu einer schnelleren Umpolung und damit Entladung der ersten LED (LED1). Es ist somit sinnvoll, wenn die zulässigen Querströme in den jeweiligen Halbbrücken (HB1, HB2) während des Ausschaltens der ausschaltenden Transistoren (in dem Beispiel der zweite Transistor T2 und der dritte Transistor T3) beim Übergang vom „PAn“-Zustand in den „PAus“-Zustand bis zur thermischen Zulässigkeit maximiert wird. Das bedeutet, dass der Übergang vom „PAn“-Zustand in den „PAus“-Zustand bevorzugt über einen „PQZ“-Zustand verläuft in dem kurzfristig ein Querstrom zugelassen wird, der größer ist, als der Querstrom im „PZ“-Zustand. Um die angesprochene Querstrommaximierung im „PQZ“-Zustand erreichen zu können, ist es besonders vorteilhaft, die wesentlichen Parameter des Energieverlusts in den Transistoren (T1, T2, T3, T4) erfassen zu können. Da in der Regel das Verhalten der Transistoren (T1, T2, T3, T4), insbesondere deren Einschaltwiderstand, bekannt ist, ist es sinnvoll auf Basis der Spannungsabfälle über die Transistoren (T1, T2, t3, T4), die jeweilige Energieabgabe zu berechnen. Aus dem Spannungsabfall über die erste LED (LED1) kann in der Regel der axiale Strom der H-Brücke durch die erste LED (LED1) geschätzt werden. Es kann in diesem Zusammenhang sinnvoll sein, über zwei Shunt-Widerstände (Rs1, Rs2) z.B. in den Masse-Leitungen der H-Brücke (H) (siehe 23) den Strom exakt zu messen und nicht nur aus dem Spannungsabfall über die Transistoren (T1, T2, T3, T4) zu schätzen. Da die Funktion der Transistoren (T1, T2, T3, T4) unterschiedlich ist, ist der erste Transistor (T1) der H-Brücke (H) typischerweise nicht gleich dem dritten Transistor (T3) der H-Brücke (H) ausgeführt und der der zweite Transistor (T2) der H-Brücke (H) typischerweise nicht gleich dem vierten Transistor (T4) der H-Brücke (H) ausgeführt. Die genaue Dimensionierung wird der Fachmann durch Berechnung und Simulation bei Berücksichtigung der verwendeten ersten LED (LED1) und des verwendeten Layouts der typischerweise verwendeten gedruckten Schaltung ermitteln. Die Regelung der Querströme in den beiden Zuständen „PZ“ und „PQZ“ erfolgt bevorzugt durch die Regelung der Spannung der Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) bzw. der Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) und der Regelung der Ein- und Ausschaltzeitpunkte der Transistoren (T1, T2, T3, T4). Als Ist-Größen einer solchen Regelung kann die Spannung über die erste LED (LED1), die Spannungsabfälle über die Transistoren (T1, T2, T3, T4) sowie ggf. zusätzlich erfasste Messwerte für den Strom durch die jeweiligen Halbbrücken (HB1: T1, T2; HB2: T3, T4) genutzt werden.
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Aus dem Stand der Technik (z.B.
US 4 571 506 A , Spalte 2 Zeilen 59 bis 65) ist bekannt, dass höhere Sperrspannungen an einer LED zu einer Verkürzung der Speicherzeit (τ
SP0) führen. Ebenso ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass die maximal zulässige anlegbare Sperrspannung (Englisch: peak reverse voltage) durch die Durchbruchseigenschaften der Leuchtdiode begrenzt werden. Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass die noch in der Sperrschicht befindlichen n- und p-Ladungsträger die Ausbildung hoher Feldstärken innerhalb des PN-Übergangs der ersten Leuchtdiode (LED1) zu Beginn des Ausräumvorgangs noch verhindern, solange solche beweglichen Raumladungswolken sich noch in der Sperrschicht befinden. Es kommt dann zu einem durch die dynamische Raumladung begrenzten Strom. Des Weiteren wurde erkannt, dass die Lichtleistung bereits abgenommen hat, bevor alle Ladungen aus der Sperrschicht entfernt wurden, da die Schwerpunkte der positiven Ladung der Löcher und die negative Ladung der Elektronen aufeinander zulaufen. Daher ist es in der Regel ausreichend, einen wesentlichen Teil der Raumladung zu entfernen, aber eben nicht die gesamte Raumladung. Es ist daher sinnvoll, für eine sehr kurze Einschaltzeit (τ
pp) eine große Vorwärtsspannung (U
DR) an die erste LED (LED1) in Vorwärtsrichtung anzulegen, so dass diese schnell mit Ladungsträgern geflutet wird und dann eine sehr große Sperrspannung für eine sehr kurze Ausräumzeit (τ
pn) anzulegen, die kürzer als die sich ergebende Speicherzeit (τ
sp1) ist, die sich bei dieser Sperrspannung ergeben würde. Die Ausräumzeit (τ
pn) beträgt dabei bevorzugt weniger als 95% der Speicherzeit (τ
sp1), besser weniger als 95% der Speicherzeit (τ
sp1) ), besser weniger als 90% der Speicherzeit (τ
sp1), besser weniger als 85% der Speicherzeit (τ
sp1), besser weniger als 80% der Speicherzeit (τ
sp1), besser weniger als 75% der Speicherzeit (τ
sp1). Es wird empfohlen, die Auswirkung auf die Sperrschicht und die Lebensdauer der LEDs genau zu qualifizieren und die Ausräumzeit (τ
pn) geeignet entsprechend den Ergebnissen anzupassen.
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Die in der ersten LED (LED1) verbliebene Restladung schützt die erste LED (LED1) vor einem Lawinendurchbruch, da die Ladungswolke der Restladung die Ausprägung einer großen Feldstärke innerhalb der LED verhindert. Auf der Kathodenseite wird durch das frühzeitige Abschalten der Ausschaltspannung die Ausprägung eines Kathodenfalls durch die Elektronen verhindert und auf der Anodenseite wird hierdurch die Ausprägung eines Anodenfalls durch die Löcher verhindert, da diese Ladungsträger sich zu diesem Ausschaltzeitpunkt noch in der Driftstrecke befinden.
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Anders als in der
US 4 571 506 A , die nur eine kleine Sperrspannung von 0,2Vdc (Spalte 2, Zeile 27 bis 32 der
US 4 571 506 A ) an der abzuschaltende LED vorsieht, wird hier nun eine ganz erhebliche Sperrspannung, die bevorzugt betragsmäßig im Bereich der Flussspannung liegt, an die erste LED (LED1) angelegt. In der technischen Lehre der
US 4 571 506 A wurde nicht erkannt, dass eine ausreichende Restladung nach dem beschleunigten Abschalten der LED kritisch für die Lebensdauer der zu bestromenden LED ist, da nur sie die Ausprägung hoher Feldstärken verhindert. Ein weiterer Punkt ist die Verhinderung eines thermischen Durchbruchs der LED. Es wurde erkannt, dass der Wärmeeintrag in die LED begrenzt werden muss. Daher muss die Pulswiederholfrequenz für die Erzeugung solcher Hochleistungspulse umso niedriger gewählt werden, je höher die gewählte angelegte Spannung ist. Da die Pulsleistung quadratisch mit der Spannung steigt, muss der Pulsabstand vergrößert und/oder die Pulsdauer verkleinert werden, um die mittlere eingetragene Leistung zu begrenzen. Sobald die Restladung abgebaut ist, prägt sich im inneren der LED ein starkes elektrisches Feld aus, das durch Lawineneffekte zur Zerstörung der LED führen kann. Dieser Betriebszustand muss daher unbedingt vermieden werden.
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Die Einschaltzeit (τpp) und die Ausräumzeit (τpn) können beispielsweise durch geeignete Zeitgeber, wie Laufzeitglieder etc. gesteuert werden. Sind die Speicherzeiten (τSP0, τSP1) der ersten LED (LED1) in Abhängigkeit von den Beträgen der angelegten Spannungen bekannt, so können diese Zeiten konstruktiv eingestellt werden. Bevorzugt wird dabei eine Temperaturabhängigkeit berücksichtigt. Beispielsweise können programmierbare Laufzeitglieder für die betriebszustandsabhängige Einstellung dieser Zeiten zusammen mit einem geeigneten Startsignal, das durch diese Laufzeitglieder dann angepasst wird, verwendet werden.
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Des Weiteren kann es sinnvoll sein, die Transistoren (T1, T2 /T3, T4) mit einem oder mehreren Thermoelementen zu versehen, die die Transistoren während des Betriebs überwachen. Auch deren Parameter können für die Regelung herangezogen werden.
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Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn mindestens einer der Transistoren (T1, T2/ T3, T4) mit einem Temperaturfühler, insbesondere einer PN-Diode oder einem Bipolartransistor als Temperaturfühler, thermisch zu koppeln. Handelt es sich bei den der Transistoren (T1, T2/ T3, T4) der H-Brücke (H) um MOS-Transistoren, so ist es besonders zweckmäßig, wenn sich der mindestens eine Temperaturfühler im Zentrum eines Symmetriepunkts eines solchen Transistors befindet. Beispielsweise ist es sinnvoll, einen solchen MOS-Transistor quadratisch auszuführen und eine kleine PN-Diode oder einen Bipolartransistor im geometrischen Zentrum des Transistors zu platzieren. Die Diodenspannung bzw. die Diodenspannung der Basis-Emitter-Diode ist temperaturabhängig und kann gemessen werden. Daher ist sie für die Regelung des Stromes durch die Halbbrücken (HB1, HB2) der H-Brücke als Ist-Wert-Geber nutzbar. Um den Strom regeln zu können wird mindestens ein Transistor (z.B. T2) als Stromquellentransistor genutzt.
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Figur 14
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14 zeigt wie 9 schematisch, wie ein Übergang von einem Betriebszustand in den nächsten Betriebszustand möglich ist. Nun jedoch wird davon Ausgegangen, dass beim Übergang vom „PAn“-Zustand, bei dem der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) sperrend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) leitend sind, in den „PAus“ Zustand, bei dem der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) leitend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) sperrend sind, ein anderer Querstrom als beim Übergang vom „PAus“-Zustand in den „PAn“-Zustand erwünscht ist. (Siehe auch Beschreibung der 13.)
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Zum Ersten ist bevorzugt nur ein Wechsel vom „PAus“-Zustand der H-Brücke (H) (=LED ist in Sperrrichtung elektrisch vorgespannt), bei dem der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) leitend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) sperrend sind, in den „PZ“-Zustand (= An der LED wird keine definierte Spannung angelegt und bevorzugt die Transistoren sind alle gesperrt. ), bei dem bevorzugt der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) leitend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) sperrend sind, möglich. Der umgekehrte Übergang ist nun nicht mehr erwünscht.
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Zum Zweiten ist bevorzugt nur ein Wechsel vom „PZ“-Zustand der H-Brücke (H), bei dem bevorzugt der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) sperrend sind und bevorzugt der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) sperrend sind, in den „PAn“-Zustand (=LED ist in Flussrichtung elektrisch vorgespannt), bei dem der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) sperrend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) leitend sind, möglich. Der umgekehrte Übergang ist nun nicht mehr erwünscht.
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Zum Dritten ist bevorzugt nur ein Wechsel vom „PAn“-Zustand der H-Brücke (H), bei dem der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) sperrend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) leitend sind, in den zusätzlichen „PQZ“-Zustand (= Ein gewisser Querstrom in der H-Brücke (H) wird zugelassen.), bei dem bevorzugt der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) sperren sind und bevorzugt der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) sperrend sind, möglich. Der umgekehrte Übergang ist nun nicht mehr erwünscht.
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Zum vierten ist bevorzugt nur ein Wechsel vom zusätzlichen „PQZ“-Zustand der H-Brücke (H), bei dem bevorzugt der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) sperrend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) sperrend sind, in den „PAus“-Zustand der H-Brücke (H), bei dem der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) leitend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) sperrend sind, möglich. Der umgekehrte Übergang ist nun nicht mehr erwünscht.
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Dabei beschreibt der „PZ“-Zustand wie zuvor den ersten Gesamtzustand der Vorrichtung), bei dem der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) sperrend sind und der zweite Transistor (T3) und der dritte Transistor (T3) sperrend sind. In dem ersten Gesamtzustand, dem „PZ“-Zustand, befinden sich alle Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4) bevorzugt in einem zweiten logischen Zustand. Das bedeutet, dass sich alle Transistoren (T1, T2, T3, T4) bevorzugt in ihrem zweiten Betriebszustand (gesperrt) befinden. Die LED (LED1) strahlt kein Licht aus.
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Der „PAn“-Zustand beschreibt den zweiten Gesamtzustand der Vorrichtung, wobei sich in dem zweiten Gesamtzustand der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) in einem ersten logischen Zustand befinden und sich somit der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) in dem ersten Betriebszustand (leitend) befinden. Der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) befinden sich in einem zweiten logischen Zustand und somit befinden sich der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) in dem zweiten Betriebszustand (gesperrt). Die LED (LED1) strahlt Licht aus und ist Flussrichtung elektrisch vorgespannt.
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Der „PAus“-Zustand beschreibt den dritten Gesamtzustand der Vorrichtung, wobei sich in dem dritten Gesamtzustand der zweite Steueranschluss (G2) und der dritte Steueranschluss (G3) in einem zweiten logischen Zustand befinden und sich somit der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) in dem zweiten Betriebszustand (gesperrt) befinden. Der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) befinden sich in einem ersten logischen Zustand und somit befinden sich der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) in einem ersten Betriebszustand (leitend). Die LED (LED1) strahlt kein Licht aus und ist in Sperrrichtung elektrisch vorgespannt.
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Der „PQZ“-Zustand beschreibt den vierten Gesamtzustand der Vorrichtung, wobei sich in dem vierten Gesamtzustand die Ansteuerung der Steueranschlüsse (G1, G2, G3, G4) so durchgeführt wird, das der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) vom ersten Betriebszustand (leitend) möglichst schnell in den zweiten Betriebszustand (gesperrt) übergeht und der erste Steueranschluss (G1) und der vierte Steueranschluss (G4) sich in einem ersten logischen Zustand befinden und somit sich der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) in einem ersten Betriebszustand (leitend) befinden. Dabei tritt typischerweise ein Querstrom auf, weil der zweite Transistor (T2) und der vierte Transistor (T4) beim Austritt aus dem „PQZ“-Zustand in den „PAus“-Zustand auf Grund der typischerweise kurzen Verweilzeit im „PQZ“-Zustand typischerweise noch nicht ganz ausgeschaltet ist und somit der erste Transistor (T1) bereits elektrischen Strom liefert, der dann durch den zweiten Transistor (T2) direkt aufgenommen wird. Daher ist es von besonderer Bedeutung, das zum einen die Zeit (Δt), in der sich die H-Brücke (H) in diesem „PQZ“-Zustand befindet, genau kontrolliert, bevorzugt geregelt, ist und zum anderen der auftretende Querstrom in den Halbbrücken (HB1: T1, T2; HB2: T3, T4) der H-Brücke (H) im nachfolgenden „PAus“-Zustand bevorzugt ebenfalls genau kontrolliert, und bevorzugt über den Zeitverlauf des Querstroms mittels einer Stromquellenschaltung geregelt ist. Sollen Querströme aktiv genutzt werden, so ist es denkbar einen der Querstrom behafteten Zustände der Tabelle 1 für einen definierten Zeitraum definierter zeitlicher Länge innerhalb des „PQZ“-zustands als zusätzlichen temporären Zustand einzunehmen. Bei einem solchen provozierten Querstromzustand sollte dann allerdings bevorzugt dieser Querstrom durch Stromquellentransistoren (T2, T4) begrenzt und ganz besonders bevorzugt gesteuert oder geregelt werden. Die LED (LED1) schaltet in diesem „PQZ“-Zustand aus. Die H-Brücke (H) ändert die an der erstem LED (LED1) anliegende Spannung von Flussrichtung auf Sperrrichtung in diesem „PQZ“-Zustand. Der zweite Gesamtzustand, der „PAn“-Zustand wird dabei im Lichtpulsbetrieb nicht länger als eine Einschaltzeit (τpp) eingenommen, die bevorzugt kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) ist, da die Ansteuerung gemäß der hier vor geschlagenen technischen Lehre mit einer erhöhten Betriebsspannung in diesem Lichtpulsbetrieb in Flussrichtung der Leuchtdioden erfolgt. Der dritte Gesamtzustand, der „PAus“-Zustand wird analog dazu ebenfalls nicht länger als eine Ausräumzeit (τpn) eingenommen, wobei die Ausräumzeit (τpn) kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) ist, da die Ansteuerung gemäß der hier vor geschlagenen technischen Lehre mit einer erhöhten Betriebsspannung in diesem Lichtpulsbetrieb in Sperrrichtung der Leuchtdioden erfolgt. Hierbei ist von besonderer Wichtigkeit, dass die Raumladungszone der Leuchtdioden nicht entleert werden darf. Die Einschaltzeit (τpp) muss kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) sein.
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Die
14 zeigt somit als Zustandsdiagramm die zumindest zulässigen Gesamtzustände „PQZ“, „PAn“, „PZ“ und „PAus“ der H-Brücke (H). Weitere Zustände sind denkbar (siehe Tabelle 1). Die Zustände mit Querstrom werden typischerweise, wie in der Tabelle aufgeführt blockiert. Zum Ausräumen der Ladungsträger etc. ist eine bevorzugt sehr kurzzeitige Einnahme dieser mit „blockiert“ markierten Zustände denkbar, wenn z.B. Transistoren (z.B. T2, T4) der H-Brücke als Stromquellentransistoren betrieben werden oder sonst wie die umgesetzte Leistung sinnvoll begrenzt wird. Tabelle 1: zustände der vorgeschlagenen H-Brücke (H) in der einfachsten Ausführung.
| Zustand | erste Halbbrücke | zweite Halbbrücke | Einnahmedauer im Lichtpulsbetrieb | LED1 | Zustände |
| T1 | T2 | T3 | T4 |
| 1 | aus | aus | aus | aus | beliebig | leuchtet nicht | „PZ“-Zustand |
| 2 | an | aus | aus | aus | beliebig | leuchtet nicht | tnv. |
| 3 | aus | an | aus | aus | beliebig | leuchtet nicht | tnv. |
| 4 | an | an | aus | aus | | Querstrom in der ersten Halbbrücke (HB1) | blockiert |
| 5 | aus | aus | an | aus | | leuchtet nicht | tnv. |
| 6 | an | aus | an | aus | Ausräumzeit (τpn) | leuchtet nicht, Ladungen werden aus LED1ausgeräumt | „PAus“-Zustand |
| 7 | aus | an | an | aus | Einschaltzeit (τpp) | leuchtet | „PAn“-Zustand |
| 8 | an | an | an | aus | | Querstrom in der ersten Halbbrücke (HB1) | blockiert |
| 9 | aus | aus | aus | an | beliebig | leuchtet nicht | tnv. |
| 10 | an | aus | aus | an | beliebig | leuchtet nicht, LED1 ist über positive Versorgungsspannung kurzgeschlossen | „k“-Zustand (1. Variante) |
| 11 | aus | an | aus | an | beliebig | leuchtet nicht, LED1 ist über negative Versorgungsspannung kurzgeschlossen | „k“-Zustand (2. Variante) |
| 12 | an | an | aus | an | | Querstrom in der ersten | blockiert |
| | | | | | | Halbbrücke (HB1) | |
| 13 | aus | aus | an | an | | Querstrom in der zweiten Halbbrücke (HB2) | blockiert |
| 14 | an | aus | an | an | | Querstrom in der zweiten Halbbrücke (HB2) | blockiert |
| 15 | aus | an | an | an | | Querstrom in der zweiten Halbbrücke (HB2) | blockiert |
| 16 | an | an | an | an | | Querstrom in der ersten Halbbrücke (HB1) und in der zweiten Halbbrücke (HB2) | blockiert |
| tnv. = typischerweise nicht verwendet, aber zulässig. |
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Nur durch die exakte Kontrolle des Querstroms im „PQZ“-Zustand kann vermieden werden, dass es zu einem unkontrollierten Querstrom über den ersten Transistor (T1) der H-Brücke (H) und den zweiten Transistor (T2) der H-Brücke (H) kommt, der die negative Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke mit der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger kurzschließt und damit deren Energiereserve unkontrolliert verbraucht oder die H-Brücke (H) beschädigt oder im Falle eines Spannungswandlers (SVPB) an Stelle der Ladungspumpe (LPPB) den Spannungswandler (SVPB) beschädigt.
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Durch eben diese exakte Kontrolle des Querstroms im „PQZ“-Zustand kann ebenso vermieden werden, dass es zu einem unkontrollierten Querstrom über den dritten Transistor (T3) der H-Brücke (H) und den vierten Transistor (T4) der H-Brücke (H) kommt, der die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger mit der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke kurzschließt und damit deren Energiereserve unkontrolliert verbraucht oder die H-Brücke (H) beschädigt oder im Falle eines Spannungswandlers (SVMB) an Stelle der Ladungspumpe (LPMB) den Spannungswandler (SVMB) beschädigt..
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Es ist offensichtlich, dass bei der Verwendung eines „PQZ“-Zustands die Energiereserven (C_LPPA, C_LPPB, C_LPMA, C_LPMB) der Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) kapazitätsmäßig größer gewählt werden müssen, um die Energieverluste durch den auftretenden Querstrom auszugleichen.
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Im Falle der Verwendung von Spannungswandlern (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) anstelle von Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) müssen deren Innenwiderstände geeignet gewählt werden.
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Der zweite Gesamtzustand, der „PAn“-Zustand, wird dabei im Lichtpulsbetrieb nicht länger als eine Einschaltzeit (τpp) eingenommen, die bevorzugt kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) ist, da die Ansteuerung gemäß der hier vor geschlagenen technischen Lehre mit einer erhöhten Betriebsspannung in diesem Lichtpulsbetrieb in Flussrichtung der Leuchtdioden erfolgt. Der dritte Gesamtzustand, der „PAus“-Zustand wird analog dazu ebenfalls nicht länger als eine Ausräumzeit (τpn) eingenommen, wobei die Ausräumzeit (τpn) kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) ist, da die Ansteuerung gemäß der hier vor geschlagenen technischen Lehre mit einer erhöhten Betriebsspannung in diesem Lichtpulsbetrieb in Sperrrichtung der Leuchtdioden erfolgt. Hierbei ist von besonderer Wichtigkeit, dass die Raumladungszone der Leuchtdioden nicht entleert werden darf. Die Einschaltzeit (τpp) muss kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) sein.
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Figur 15
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15 zeigt ein beispielhaftes, vorschlagsgemäßes Scheinwerfersystem (SW) schematisch vereinfacht und funktional symbolisch, wobei das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) sowohl gepulst in einem Gepulsten Betriebszustand (GPB) als auch als Leuchtmittel für quasi Dauerbeleuchtung in einem Quasidauerbetriebszustand (QDB) eingesetzt werden kann.
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Die H-Brücke (H) ist mittels des zweiten Anschlusses (2) des ersten Transistors (T1) der ersten Halbbrücke (HB1) der H-Brücke (H) mit der Anode (A) der ersten LED (LED1) verbunden. Die H-Brücke (H) ist mittels des dritten Anschlusses (3) des zweiten Transistors (T2) der ersten Halbbrücke (HB1) der H-Brücke (H) mit der Anode (A) der ersten LED (LED1) verbunden. Die H-Brücke (H) ist mittels des sechsten Anschlusses (6) des dritten Transistors (T3) der zweiten Halbbrücke (HB2) der H-Brücke (H) mit der Kathode (K) der ersten LED (LED1) verbunden. Die H-Brücke (H) ist mittels des siebten Anschlusses (7) des vierten Transistors (T4) der zweiten Halbbrücke (HB2) der H-Brücke (H) mit der Kathode (K) der ersten LED (LED1) verbunden.
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Die H-Brücke (H) wird in diesem Beispiel mit einer positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) versorgt und ist der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) verbunden. Die Versorgungsspannungsleitungen der anderen Böcke sind zur Vereinfachung wie in dieser Offenlegung ganz allgemein der Fall nicht eingezeichnet.
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Eine Steuereinrichtung (ST) erzeugt das Steuersignal für den ersten Steueranschluss (G1) des ersten Transistors (T1) der H-Brücke (H). Die Steuereinrichtung (ST) erzeugt das Steuersignal für den zweiten Steueranschluss (G2) des zweiten Transistors (T2) der H-Brücke (H). Die Steuereinrichtung (ST) erzeugt das Steuersignal für den dritten Steueranschluss (G3) des dritten Transistors (T3) der H-Brücke (H). Die Steuereinrichtung (ST) erzeugt das Steuersignal für den vierten Steueranschluss (G4) des vierten Transistors (T4) der H-Brücke (H).
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Sofern die nicht eingezeichneten Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) bzw. Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) der H-Brücke (H) einen Takt (clk3) für ihren Betrieb benötigen, wird dieser bevorzugt von einer gemeinsamen Zeitbasis (TB) als Basiszeitsignal (clk3) der H-Brücke (H) bereitgestellt. Die Zeitbasis (TB) erzeugt die Basiszeitsignale (clk1, clk2, clk3) der Vorrichtung. Dabei handelt es sich vorzugsweise um das Basiszeitsignal (clk1) (typischerweise = Basistakt) eines Rechnersystems (µC), das die gesamte Vorrichtung bevorzugt steuert, und das Basiszeitsignal (clk2) (typischerweise = Basistakt) der Steuereinrichtung (ST), zur unmittelbaren Steuerung der H-Brücke (H), und das besagte Basiszeitsignal (clk3) (typischerweise = Basistakt) der H-Brücke (H). Diese Basiszeitsignale können voneinander abhängen oder gleich sein. Die Steuereinrichtung (ST) ist bevorzugt eine gemischte analoge / digitale Schaltung. Sofern ein Zustandsdiagramm entsprechend 9 verwendet wird, kann die Steuereinrichtung auch ein rein digitaler endlicher Automat (Finite-State-Machine) sein, der rein digitale Steuersignale (G1, G2, G3, G4) für die Transistoren (T1, T2, T3, T4) der H-Brücke erzeugt. Sofern jedoch in jeder Halbbrücke (HB1: T1, T2; HB2: T3, T4) der H-Brücke (H) einer der Transistoren (z.B. T2, T4) jeder Halbbrücke (HB1, HB2) nicht nur als Schaltelement, sondern auch als Stromquellentransistor eingesetzt werden soll, muss die Steuereinrichtung (ST) die Gate-Source-Spannung dieser betreffenden, als Stromquelle eingesetzten Transistoren (z.B. T2, T4) der jeweiligen Halbbrücke (HB1, HB2) der H-Brücke (H) erfassen und im Vergleich zu einer Spannungsreferenz, z.B. der Spannung über einer Referenzstrom durchflossenen MOS-Transistor-Diode, nachregeln, sofern sie sich in einem Zustand befinden, in dem sie nicht gesperrt sind.
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Auch erzeugt die Steuereinrichtung (ST) typischerweise das richtige Zeitverhalten beim Durchlauf durch die Zustandsdiagramme z. B. der 9, 14 und 22. Des Weiteren stellt die Steuereinrichtung bevorzugt die Spannung der Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB), sofern genutzt, bzw. der Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB), sofern genutzt, ein.
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Die Steuereinrichtung (ST) wird bevorzugt von dem beispielhaften Rechnersystem (µC) gesteuert. Dieses erfasst bevorzugt alle Messparameter, die in der Vorrichtung erfasst werden und stellt, sofern notwendig, die Betriebsparameter geeignet nach. Dabei kommuniziert das Rechnersystem (µC) bevorzugt über einen internen Datenbus (IB) mit der Steuereinheit (ST). Das Rechnersystem (µC) übermittelt an das Steuersystem (ST) wesentliche Betriebsparameter, wie z.B. die Einstellung welche Art von Zustandsdiagramm verwendet werden soll oder wie lange die Steuereinrichtung (ST) die H-Brücke (H) im „PQZ“-Zustand verweilen lassen darf oder welche Querströme z.B. beim Eintritt in den „PAus“ Zustand z.B. mittels eines Stromquellentransistors (z.B. T2) eingestellt werden sollen etc. Sofern die Versorgungsspannung (VCC) einem Spannungsregler entstammt, der ggf. Teil der Vorrichtung ist, ist es sinnvoll, wenn dessen Betriebsparameter, insbesondere die Spannung (VCC) gegen das Bezugspotenzial (hier GND), auch von dem Rechnersystem (µC) kontrolliert wird. Dies gilt ggf. auch für Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) bzw. Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) zur Versorgung der H-Brücke (H). Das Rechnersystem (µC) kommuniziert über einen Datenbus (DB) mit hierarchisch höher angesiedelten, nicht in den Figuren eingezeichneten Rechnersystemen, z.B. einem Steuergerät in einem Kfz.
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Die durch die erste LED (LED1) erzeugten Lichtpulse (LP) werden über eine Optik (OP) und ggf. mittels einer Spiegeloptik (RF) aus dem Scheinwerfer (SW) in den Außenraum ausgekoppelt. Andere Abstrahlrichtungen werden typischerweise durch Blenden (BL) unterdrückt.
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Figur 16
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zeigt eine beispielhafte modifizierte H-Brücke (H) für den Einsatz in einer Vorrichtung gem. 15 und in Abwandlung der 3. Im Gegensatz zur H-Brücke der 3 kann die H-Brücke (H) der 16 und die erste LED (LED1) nun sowohl für die Abgabe optimierter Lichtpulse (LP) als auch für die optimierte Lichtabgabe für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden indem sie zwischen einer auf Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) bzw. auf Spannungswandlern (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) basierenden Energieversorgung und einer direkten Energieversorgung aus den Gesamtversorgungsspannungen (VCC, GND) mittels zusätzlicher Transistoren (T5, T6, T7, T8, T9, T10, T11, T12) umgeschaltet werden kann.
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Soll die erste LED (LED1) in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden können, in dem die erste LED (LED1) als Leuchtmittel für Beleuchtungszwecke (z.B. Fahrlicht) in einem Quasidauerbetrieb (QDB) eingesetzt wird, und im Zeitmultiplex damit in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden können, in dem die erste LED (LED1) als Messlichtquelle zur Erzeugung von Lichtpulsen (LP) in einem gepulsten Betrieb (GPB) eingesetzt wird, so ist es vorteilhaft, wenn die H-Brücke (H) mit verschiedenen Betriebsspannungsquellen betrieben werden kann, die diesen beiden Betriebsmodi jeweils zugeordnet und dafür jeweils optimiert sind.
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In dem Beispiel der 16 wird die Aufgabe am Beispiel einer H-Brücke (H) der 3 dadurch gelöst, dass zwischen den Transistoren (T1, T2, T3, T4) und ihrer jeweiligen Ladungspumpe (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) bzw. ihrem jeweiligen Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) ein analoger Multiplexer (T9, T5; T8, T12; T10, T6; T7, T11) eingefügt wird, der es ermöglicht den jeweiligen Transistor (T1, T2, T3, T4) im Quasidauerbetrieb (QDB) direkt mit der jeweiligen Gesamtversorgungsspannungen (VCC, GND) zu verbinden und im gepulsten Betrieb (GPB) mit dem Ausgang (9, 12, 13, 15) jeweiligen Ladungspumpe (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) bzw. dem jeweiligen Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) zu verbinden. Die Umschaltung erfolgt durch die Steuereinheit (ST) der H-Brücke (H).
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Im Detail wird die Aufgabe der Überhöhung der Spannung am Leuchtmittel, der ersten LED (LED1), zur besseren Flutung bzw. Räumung des Leuchtmittels, der ersten LED (LED1), mit Ladungsträgern wie folgt gelöst:
- Der erste Transistor (T1) ist mit seinem ersten Anschluss (1) nicht mit dem zehnten Anschluss (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) bzw. Spannungswandler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger verbunden, sondern mit dem sechsundzwanzigsten Anschluss (26) des fünften Transistors (T5). Dieser fünfte Transistor (T5) ist nun mit seinem sechsundzwanzigsten Anschluss (26) stattdessen mit dem zehnten Anschluss (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) bzw. Spannungswandler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger verbunden. Der fünfte Transistor (T5) ist also zwischen dem zehnten Anschluss (10) der positiven Ladungspumpe (LPPB) bzw. Spannungswandler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger und dem ersten Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) geschaltet. Der fünfte Transistor (T5) wird durch die Steuereinrichtung (ST) über den fünften Steueranschluss (G5) des fünften Transistors (T5) kontrolliert.
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Der erste Transistor (T1) ist darüber hinaus mit seinem ersten Anschluss (1) mit dem achtzehnten Anschluss (18) des neunten Transistors (T9) verbunden. Dieser neunte Transistor (T9) ist in dem Beispiel der 16 nun mit seinem siebzehnten Anschluss (17) mit der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) verbunden. Der neunte Transistor (T9) überbrückt also die positive Ladungspumpe (LPPB) bzw. Spannungswandler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, wenn er durch die Steuereinrichtung (ST) durchgeschaltet wird. Um die positive Ladungspumpe (LPPB) bzw. Spannungswandler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger nicht kurzzuschließen, muss dann der fünfte Transistor (T5) durch die Steuereinrichtung (ST) gesperrt sein, wenn der neunte Transistor (T9) elektrisch durch die Steuereinrichtung (ST) leitend geschaltet ist. Der neunte Transistor (T9) muss hingegen gesperrt sein, wenn der fünfte Transistor (T5) durch die Steuereinrichtung (ST) leitend geschaltet ist. Der fünfte Transistor (T5) und der neunte Transistor (T9) stellen somit einen ersten Analogmultiplexer dar, der von der Steuereinrichtung (ST) gesteuert wird. Der neunte Transistor (T9) wird durch die Steuereinrichtung (ST) über den neunten Steueranschluss (G9) des neunten Transistors (T9) kontrolliert.
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Der dritte Transistor (T3) ist mit seinem fünften Anschluss (5) nicht mit dem vierzehnten Anschluss (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) bzw. Spannungswandler (SVPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke verbunden, sondern mit dem dreißigsten Anschluss (30) des achten Transistors (T8). Dieser achte Transistor (T8) ist nun mit seinem neunundzwanzigsten Anschluss (29) stattdessen mit dem vierzehnten Anschluss (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) bzw. Spannungswandler (SVPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke verbunden. Der achte Transistor (T8) ist also zwischen dem vierzehnten Anschluss (14) der positiven Ladungspumpe (LPPA) bzw. Spannungswandler (SVPA)zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke und dem fünften Anschluss (5) des dritten Transistors (T3) geschaltet. Der achte Transistor (T8) wird durch die Steuereinrichtung (ST) über den achten Steueranschluss (G8) des achten Transistors (T8) kontrolliert.
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Der dritte Transistor (T3) ist darüber hinaus mit seinem fünften Anschluss (5) mit dem zweiundzwanzigsten Anschluss (22) des zwölften Transistors (T12) verbunden. Dieser zwölfte Transistor (T12) ist in dem Beispiel der 16 nun mit seinem einundzwanzigsten Anschluss (21) mit der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) verbunden. Der zwölfte Transistor (T12) überbrückt also die positive Ladungspumpe (LPPA) bzw. Spannungswandler (SVPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke, wenn er durch die Steuereinrichtung (ST) durchgeschaltet wird. Um die positive Ladungspumpe (LPPA) bzw. Spannungswandler (SVPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke nicht kurzzuschließen, muss der achte Transistor (T8) durch die Steuereinrichtung (ST) gesperrt sein, wenn der zwölfte Transistor (T12) durch die Steuereinrichtung (ST) leitend geschaltet ist. Der zwölfte Transistor (T12) muss hingegen gesperrt sein, wenn der achte Transistor (T8) durch die Steuereinrichtung (ST) leitend geschaltet ist. Der achte Transistor (T8) und der zwölfte Transistor (T12) stellen somit einen zweiten Analogmultiplexer dar, der von der Steuereinrichtung (ST) gesteuert wird. Der zwölfte Transistor (T12) wird durch die Steuereinrichtung (ST) über den zwölften Steueranschluss (G12) des zwölften Transistors (T12) kontrolliert.
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Der zweite Transistor (T2) ist mit seinem vierten Anschluss (4) nicht mit dem fünfzehnten Anschluss (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) bzw. Spannungswandler (SVMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke verbunden, sondern mit dem siebenundzwanzigsten Anschluss (27) des sechsten Transistors (T6). Dieser sechste Transistor (T6) ist nun mit seinem achtundzwanzigsten Anschluss (28) stattdessen mit dem fünfzehnten Anschluss (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) bzw. Spannungswandler (SVMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke verbunden. Der sechste Transistor (T6) ist also zwischen dem fünfzehnten Anschluss (15) der negativen Ladungspumpe (LPMA) bzw. Spannungswandler (SVMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke und dem vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) geschaltet. Der sechste Transistor (T6) wird durch die Steuereinrichtung (ST) über den sechsten Steueranschluss (G6) des sechsten Transistors (T6) kontrolliert.
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Der zweite Transistor (T2) ist darüber hinaus mit seinem vierten Anschluss (4) mit dem neunzehnten Anschluss (19) des zehnten Transistors (T10) verbunden. Dieser zehnte Transistor (T10) ist in dem Beispiel der 16 nun mit seinem zwanzigsten Anschluss (20) mit der negativen Versorgungsspannung (GND) verbunden. Der zehnte Transistor (T10) überbrückt also die negative Ladungspumpe (LPMA) bzw. Spannungswandler (SVMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke, wenn er durch die Steuereinrichtung (ST) durchgeschaltet wird. Um die negative Ladungspumpe (LPMA) bzw. Spannungswandler (SVMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke nicht kurzzuschließen, muss der sechste Transistor (T6) durch die Steuereinrichtung (ST) gesperrt sein, wenn der zehnte Transistor (T10) durch die Steuereinrichtung (ST) leitend geschaltet ist. Der zehnte Transistor (T10) muss hingegen gesperrt sein, wenn der sechste Transistor (T6) durch die Steuereinrichtung (ST) leitend geschaltet ist. Der sechste Transistor (T6) und der zehnte Transistor (T10) stellen somit einen dritten Analogmultiplexer dar, der von der Steuereinrichtung (ST) gesteuert wird. Der zehnte Transistor (T10) wird durch die Steuereinrichtung (ST) über den zehnten Steueranschluss (G10) des zehnten Transistors (T10) kontrolliert.
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Der vierte Transistor (T4) ist mit seinem achten Anschluss (8) nicht mit dem zwölften Anschluss (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) bzw. Spannungswandler (SVMB)zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger verbunden, sondern mit dem einunddreißigsten Anschluss (31) des siebten Transistors (T7). Dieser siebte Transistor (T7) ist nun mit seinem zweiunddreißigsten Anschluss (32) stattdessen mit dem zwölften Anschluss (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) bzw. Spannungswandler (SVMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger verbunden. Der siebte Transistor (T7) ist also zwischen dem zwölften Anschluss (12) der negativen Ladungspumpe (LPMB) bzw. Spannungswandler (SVMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger und dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) geschaltet. Der siebte Transistor (T7) wird durch die Steuereinrichtung (ST) über den siebten Steueranschluss (G7) des siebten Transistors (T7) kontrolliert.
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Der vierte Transistor (T4) ist darüber hinaus mit seinem achten Anschluss (8) mit dem dreiundzwanzigsten Anschluss (23) des elften Transistors (T11) verbunden. Dieser elfte Transistor (T11) ist in dem Beispiel der 16 nun mit seinem vierundzwanzigsten Anschluss (24) mit der negativen Versorgungsspannung (GND) verbunden. Der elfte Transistor (T11) überbrückt also die negative Ladungspumpe (LPMB) bzw. Spannungswandler (SVMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, wenn er durch die Steuereinrichtung (ST) durchgeschaltet wird. Um die negative Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger nicht kurzzuschließen, muss dann der siebte Transistor (T7) durch die Steuereinrichtung (ST) gesperrt sein, wenn der elfte Transistor (T11) elektrisch durch die Steuereinrichtung (ST) leitend geschaltet ist. Der elfte Transistor (T11) muss hingegen gesperrt sein, wenn der siebte Transistor (T7) durch die Steuereinrichtung (ST) leitend geschaltet ist. Der siebte Transistor (T7) und der elfte Transistor (T11) stellen somit einen vierten Analogmultiplexer dar, der von der Steuereinrichtung (ST) gesteuert wird. Der elfte Transistor (T11) wird durch die Steuereinrichtung (ST) über den elften Steueranschluss (G11) des elften Transistors (T11) kontrolliert.
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Figur 17
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17 entspricht der 16 mit dem Unterschied, dass die Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMA, LPMB) bzw. Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) aus einer fünften Versorgungsspannungsquelle (VCC5) versorgt werden und für den Betrieb als Leuchtmittel einer Beleuchtungseinrichtung die Versorgung direkt aus einer sechsten Versorgungsspannungsquelle (VCC6) und Masse (GND) erfolgt. Dabei ist bevorzugt die sechste Versorgungsspannungsquelle (VCC6) der Ausgang eines sechsten Spannungsreglers (SR6) für die Bereitstellung der sechsten Versorgungsspannung (VCC6). Die fünfte Versorgungsspannungsquelle (VCC5) ist bevorzugt der Ausgang eines fünften Spanungsreglers (SR5) für die Bereitstellung der fünften Versorgungsspannung (VCC6). Bevorzugt wird die Versorgung der ersten Leuchtdiode (LED1) im Quasidauerbetrieb (QDB) bei der Verwendung der ersten LED (LED1) als Leuchtmittel für Beleuchtungszwecke aus der sechsten positiven Versorgungsspannung (VCC6) und der sechsten negativen Versorgungsspannung (GND6) durchgeführt. Bei der Verwendung im gepulsten Betrieb (GPB) erfolgt die Versorgung der ersten LED(LED1) bevorzugt aus der fünften Versorgungsspannungsquelle (VCC5) und der fünften negativen Versorgungsspannungsquelle (GND5). Beispielsweise kann die Ausgangsspannung des sechsten Spannungsreglers (SR6) an dessen Ausgängen (VCC6, GND6) in der Größe der Flussspannung der ersten LED (LED1) liegen.
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Der sechste Spannungsregler (SR6) soll hier beispielhaft die sechste positive Versorgungsspannung (VCC6) und die sechste negative Versorgungsspannung (GND6) bereitstellen.
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Der fünfte Spannungsregler (SR5) soll hier beispielhaft die fünfte positive Versorgungsspannung (VCC5) und die sechste negative Versorgungsspannung (GND5) bereitstellen.
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Die Ausgangsspannung des fünften Spannungsreglers (SR5) soll an dessen Ausgängen (VCC5, GND5) bevorzugt in der Nähe der Bornetzspannung (z.B. 12V) eines Kraftfahrzeugs (Kfz) liegen.
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Figur 18
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zeigt eine beispielhafte modifizierte H-Brücke (H) für den Einsatz in einer Vorrichtung gem. 15 und in Abwandlung der 3. Im Gegensatz zur H-Brücke der 3 kann die H-Brücke (H) der 18 und die erste LED (LED1) nun sowohl für die Abgabe optimierter Lichtpulse (LP) im gepulsten Betrieb (GPB) als auch für die optimierte Lichtabgabe für Beleuchtungszwecke im Quasidauerbetrieb (QDB) eingesetzt werden, indem sie nun mittels eines ersten Analog-Multiplexers (T9, T5) und zweiten Analog-Multiplexers (T8, T12) zwischen
- a. der direkten Energieversorgung aus einer dritten positiven Versorgungsspannungsquelle (VCC3) und einer vierten positiven Versorgungsspannungsquelle (VCC4) für den Betrieb der ersten LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung im Quasidauerbetrieb (QDB) einerseits und
- b. der direkten Energieversorgung aus einer ersten positiven Versorgungsspannungsquelle (VCC1) und einer zweiten positiven Versorgungsspannungsquelle (VCC2) für den gepulsten Betrieb (GPB) als gepulste LED (LED1) andererseits
umgeschaltet werden kann. In dieser Konfiguration des Vorschlags sind also keine Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) oder Spannungsregler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) neben dem ersten Spannungsregler (SR1) und dem zweiten Spannungsregler (SR2) bevorzugt vorgesehen.
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Dabei ist bevorzugt die erste Versorgungsspannung (VCC1) der Ausgang eines ersten Spannungsreglers (SR1).
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Die zweite Versorgungsspannung (VCC2) ist wieder bevorzugt der Ausgang eines zweiten Spanungsreglers (SR2).
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Die dritte Versorgungsspannung (VCC3) ist wieder bevorzugt der Ausgang eines dritten Spanungsreglers (SR3).
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Die vierte Versorgungsspannung (VCC4) ist wieder bevorzugt der Ausgang eines vierten Spanungsreglers (SR4).
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Als negative Versorgungsspannung wird in dem Beispiel der 18 die negative Gesamtversorgungsspannung (GND) verwendet.
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Bevorzugt wird die Versorgung der ersten Leuchtdiode (LED1) im Quasidauerbetrieb (QDB) bei der Verwendung der ersten LED (LED1) als Leuchtmittel für Beleuchtungszwecke aus der dritten und vierten Versorgungsspannung (VCC3, VCC4) durchgeführt. Bei der Verwendung im gepulsten Betrieb (GPB) erfolgt die Versorgung der ersten LED(LED1) bevorzugt aus der ersten und zweiten Versorgungsspannung (VCC11, VCC2). Beispielsweise kann die Ausgangsspannung der ersten und zweiten Spannungsregler (SR1, SR2) an deren Ausgängen, die ersten und zweite Versorgungsspannung (VCC1, VCC2), in der Größe der Flussspannung der ersten LED (LED1) liegen, während die Ausgangsspannung des dritten und vierten Spannungsreglers (SR3, SR4) an dessen Ausgängen, die dritte und vierte Versorgungsspannungsquelle (VCC3, VCc4), jeweils bevorzugt in der Nähe der Board-Netzspannung (z.B. 12V) eines Kraftfahrzeugs (Kfz) liegt. Man beachte, dass in den negativen Zweigen der Halbbrücke keine Analogmultiplexer mehr vorgesehen sind, da eine Überhöhung des Betrags der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) hier nicht vorgesehen ist.
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Ganz besonders bevorzugt liefert die Steuereinrichtung (ST) als Spannung am zweiten Steueranschluss (G2) des zweiten Transistors (G2) nun eine Referenzspannung, wenn dieser eingeschaltet werden soll, sodass der zweite Transistor (T2) im eingeschalteten Zustand als Transistorstromquelle arbeitet. Dies ist ganz besonders dann vorteilhaft, wenn dies bei einem Betrieb der ersten LED (LED1) im Quasidauerbetrieb (QDB) als Leuchtmittel zu Beleuchtungszwecken geschieht. Hierdurch wird die Energiemenge, die dauerhaft in der ersten LED (LED1) umgesetzt wird kontrolliert. Der vierte und dritte Spannungsregler (SR3, SR4), die die dritte und vierte Versorgungsspannung (VCC3, VCC4) erzeugen, können dann als Schaltregler ausgeführt werden, während die Regelverluste im zweiten Transistor (T2) in diesem Quasidauerbetrieb minimiert werden und sich somit der zweite Transistor (T2) nur wenig erwärmt. Es wurde also bei der Ausarbeitung des Vorschlags erkannt, dass es vorteilhaft ist, die positive Versorgungsspannung (VCC3, VCC4) für die Versorgung der ersten LED (LED1) im Quasidauerbetrieb (QDB) in jeweils einem Schaltregler als Spannungsregler (SR3, SR4) zu erzeugen und gleichzeitig den Strom im Quasidauerbetrieb (QDB) durch den zweiten Transistor (T2) als Stromquellentransistor zu regeln.
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In dem Beispiel der 18 wird auch der gepulste Strom für den gepulsten Betrieb (GPB) geregelt. Die Steuereinrichtung (ST) liefert hierzu auch beim Ausschalten der ersten LED (LED1) als Spannung am vierten Steueranschluss (G4) des vierten Transistors (G4) nun eine Referenzspannung, wenn dieser zum schnelleren Ausschalten der ersten LED (LED1) eingeschaltet werden soll, sodass der vierte Transistor (T4) im eingeschalteten Zustand ebenfalls als Stromquelle arbeitet. Dies verhindert zuverlässig eine Überlastung der ersten LED (LED1), wenn z.B. die zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) aus welchen Gründen auch immer eine Spannungsspitze im Regelbereich des vierten Transistors (T4) aufweist.
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Figur 19
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19 zeigt die einfachste Variante mit einer Versorgung aus einer gemeinsamen Spannungsquelle mit einer Grundversorgungsspannung (VCC), bei der es sich beispielsweise um die Spannungsversorgung aus dem Board-Netz eines Kraftfahrzeugs handeln kann. Ein dritter Spannungsregler (SR3) erzeugt aus der Grundversorgungsspannung (VCC) eine dritte Versorgungsspannung (VCC3). Ein zweiter Spannungsregler (SR2) erzeugt aus der Grundversorgungsspannung (VCC) eine zweite Versorgungsspannung (VCC2). Der bereits oben beschriebene zweite Analogmultiplexer aus dem achten Transistor (T8) und dem zwölften Transistor (T12) schaltet zwischen der dritten Versorgungsspannung (VCC3) und der zweiten Versorgungsspannung (VCC2) in Abhängigkeit von den beiden Steuersignalen (G13, G12) um. Diese beiden Steuersignale werden durch die Steuereinheit (ST) zusammen mit den Steuersignalen (G1, G2, G3, G4) für die H-Brückensteuerung der H-Brücke (H) erzeugt.
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Die dritte Versorgungsspannung (VCC3) ist dabei für den Quasidauerbetrieb (QDB) vorgesehen, bei dem die erste LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung, beispielsweise eines Fahrzeugscheinwerfers(SW), verwendet wird. Die dritte Versorgungsspannung (VCC3) wird in dem Beispiel der 19 über den eingeschalteten zwölften Transistor (T12) und den eingeschalteten dritten Transistor (T3) in diesem Quasidauerbetrieb (QDB) zugeführt. Über den eingeschalteten zweiten Transistor (T2) wird in diesem Quasidauerbetrieb (QDB) der LED-Strom abgeführt. Ggf. kann wieder der zweite Transistor (T2) durch die Steuereinheit mittels einer Referenzspannung auf der Steuerleitung (G2) des zweiten Transistors (T2) wieder als Stromquelle durch die Steuereinrichtung (ST) betrieben werden. In diesem Zustand sind der achte Transistor (T8) und der erste Transistor (T1) sowie der vierte Transistor (T4) gesperrt.
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Die zweite Versorgungsspannung (VCC2) ist für den gepulsten Betrieb (GPB) vorgesehen. Der Betrag des Spannungswerts der zweiten Versorgungsspannung (VCC2) liegt bevorzugt über dem Betrag des Spannungswerts der dritten Versorgungsspannung (VCC3).
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Soll in dem gepulsten Betrieb (GPB) die erste LED (LED1) schnell eingeschaltet werden, so werden der achte Transistor (T8) und der dritte Transistor (T3) und der zweite Transistor (T2) geöffnet. Der zweite Transistor (T2) kann in diesem Einschaltvorgang ggf. wieder als Stromquelle betrieben werden. Der zwölfte Transistor (T12), der vierte Transistor (T4) und der erste Transistor (T1) sind in diesem Betriebszustand der H-Brücke ausgeschaltet.
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Soll in einem gepulsten Betrieb (GPB) die erste LED (LED1) schnell wiederausgeschaltet werden, so werden der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) geöffnet. Der vierte Transistor (T4) kann in diesem Ausschaltvorgang ggf. wieder als Stromquelle betrieben werden, um einer Überlastung der ersten LED (LED1) zu vermeiden. Der zwölfte Transistor (T12), der achte Transistor (T8), der dritte Transistor (T3) und der zweite Transistor (T2) sind in diesem Betriebszustand der H-Brücke (H) ausgeschaltet oder schalten gerade ab.
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Figur 20
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20 entspricht der 19 mit dem Unterschied, dass der achte Transistor (T8) entfallen ist. Der Analogmultiplexer zum Umschalten der Versorgungsspannung zwischen der dritten Versorgungsspannung (VCC2) und der zweiten Versorgungsspannung (VCC2) ist somit nicht mehr wie in 19 auf die H-Brücke (H) aufgesetzt, sondern durch Parallelanordnung des zwölften Transistors (T12) zum dritten Transistor (T3) Teil der H-Brücke (H) geworden. Der Analogmultiplexer besteht in diesem Beispiel aus dem dritten Transistor (T3) und dem zwölften Transistor (T12).
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Die dritte Versorgungsspannung (VCC3) ist wieder für den Quasidauerbetrieb (QDB) vorgesehen, bei dem die erste LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung, beispielsweise eines Fahrzeugscheinwerfers (SW), verwendet wird. Die dritte Versorgungsspannung (VCC3) wird in dem Beispiel der 19 über den eingeschalteten zwölften Transistor (T12) in diesem Quasidauerbetrieb (QDB) zugeführt. Über den eingeschalteten zweiten Transistor (T2) wird in diesem Quasidauerbetrieb (QDB) der LED-Strom abgeführt. Ggf. kann wieder der zweite Transistor (T2) durch die Steuereinheit mittels einer Referenzspannung auf der Steuerleitung (G2) des zweiten Transistors (T2) wieder als Stromquelle durch die Steuereinrichtung (ST) betrieben werden. In diesem Zustand sind der dritte Transistor (T3) und der erste Transistor (T1) sowie der vierte Transistor (T4) gesperrt.
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Die zweite Versorgungsspannung (VCC2) ist wieder für den gepulsten Betrieb (GPB) vorgesehen. Der Betrag des Spannungswerts der zweiten Versorgungsspannung (VCC2) liegt bevorzugt über dem Betrag des Spannungswerts der dritten Versorgungsspannung (VCC3).
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Soll in dem gepulsten Betrieb (GPB) die erste LED (LED1) schnell eingeschaltet werden, so wird der dritte Transistor (T3) und der zweite Transistor (T2) geöffnet. Der zweite Transistor (T2) kann in diesem Einschaltvorgang ggf. wieder als Stromquelle betrieben werden. Der zwölfte Transistor (T12), der vierte Transistor (T4) und der erste Transistor (T1) sind in diesem Betriebszustand der H-Brücke (H) ausgeschaltet.
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Soll in einem gepulsten Betrieb (GPB) die erste LED (LED1) schnell wiederausgeschaltet werden, so werden der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) geöffnet. Der vierte Transistor (T4) kann in diesem Ausschaltvorgang ggf. wieder als Stromquelle betrieben werden, um einer Überlastung der ersten LED (LED1) zu vermeiden. Der zwölfte Transistor (T12), der dritte Transistor (T3) und der zweite Transistor (T2) sind in diesem Betriebszustand der H-Brücke ausgeschaltet oder schalten gerade ab.
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Figur 21
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21 zeigt eine besonders einfache Variante der vorgeschlagenen Vorrichtung. Das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) wird mittels einer H-Brücke (H) aus einer ersten Halbbrücke (HB1: T1, T2) und einer zweiten Halbbrücke (HB2: T3, T4) mit elektrischer Energie versorgt. Das Leuchtmittel, die erste LED (LED1), ist mit einem ersten Anschluss, der Kathode (K) der ersten LED (LED1), mit dem Ausgang der ersten Halbbrücke (HB1: T1, T2) verbunden. Das Leuchtmittel, die erste LED (LED1), ist mit einem zweiten Anschluss, der Anode (A) der ersten LED (LED1), mit dem Ausgang der zweiten Halbbrücke (HB2: T3, T4) verbunden. Die erste Halbbrücke (HB1: T1, T2) und die zweite Halbbrücke (HB2: T3, T4) werden mit einer gemeinsamen positiven Versorgungsspannung, der ersten positiven Versorgungsspannung (VCC1), und mit einer einzigen gemeinsamen negativen Versorgungsspannung, dem Bezugspotenzial (GND), mit elektrischer Energie versorgt, die an das Leuchtmittel, die erste LED (LED1) weitergegeben werden kann. Ein beispielhafter erster Spannungsregler (SR1) erzeugt die erste positive Versorgungsspannung (VCC1) aus der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC). Hierbei kann es sich auch um einen Linearregler handeln. Bevorzugt ist die erste positive Versorgungsspannung (VCC1) als Ausgangsspannung des Spannungsreglers (SR1) in diesem Beispiel davon abhängig, ob sich der Zustand des Gesamtsystems im Quasidauerbetrieb (QDB) zu Beleuchtungszwecken befindet oder im gepulsten Betrieb (GPB) zur Abgabe von Lichtpulsen für Messzwecke oder für die Datenübertragung.
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Figur 22
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Das Zustandsdiagramm der 22 entspricht dem Zustandsdiagramm der 9, wobei das Zustandsdiagramm aber nun für den Betrieb der beispielhaften modifizierten H-Brücke (H) der 16 bis 21 abgewandelt wurde.
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Das Zustandsdiagramm wird im beispielhaften Zusammenhang mit der 20 und 21, als mögliche Formen der vorgeschlagenen H-Brücke (H) beschrieben.
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Die Schaltzustände der Transistoren (T1, T2, T3, T4, T12) werden durch die Steuereinrichtung (ST) kontrolliert und gesteuert. Ggf. verfügt die Gesamtvorrichtung über Messmittel (HCV, HCI1, HCI2, HCI3, HCI4, HCI12), um auf den Schaltzustand der Transistoren (T1, T2, T3, T4, T12) schließen zu können. Diese Messmittel leiten ihre Messergebnisse entweder dem besagten Rechnersystem (µC) zu, das die Steuereinrichtung (ST) steuert, wo die Messergebnisse ausgewertet werden und/oder leiten die Messergebnisse der Steuereinrichtung (ST) direkt zu, deren Ausgangssignale dann von diesen Messergebnissen dann zumindest teilweise abhängen. Die Gesamtvorrichtung kann über Messmittel zur Erfassung der Teilströme in den Halbbrücken (HB1, HB2) der H-Brücke (H) verfügen.
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Insbesondere kann sie über ein erstes Messmittel (Rs1) in der ersten Halbbrücke (HB1: T1, T2) verfügen, das den elektrischen Strom durch einen Teil der ersten Halbbrücke (HB1: T1, T2) erfasst und in eine elektrische Spannung wandelt, welche dann durch ein nicht in den Figuren eingezeichnetes Messgerät in einen Messwert für diesen elektrischen Strom wandelt, der dann der Recheneinheit (µC) oder der Steuereinheit (ST) für die Steuerung der H-Brücke oder der Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) oder der Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) oder der Spannungsregler (SR1, RS2) oder der Steuereinheit (ST) zur Verfügung gestellt wird.
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Insbesondere kann sie über ein zweites Messmittel (Rs2) in der zweiten Halbbrücke (HB2: T3, T4) verfügen, das den elektrischen Strom durch einen Teil der zweiten Halbbrücke (HB2: T3, T4) erfasst und in eine elektrische Spannung wandelt, welche dann durch ein nicht in den Figuren eingezeichnetes Messgerät in einen Messwert für diesen elektrischen Strom wandelt, der dann der Recheneinheit (µC) oder der Steuereinheit (ST) für die Steuerung der H-Brücke oder der Ladungspumpen (LPPA, LPPB, LPMA, LPMB) oder der Spannungswandler (SVPA, SVPB, SVMA, SVMB) oder der Spannungsregler (SR1, RS2) oder der Steuereinheit (ST) zur Verfügung gestellt wird.
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Die H-Brücke (H) kann vorzugsweise in einem ersten Zwischenzustand (Z) betrieben werden. In diesem Zwischenzustand ist der erste Transistor (T1) ausgeschaltet, der zweite Transistor (T2) ausgeschaltet, der dritte Transistor (T3) ausgeschaltet, der vierte Transistor (T4) ausgeschaltet und der zwölfte Transistor (T12) ausgeschaltet. Der Zwischenzustand (Z) ist für den Quasidauerbetrieb (QDB) vorgesehen, wenn die erste LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung, z.B. eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs (Kfz), für Beleuchtungszwecke verwendet wird.
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Die H-Brücke (H) kann vorzugsweise in einem Zwischenzustand (PZ) des gepulsten Betriebs (GPB) betrieben werden. Auch in diesem Zwischenzustand (PZ) des gepulsten Betriebs (GPB) ist der erste Transistor (T1) ausgeschaltet, der zweite Transistor (T2) ausgeschaltet, der dritte Transistor (T3) ausgeschaltet, der vierte Transistor (T4) ausgeschaltet und der zwölfte Transistor (T12) ausgeschaltet. Der Zwischenzustand (PZ) des gepulsten Betriebs (GPB) ist jedoch für den gepulsten Betrieb (GPB) vorgesehen, wenn die erste LED (LED1) als Messmittel einer Sensorvorrichtung, z.B. einer Abstandsmessvorrichtung eines Kfz, z.B. für Abstandsmesszwecke verwendet wird. Die Unterscheidung zwischen dem ersten Zwischenzustand (Z) und dem diesem Zwischenzustand (PZ) des gepulsten Betriebs (GPB) ist dann wichtig, wenn nur eine H-Brücke mit vier Transistoren (T1, T2, T3, T4) gem. 1 und nur ein Spannungsregler verwendet werden sollen (siehe 21). In dem Fall muss die Spannung am fünften Anschluss (5) des dritten Transistors (T3) und am ersten Anschluss (1) des ersten Transistors (T1) nach dem Wechsel in eine beliebige Richtung zwischen gepulstem Betrieb (GPB) und Quasidauerbetrieb (QDB) im Beispiel der 20 erst von dem Spannungswert einer ersten Versorgungsspannung (VCC1) auf den Spannungswert einer dritten Versorgungsspannung (VCC3) umgeladen werden. Dies erfordert typischerweise etwas Zeit, da der Spannungsregler (SR2) erst die neue Versorgungsspannung einregeln muss. Von daher ist es besser, mit zwei Spannungsreglern, einem ersten Spannungsregler (SR1) und einem dritten Spannungsregler (SR3) zu arbeiten, die die erste Versorgungsspannung (VCC1) und die dritte Versorgungsspannung (VCC3) liefern und dann mittels eines Analog-Multiplexers (T3, T12), der bevorzugt ein Teil der H-Brücke (H) ist, zwischen diesen Versorgungsspannungen (VCC1, VCC3) umzuschalten.
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Der zweite Gesamtzustand, der „PAn“-Zustand wird dabei im Lichtpulsbetrieb nicht länger als eine Einschaltzeit (τpp) eingenommen, die bevorzugt kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) ist, da die Ansteuerung gemäß der hier vor geschlagenen technischen Lehre mit einer erhöhten Betriebsspannung in diesem Lichtpulsbetrieb in Flussrichtung der Leuchtdioden erfolgt. Der dritte Gesamtzustand, der „PAus“-Zustand wird analog dazu ebenfalls nicht länger als eine Ausräumzeit (τpn) eingenommen, wobei die Ausräumzeit (τpn) kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) ist, da die Ansteuerung gemäß der hier vor geschlagenen technischen Lehre mit einer erhöhten Betriebsspannung in diesem Lichtpulsbetrieb in Sperrrichtung der Leuchtdioden erfolgt. Hierbei ist von besonderer Wichtigkeit, dass die Raumladungszone der Leuchtdioden nicht entleert werden darf. Die Einschaltzeit (τpp) muss kleiner als die Ladungsträgerlebensdauer (τ) sein.
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Im Quasidauerbetrieb (QDB) kann die H-Brücke (H) vom Zwischenzustand (Z) in den „BAn“-Zustand (BAn) und zurück wechseln. Dieser Wechsel wird durch die Steuervorrichtung (ST) gesteuert. In diesem „BAn“-Zustand (BAn) wird die erste LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung mehr oder weniger dauerhaft bestromt. Der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) und der dritte Transistor (T3) sind ausgeschaltet. Der zwölfte Transistor (T12) verbindet die erste LED (LED1) mit der ersten Spannungsquelle (SR1) und damit mit der ersten Versorgungsspannung. Die erste Spannungsquelle (SR1) ist daher für den dauerhaften Betrieb ausgelegt. Ihre Zeitkonstanten können länger sein, während sie in der Lage sein muss, auch längerer Zeit der anfallenden Verlustleistung zu widerstehen. Der zweite Transistor (T2) ist ebenfalls eingeschaltet. Bevorzugt arbeitet er jedoch als Stromquelle. In dem Fall ist er in der Lage, die Energieaufnahme durch die erste LED zu kontrollieren, da er dann den Strom durch die erste LED (LED1) regeln kann. Es wurde bei der Ausarbeitung des Vorschlags also erkannt, dass es von besonderem Vorteil ist, wen die vorgeschlagene H-Brücke eine Stromquelle oder einen Stromquellentransistor (T2) umfasst.
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Im Quasidauerbetrieb (QBD) kann die H-Brücke (H) vom Zwischenzustand (Z) in den optionalen Zustand „K“ und zurück wechseln. Im Quasidauerbetrieb (QBD) kann die H-Brücke (H) vom „PAus“-Zustand (PAus) in den optionalen „k“-Zustand (k) und zurück wechseln. Im gepulsten Betrieb (GPB) kann die H-Brücke (H) vom „PAus“-Zustand (Paus) ebenfalls in den optionalen „k“-Zustand (k) wechseln. Im gepulsten Betrieb (GPB) kann die H-Brücke (H) vom Zwischenzustand für den gepulsten Betrieb (PZ) ebenfalls in den optionalen „k“-Zustand (k) und zurück wechseln. Diese Wechsel werden durch die Steuervorrichtung (ST) gesteuert. In diesem Zustand (K) wird die erste LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung mehr oder weniger dauerhaft entladen. Der „k“-Zustand (k) ist insofern optional, da auch im Zwischenzustand (Z) bereits kein Strom durch die erste LED (LED1) fließt. Der „k“-Zustand (k) kann auf zwei verschiedene Arten realisiert werden. Grundprinzip ist, dass der Spannungsabfall über die erste LED (LED1) auf null gebracht wird. Dies erfordert ein Kurzschließen der ersten LED (LED1). Dies geschieht im Beispiel der 20 vorzugsweise über eine der Versorgungsspannungen, entweder die zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) oder die negative Versorgungsspannung (GND).
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Im ersten Fall sind im Beispiel der 20 sind der erste Transistor (T1) und der dritte Transistor (T3) elektrisch leitend durchgeschaltet. Der vierte Transistor (T4) und der zweite Transistor (T3) und der zwölfte Transistor(T12) sperren und leiten daher den elektrischen Strom nicht. In diesem Fall erfolgt der Kurzschluss der ersten LED (LED1) also über die zweite positive Versorgungsspannung (VCC2).
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Im zweiten Fall sind im Beispiel der 20 sind der zweite Transistor (T2) und der vierte Transistor (T4) elektrisch leitend durchgeschaltet. Der erste Transistor (T1) und der dritte Transistor (T3) und der zwölfte Transistor (T12) sperren und leiten daher den elektrischen Strom nicht. In diesem Fall erfolgt der Kurzschluss der ersten LED (LED1) also über die negative Versorgungsspannung (GND).
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Im Quasidauerbetrieb (QDB) kann die H-Brücke (H) vom Zwischenzustand (Z) in den optionalen „BAus“-Zustand (BAus) und zurück wechseln. Dieser Wechsel wird durch die Steuervorrichtung (ST) gesteuert. In diesem „Baus“-Zustand (BAus) wird die erste LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung mehr oder weniger dauerhaft in Sperrrichtung betrieben. Der „BAus“-Zustand (BAus) ist insofern optional, da auch im Zwischenzustand (Z) bereits kein Strom durch die erste LED (LED1) fließt und diese daher nicht dauerhaft leuchten kann. Der Zustand „PAus“ wird dadurch realisiert, die erste LED (LED1) in Sperrrichtung betrieben wird. Hierzu sind im „PAus“-Zustand bezogen auf die 20 der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) leitend geschaltet. Der zwölfte Transistor (T12) und der dritte Transistor (T3) und der zweite Transistor (T2) sind beispielhaft bezogen auf die 20 ausgeschaltet.
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Der „PZ“-Zustand und der Zwischenzustand (Z) bilden mehr oder weniger eine Einheit, die als gestrichelte Blase angedeutet ist.
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Es ist optional auch ein Übergang vom „BAus“-Zustand in den „PZ“-Zustand optional möglich. Direkte Übergänge vom „k“-Zustand in den „BAn“. Zustand oder zurück sind bevorzugt nicht erlaubt, um Querströme an dieser Stelle auszuschließen. Direkte Übergänge vom „BAus“-Zustand in den „BAn“-Zustand oder zurück sind bevorzugt ebenfalls nicht erlaubt, um Querströme an dieser Stelle auszuschließen.
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Im Quasidauerbetrieb (QDB) kann die H-Brücke (H) vom Zwischenzustand (Z) in den Zwischenzustand (PZ) für den gepulsten Betrieb (GPB) und damit in den gepulsten Betrieb (GPB) und zurück wechseln. Dieser Wechsel vom gepulsten Betrieb (GPB) in den Quasidauerbetrieb (QDB) und zurück ist im Beispiel der 21 mit einer Umladung der Knoten auf die neue Betriebsspannung verbunden.
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Im gepulsten Betrieb (GPB) kann die H-Brücke ihren Zustand vom Zwischenzustand (PZ) für den gepulsten Betrieb (GPB) in den Zustand „PAn“ wechseln. In diesem Zustand (PAn) soll die erste LED (LED1) möglichst schnell eingeschaltet werden. Hierzu wird die erste LED (LED1) in diesem Zustand möglichst schnell mit einer möglichst hohen Betriebsspannung verbunden, um die PN-Übergänge der ersten LED (LED1) möglichst schnell mit Ladungsträgern zu fluten. Im Beispiel der 20 bedeutet dies, dass von den zuvor allesamt ausgeschalteten Transistoren (T1, T2, T3, T4, T12) nun der dritte Transistor (T3) und der zweite Transistor (T2) eingeschaltet werden. Der Wechsel vom Zustand „PAn“ in den Zwischenzustand (PZ) für den gepulsten Betrieb (GPB) ist zwar theoretisch möglich, bevorzugt jedoch nicht vorgesehen. Vielmehr wechselt die H-Brücke bevorzugt in einen Zwischenzustand (PQZ) mit einer Maximierung des Querstroms, um die Ladungsträger schnellstmöglich aus der H-Brücke und der ersten LED (LED1) wieder zu entfernen. Hier sollen die erste LED (LED1) und die ausschaltenden Transistoren (In dem Beispiel der 20 der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3)) möglichst schnell von Ladungsträgern geräumt werden. Da die ausschaltenden Transistoren (In dem Beispiel der 20 der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3)) beim Übergang vom Zustand „PAn“ in den Zustand „QPZ“ einige Zeit zum Ausschalten benötigen, ist es sinnvoll, einen Querstrom durch die H-Brücke fließen zu lassen der diese Ladungsträger entfernt. Hierdurch werden zwei Effekte erzielt:
- Zum Ersten werden die ausschaltenden Transistoren (in dem Beispiel der zweite Transistor T2) schneller durch den einschaltenden Transistor (In dem Beispiel der 20 der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3)) schnell entladen. In dem Beispiel der 20 nimmt der erste Transistor (T1) dadurch auch einen Großteil des Stromes auf, den der ausschaltende zweite Transistor (T2) sonst noch in die erste LED (LED1) liefern würde. In dem Beispiel der 20 nimmt der vierte Transistor (T4) dadurch auch einen Großteil des Stromes auf, den der ausschaltende dritte Transistor (T3) sonst noch in die erste LED (LED1) liefern würde.
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Zum Zweiten führt dies zu einer schnelleren Umpolung und damit Entladung der ersten LED (LED1). Es ist somit sinnvoll, wenn der zulässige Querstrom während des Ausschaltens der ausschaltenden Transistoren (in dem Beispiel der 20 der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3)) beim Übergang vom „PAn“-Zustand in den „PAus“-Zustand über den hier beschriebenen „QPZ“-Zwischenzustand bis zur thermischen Zulässigkeit maximiert wird. Das bedeutet, dass der Übergang vom „PAn“-Zustand in den „PAus“-Zustand bevorzugt über den hier beschrieben „PQZ“-Zustand verläuft, wobei beim Eintritt in den „PAus“-Zustand kurzfristig ein Querstrom im Gegensatz zum „PZ“-Zustand zugelassen wird, der größer ist, als der Querstrom im „PZ“-Zustand oder im „PAus“-Zustand. Um die angesprochene Querstrommaximierung zu Beginn im „PAus“-Zustand erreichen zu können, ist es besonders vorteilhaft, die wesentlichen Parameter des Energieverlusts in den Transistoren (T1, T2, T3, T4) erfassen zu können.
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Da in der Regel das Verhalten der Transistoren (T1, T2, T3, T4) bekannt ist, ist es sinnvoll auf Basis der Spannungsabfälle, die jeweilige Energieabgabe zu berechnen. Aus dem Spannungsabfall über die erste LED (LED1) kann in der Regel auf den axialen Strom der H-Brücke (H) durch die erste LED (LED1) geschlossen werden. Es kann in diesem Zusammenhang sinnvoll sein, über zwei Shunt-Widerstände (RS1, RS2) z.B. in den Masse-Leitungen der H-Brücke (H) den Strom exakt zu messen (siehe 23) und nicht nur aus dem Spannungsabfall über die Transistoren (T1, T2, T3, T4) zu schätzen. Da die Funktion der Transistoren (T1, T2, T3, T4) unterschiedlich ist, ist der erste Transistor (T1) der H-Brücke (H) typischerweise nicht gleich dem dritten Transistor (T3) der H-Brücke (H) ausgeführt und der der zweite Transistor (T2) der H-Brücke (H) typischerweise nicht gleich dem vierten Transistor (T4) der H-Brücke (H) ausgeführt. Die genaue Dimensionierung wird der Fachmann durch Berechnung und Simulation bei Berücksichtigung der verwendeten ersten LED (LED1) und des verwendeten Layouts der typischerweise verwendeten gedruckten Schaltung ermitteln. Die Regelung der Querströme erfolgt bevorzugt durch die Regelung der Spannung der Spannungsregler (SR1, SR2) und der Regelung der Ein- und Ausschaltzeitpunkte der Transistoren (T1, T2, T3, T4). Als Ist-Größen einer solchen Regelung können die Spannung über die erste LED (LED1), die Spannungsabfälle über die Transistoren (T1, T2, T3, T4) sowie ggf. zusätzlich erfasste Messwerte für den Strom durch die jeweiligen Halbbrücken (HB1: T1, T2; HB2: T3, T4) (z.B. der Spannungsabfall über Shunt-Widerstände (Rs1, Rs2)) sowie die Spannungsabfälle über die Transistoren (T1, T2, T3, T4) und die erste LED (LED1) genutzt werden.
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Des Weiteren kann es sinnvoll sein, die Transistoren (T1, T2 / T3, T4) für den gepulsten Betrieb (GPB) als auch die Transistoren (T2, T3) für den Quasidauerbetrieb (QDB) mit einem oder mehreren Thermoelementen zu versehen, die die Transistoren während des Betriebs überwachen. Auch deren Parameter können für die Regelung herangezogen werden.
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Der „PAus“-Zustand beschreibt einen weiteren Gesamtzustand der Vorrichtung, wobei sich in einem der zweite Transistor (T2) und der dritte Transistor (T3) und der zwölfte Transistor (T12) (beispielhaft bezogen auf 20) gesperrt sind. Der erste Transistor (T1) und der vierte Transistor (T4) sind leitend. Die LED (LED1) strahlt kein Licht aus und ist in Sperrrichtung elektrisch vorgespannt.
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Figur 23
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23 entspricht der 20 mit dem Unterschied, dass hier zwei Shunt-Widerstände, ein erste Shunt-Widerstand (Rs1) und ein zweiter Shunt-Widerstand (Rs2), eingezeichnet sind. Diese Shunt-Widerstände (Rs1, Rs2) können dazu genutzt werden, mittels des Spannungsabfalls über diese Shunt-Widerstände (Rs1, Rs2) auf den Strom durch die betreffende Halbbrücke (HB1, HB2) der H-Brücke (H) zu schließen.
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Um auf den Strom durch den zweiten Transistor (T2) zu schließen, wird bevorzugt die Spannung zwischen dem vierten Anschluss (4) des zweiten Transistors (T2) und der negativen Versorgungsspannung (GND) erfasst. Bei einem bekannten Wert des ersten Shunt-Widerstands (Rs1) ergibt sich dann aus dieser erfassten Spannung der Strom durch den zweiten Transistor (T2).
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Um auf den Strom durch den vierten Transistor (T4) zu schließen, wird bevorzugt die Spannung zwischen dem achten Anschluss (8) des vierten Transistors (T4) und der negativen Versorgungsspannung (GND) erfasst. Bei einem bekannten Wert des zweiten Shunt-Widerstands (Rs2) ergibt sich dann aus dieser erfassten Spannung der Strom durch den vierten Transistor (T4).
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Ganz besonders bevorzugt werden die so erfassten Messwerte für die Regelung der Querströme insbesondere im „QPZ“-Zustand bzw. zu Beginn des „PAus“-Zustands eingesetzt oder zur Stabilisierung der Farbtemperatur der Abstrahlung der ersten LED (LED1) im „BAn“-Zustand im Quasidauerbetrieb (QDB).
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Figur 24
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entspricht der 15 mit dem beispielhaften Unterschied, dass eine innere Konstruktion der H-Brücke beispielsweise der 15 entspricht und wobei die Energiereserven (C_LPPB, C_LPPA, C_LPMB, C_LPMA) der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) eingezeichnet sind.
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Statt Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) können auch Spannungsaufwärtswandler (SVPB, SVPA, SVMB, SVMA) oder ähnliches eingesetzt werden, die die Versorgungsspannung betragsmäßig gegenüber dem Betrag der betreffenden positiven oder negativen Versorgungsspannung erhöhen. Als Bezug bezüglich der Betragserhöhung gelte hierbei der Mittelwert der Spannung zwischen der positiven und negativen Versorgungsspannung. Bei den Energiereserven der Spannungswandler (SVPB, SVPA, SVMB, SVMA) kann es sich auch um Induktivitäten (L_SVPB, L_SVPA, L_SVMB, L_SVMA) oder ähnliches handeln.
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Figur 25
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entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass beispielhaft eine erste H-BrückenKontrolleinheit (HC1) vorgesehen ist, die mittels eines lichtempfindlichen Sensors, hier beispielhaft einer ersten Fotodiode (PD1), die Lichtemission des Leuchtmittels, hier der beispielhaften ersten LED (LED1), vermisst und so eine Nachregelung der Ansteuerung insbesondere durch Einstellung der Ladungspumpenspannung der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) bzw. Spannungswandler (SVPB, SVPA, SVMB, SVMA) bzw. der Spannungsregler (SR1, SR2) in Form der Vorspannung der Energiereserven (C_LPPB, C_LPPA, C_LPMB, C_LPMA) der Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMB, LPMA) bzw. der durch Einstellung der Spannungswandlerspannung der Spannungswandler (SVPB, SVPA, SVMB, SVMA) z.B. in Form des Leerlaufstroms durch die Energiereserven (L_SVPB, L_SVPA, L_SVMB, L_SVMA) der Spannungswandler (SVPB, SVPA, SVMB, SVMA), wenn es sich bei diesen Energiereserven um Induktivitäten handelt, und durch Variation der Verweildauern in den Zuständen „PAN“, „PAUS“ und „PQZ“ ermöglicht. Außerdem kann der Strom durch die erste LED (LED1) über Shunt-Widerstände (Rs1, Rs2) erfasst werden und in Abhängigkeit von dem Zustand (PAN, PAUS, PQZ, Z) der H-Brücke (H) im gepulsten Betrieb (GPB) geregelt werden. Im Quasidauerbetrieb (QDB), in dem die erste LED (LED1) beispielsweise als Leuchtmittel eines Scheinwerfers (SW) betrieben wird, kann durch die erste Fotodiode (PD1) die Helligkeit des ersten Leuchtmittels (LED1) erfasst und geregelt werden. Hierzu steuert die Steuereinrichtung (ST) die H-Brücke (H) in der Form an, dass die erste LED (LED1) bevorzugt mit einer PWM-Modulation angesteuert wird. Deren Amplitude wird im Beispiel der 23 durch den Spannungswert der dritten Versorgungsspannung (VCC3) gegenüber der negativen Versorgungsspannung (GND) im Wesentlichen bis auf Spannungsverluste durch die Einschalt-Widerstände der Transistoren (T2, T12) und des Shunt-Widerstands (Rs1) festgelegt. Mit dieser Spannungsamplitude und der mittleren zeitlichen Einschaltdichte (z.B. dem Duty-Cycle) stehen dann zwei Parameter zur Verfügung, die es ermöglichen, Farbtemperatur und Helligkeit nachzuregeln. Die Vermessung der Lichtemission des Leuchtmittels, der ersten LED (LED1) kann dabei bevorzugt durch Erfassung von Streulicht (SL) erfolgen, das auf die erste Fotodiode (PD1) fällt. Da typischerweise Licht von außen durch die Optik (OP) in den Scheinwerfer (SW) eindringt, ist es zweckmäßig, die Modulation des Lichts z.B. durch die angelegte PWM zu benutzen, um das Fremdlichtsignal von dem Nutzsignal in der H-Brückenkontrolleinheit (HC1) oder in der Recheneinheit (µC) durch Signalverarbeitung zu trennen. Diese Trennung mittels Signalverarbeitung kann z.B. durch Bildung einer Kreuzkorrelation zwischen dem Empfangssignal der Fotodiode (PD1) oder einem daraus z.B. durch Filterung abgeleiteten Signal und einem dem Sendesignal des Leuchtmittels entsprechenden Synchronisationssignal (sync) erfolgen. Es ist dann zweckmäßig, wenn beispielsweise die Recheneinheit (µC) das erste Messsignal (MS1) der ersten H-BrückenKontrolleinheit (HC1) abtastet und mit dem abgetasteten Ansteuersignal für die PWM-Modulation multipliziert. Da die PWM Frequenz bekannt ist, ist es dann zweckmäßig mittels eines Tiefpasses alle Frequenzen höher als die halbe PWM-Frequenz aus dem Spektrum zu entfernen. Es verbleibt dann typischerweise ein Gleichsignal z.B. für die Helligkeit der ersten LED (LED1).
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Figur 26
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entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass beispielhaft weitere Leuchtmittel (LED2...n) vorgesehen sind, die Licht zu Beleuchtungszwecken ungepulst abgeben, wobei ein gesperrter Wellenlängenbereich (GWB) durch ein Filter (F1) ausgeblendet wird. Die Vorrichtung verfügt in dem Beispiel der 26 über einen weiteren Reflektor (RF2) und eine zweite Optik (OP2) zur Sammlung und Auskopplung des durch die weiteren Leuchtmittel (LED2...n) erzeugten Scheinwerferlichts (SWL).
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Figur 27
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27 entspricht der
26, wobei zur Verdeutlichung nun eine Messvorrichtung (MV) eingezeichnet ist, die beispielsweise eine Bestimmung der Lichtlaufzeit oder einer anderen Information wie z.B. der Reflektivität eines Objekts (O) aus den reflektierten Lichtpulsen (RLP) erlaubt. Die von der der ersten LED (LED1) ausgesandten Lichtpulse (LP) werden von einem nicht eingezeichneten Objekt (O), beispielsweise einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug, reflektiert und kehren als reflektierte Lichtpulse (RLP) zu der vorgeschlagenen Vorrichtung, beispielsweise einem vorgeschlagenen Scheinwerfer (SW) zurück. Dort passieren sie beispielsweise eine dritte Optik (OP3) und ein bevorzugtes drittes optisches Filter (F3), das bevorzugt komplementär zum ersten optischen Filter (F1) gestaltet ist. Das bedeutet, das erste Filter (F1) sperrt bevorzugt im Spektrum der weiteren Leuchtmittel (LED2...n) im erzeugten Scheinwerferlichts (SWL) den für die Messung verwendeten Wellenlängenbereich (VWB) oder dämpft ihn zumindest soweit ab, dass hier keine unnötige Zusatzbelastung entsteht. Insofern ist das erste Filter (F1) optional. Die erste LED (LED1) strahlt bevorzugt in dem für die Messung verwendeten Wellenlängenbereich (VWB). Das dritte Filter (F3) separiert nun den für die Messung verwendeten Wellenlängenbereich (VWB) aus dem gesamten transmittierten optischen Spektrum bevorzugt aus. Die reflektierten Lichtpulse (RLP) passieren das dritte Filter (F3) vorzugsweise ungedämpft und werden durch den Messsensor, vorzugsweise eine Messfotodiode (MD), erfasst. Die Messvorrichtung (MV) ermittelt aus dem erfassten Signal der Messdiode (MD) eine Messgröße und übermittelt diese als drittes Messsignal (MS3) an das Rechnersystem (µC). Diese Messvorrichtung (MV) kann auch mehr als eine Messdiode (MD) umfassen. Eine besonders bevorzugte Messdiode ist aus der
DE 10 2009 020 218 B3 bekannt. Besonders bevorzugt werden mehrere solche Messdioden in einem Dioden-Array angeordnet. Die dritte Optik (OP3) wird dann bevorzugt so gestaltet, dass sie ein Bild des vom Objekt kommenden reflektierten Lichtpulses (RLP) auf dem Dioden-Array (MD) erzeugt. Die Steuereinheit (ST) erzeugt dann die notwendigen Steuersignale z.B. entsprechend der
DE 10 2008 018 718 B4 . Die dort vorgesehenen Torsignale, die die Dioden (MD) des Dioden-Arrays licht empfindlich und unempfindlich schalten (in der Literatur werden diese auch als Shutter-Signal bezeichnet) werden dann so geschaltet, dass die Dioden (MD) bevorzugt nur in den Zuständen „k“, „PAn“, „PZ“, PAus" und „PQZ“ empfindlich geschaltet werden können. Ganz besonders bevorzugt sind die Dioden in den Zuständen „Z“, „BAn“ und „BAus“ nicht lichtempfindlich geschaltet, so dass sie in diesen Zuständen kein Licht sammeln. Auf diese Weise kann dann eine Abstands- und eine Helligkeitsinformation je Pixel gewonnen werden.
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Figur 28
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28 entspricht der
27 mit dem Unterschied, dass nun ein Kompensationssender (K) vorgesehen ist, der komplementär zur ersten LED (LED1) angesteuert wird, wobei durch die Regelung der Amplitude und der Phasenlage der Ansteuerung der Kompensationsdiode (K) eine zeitlich mehr oder weniger gleichmäßige Beleuchtung der Fotodiode (MD) erreicht wird. Ein entsprechendes Messverfahren ist beispielsweise aus der
EP 2 783 232 B1 bekannt.
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Figur 29
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entspricht der 15 mit dem beispielhaften Unterschied, dass beispielhaft eine erste LED (LED1a), die durch eine beispielhafte erste H-Brücke (H) angesteuert wird, und eine zweite LED (LED1b), die durch eine beispielhafte zweite H-Brücke (H') angesteuert wird, vorgesehen sind, was die Möglichkeit der Abgabe von Farblichtpulsen (FLP) eröffnet. Eine erste LED (LED1a) wird mittels einer ersten H-Brücke (H) angesteuert und gibt Lichtpulse (LP) und/oder Lichtpulsfolgen (LPF) in einem ersten Wellenlängenbereich (WB1), also beispielsweise mit einer ersten Farbe, ab. Die erste H-Brücke (H) wird dabei von der Steuereinrichtung (ST) gesteuert. Eine zweite LED (LED1b) wird mittels einer zweiten H-Brücke (H') angesteuert und gibt ebenfalls Lichtpulse (LP) und/oder Lichtpulsfolgen (FLP) in einem zweiten Wellenlängenbereich (WB2), also beispielsweise mit einer zweiten Farbe, ab. Der erste Wellenlängenbereich (WB1) unterscheidet sich vorzugsweise von dem zweiten Wellenlängenbereich (WB2) zumindest im spektralen Intensitätsverlauf der jeweiligen LED. Die erste Farbe ist also vorzugsweise von der zweiten Farbe verschieden. Die zweite H-Brücke (H') wird dabei ebenfalls von der Steuereinrichtung (ST) gesteuert. Das gemischte Streulicht (SL1, SL2) der ersten LED (LED1a) und der zweiten LED (LED1b) wird hier beispielhaft von einer ersten Fotodiode (PD1) und einer zweiten Fotodiode (PD2) empfangen. Die erste Fotodiode (PD1) und die zweite Fotodiode (PD2) sollen unterschiedliche spektrale Wellenlängenbereiche (WB1, WB2) besitzen, in denen Sie für das Licht der ersten Leuchtdiode (LED1) und für das Licht der zweiten Leuchtdiode (LED2) unterschiedlich empfindlich sind. Diese Unterschiedlichkeit soll dabei so gewählt sein, dass ein Rückschluss auf die Leuchtstärke der ersten LED (LED1a) und der zweiten LED (LED1b) möglich ist. Bevorzugt wäre beispielsweise eine ausschließliche Empfindlichkeit der ersten Fotodiode (PD1) für das Licht der ersten LED (LED1a) und der zweiten Fotodiode (PD2) für das Licht der zweiten LED (LED1b). Der Aufbau ermöglicht es dann, Farblichtpulse (FLP) mittels Lichtpulsen (LP) aus mehreren, z.B. farblich verschiedenen Lichtpulsquellen (LED1a, LED1b) zu erzeugen, deren Gesamtintensität (Gesamtlichtleistung) für die Dauer des Farblichtpulses (FLP) konstant bleibt und bei denen nur die Farbe, also beispielsweise der Farbwinkel, gepulst wird. Unter einer Konstanz der Gesamtlichtleistung wird dabei eine Änderung der Gesamtlichtleistung innerhalb eines Zeitraums der Dauer des Lichtpulses von weniger als 10% verstanden, während sich das Verhältnis (Division der Lichtleistungswerte) der abgestrahlten Lichtleistungen in einem ersten Wellenlängenbereich (WB1) des abgestrahlten Lichts zu einem zweiten Wellenlängenbereich (WB2) des abgestrahlten Lichts in diesem Zeitraum um mehr als 10% relativ zueinander ändert.
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Figur 30
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entspricht der 15 mit dem beispielhaften Unterschied, dass es sich um einen vorgeschlagenen RGB-Scheinwerfer (SW) handelt und dass beispielhaft eine erste LED (LED1a), die durch eine beispielhafte erste H-Brücke (H) angesteuert wird, und eine zweite LED (LED1b), die durch eine beispielhafte zweite H-Brücke (H') angesteuert wird, und eine dritte LED (LED1c), die durch eine beispielhafte dritte H-Brücke (H'') angesteuert wird, vorgesehen sind, was die Möglichkeit der Abgabe von Farbpulsen (FLP) und der gleichzeitigen Abgabe von farbbestimmten, beispielsweise auch weißem Licht, zu Beleuchtungszwecken im gesamten RGB-Farbspektrum eröffnet.
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Figur 31
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entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass ein beispielhaftes strukturierbares Filter, hier in Form eines LCD-Filters (LCD), in den Strahlengang beispielhaft innerhalb der Optik (CL, PL) eingefügt ist und projiziert wird. Dies ermöglicht als Maske die Projektion von Strukturen. Es kann beispielsweise sinnvoll sein, die Messung auf bestimmte Bereiche zu beschränken.
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Figur 32
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entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass ein beispielhaftes Mikrospiegelarray (DLP), hier in Form eines LCD-Filters, in den Strahlengang eingefügt ist und den Lichtstahlquerschnitt räumlich und/oder zeitlich moduliert.
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Figur 33
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entspricht der 25 mit dem beispielhaften Unterschied, dass ein beispielhaftes strukturierbares Filter, hier in Form eines LCD-Filters (LCD), in den Strahlengang beispielhaft hinter der Optik (OP) eingefügt ist und als Schattenmaske projiziert wird.
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Figur 34
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zeigt beispielhafte Positionen von Vorrichtungen gemäß dieses Vorschlags an einem beispielhaften Kraftfahrzeug (Kfz) in Form eines beispielhaften PKWs. Hier sei auf die Bezugszeichenliste verwiesen.
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Vorne kann die vorgeschlagene Vorrichtung in den Frontscheinwerfer für Tag-Fahrlicht (FST1, FST2), den Frontscheinwerfern für Abblendlicht (FAS1, FSA2), den Frontscheinwerfer für Fernlicht (FSF1, FSF2) untergebracht werden. Ebenso kommen dort die Nebelleuchten (NL1, NL2) (=Nebelscheinwerfer) in Frage. An den Ecken des Fahrzeugs kommen die Fahrtrichtungsanzeiger (BL1, BL2) für die Ausgestaltung entsprechend diesem Vorschlag in Frage. Für eine Positionierung auf dem Dach kommen Warnleuchten und das Blaulicht von Rettungskräften etc. in Frage.
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An der Seite kommen beispielsweise Warnleuchten (TWL1, TWL2) für Fahrzeuge im toten Winkel, die typischerweise an den Rückspiegeln vorgesehen sind, in Frage.
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An der Rückseite des Fahrzeugs kommen insbesondere die Bremsleuchten (BRL1, BRL2), die Rückfahrscheinwerfer (RFL1, RFI2), die Nebelrückleuchten (NRL1, NRL2) und die Rückleuchte (RL1, RL2) für eine Ausgestaltung entsprechend diesem Vorschlag in Frage.
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Um das ganze Fahrzeug herum kommen Zierleuchten (ZL1, ZL2) für eine Ausgestaltung entsprechend diesem Vorschlag in Frage.
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Figur 35
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zeigt eine beispielhafte Kommunikation zwischen einem Fahrzeug (Kfz), das mit einem vorgeschlagenen Scheinwerfer (SW) ausgestattet ist, und einer Vorrichtung der Verkehrsinfrastruktur, hier beispielhaft einer Ampel (AMP). Beispielhaft sei angenommen, dass der rechte Frontscheinwerfer des Fahrzeugs vorschlagsgemäß gestaltet ist und gepulstes Licht aussenden kann. Das Fahrzeug (Kfz) ist dann in der Lage, beispielsweise durch eine Modulation des Pulsabstands im gepulsten Betrieb (GPB) Informationen an die Vorrichtung der Verkehrsinfrastruktur, hier beispielhaft eine Ampel (AMP) zu senden. Die Ampel empfängt durch einen optischen Empfänger diese Pulsfolge. Dies kann beispielsweise die Steuerung der Ampel (AMP) dazu veranlassen, den Zustand der Ampel (AMP) zu ändern, beispielsweise in der Nacht von Rot auf Grün zu springen, wenn keine andere Anforderung vorliegt. Umgekehrt kann die Ampel (AMP) ebenfalls mittels einer optischen Pulsfolge Daten an das Fahrzeug senden. Sind die Pulse kurz genug und nicht zu häufig und weist das durch die Pulsung erzeugte Spektrum keiner Modulationsfrequenzen auf, die durch ein menschliches Auge wahrnehmbar sind, so sind diese nicht mehr ohne weiteres für einen menschlichen Beobachter wahrnehmbar. Die vorgeschlagenen Vorrichtungen sollen daher den Quasidauerbetrieb als bevorzugt kürzer als 10µs, besser kürzer als 3µs, besser kürzer als 2µs, besser kürzer als 1µs, besser kürzer als 500ns, besser kürzer als 200ns, besser kürzer als 100ns, besser kürzer als 50ns, besser kürzer als 20ns , besser kürzer als 10ns, besser kürzer als 5ns, besser kürzer als 4ns , besser kürzer als 2ns , besser kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps verlassen und dann wieder in den Quasidauerbetrieb zurückkehren. Im Quasidauerbetrieb erfolgt die Energieversorgung dabei bevorzugt aus Spannungswandlern mit einer bevorzugt niedrigeren maximalen Lichtleistung als im gepulsten Betrieb mit einer bevorzugt massiv erhöhten Pulslichtleistung und einer bevorzugten Energieversorgung aus Ladungspumpen.
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Figur 36
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zeigt eine beispielhafte Kommunikation zwischen einem ersten Fahrzeug (Kfz) und einem zweiten Fahrzeug (Kfz2), die jeweils mit einem vorgeschlagenen Scheinwerfer (SW) ausgestattet sind, wobei diese mittels dieser Scheinwerfer (SW) a) die Abstände zueinander a1) aktiv und a2) passiv bestimmen und b) Daten austauschen.
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Hierzu kann beispielsweise das erste Fahrzeug (Kfz1) mittels einer vorgeschlagenen Vorrichtung (z.B. 28) den Abstand zum vorausfahrenden zweiten Fahrzeug (Kfz2) bestimmen. Gleichzeitig kann das erste Fahrzeug (Kfz1) die Lichtpulse (LP) dieser Messsignale nutzen, um dem vorausfahrenden zweiten Fahrzeug (Kfz2) gleichzeitig Informationen, wie beispielsweise die eigene Geschwindigkeit, den gemessenen Abstand und den Beschleunigungszustand (Bremspedal betätigt oder nicht etc.) oder auch die eigene, auf andere Weise ermittelte Position, mitzuteilen. Auch andere Datenübertragungen sind denkbar. Es wird also vorgeschlagen, den Scheinwerfer des ersten Fahrzeugs (Kfz1) in dreifacher Hinsicht zu nutzen
- 1. als Beleuchtungsvorrichtung
- 2. als Messvorrichtung (z.B. zur Messung des Abstands)
- 3. als Sender einer Datenschnittstelle
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Besonders bevorzugt wird zumindest eine LED (LED1) des Scheinwerfers (SW) für diese drei Zwecke gleichzeitig eingesetzt.
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Darüber hinaus kann eine LED (LED1) innerhalb des Scheinwerfers (SW) dann auch als Empfänger eingesetzt werden. Dies erfordert allerdings, dass in der Zeit des Empfangs keine Aussendung von Licht erfolgt, um eine Übersteuerung zu vermeiden. In dem Falle würde eine Vierfachnutzung der LED (LED1) vorliegen.
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Figur 37
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36 zeigt die H-Brücke von 1, wobei die erste positive Versorgungsspannung (VCC1) der H-Brücke der 1 und die zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) der H-Brücke der 1 hier gleich der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) sind und wobei die erste negative Versorgungsspannung (GND1) der H-Brücke der 1 und die zweite negative Versorgungsspannung (GND2) der H-Brücke der 1 hier gleich der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) sind.
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Figur 38
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38 zeigt die eigentliche H-Brücke (H) mit der ersten Halbbrücke (HB1) aus der Serienschaltung des ersten Transistors (T1) und der Serienschaltung des zweiten Transistors (T2) sowie mit der zweiten Halbbrücke (HB2) aus der Serienschaltung des dritten Transistors (T3) und der Serienschaltung des vierten Transistors (T4).
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Figur 39
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39 entspricht der
27 mit dem Unterschied, dass nun statt eines einzelnen Sensors (MD) eine zweidimensionale Anordnung zeitlich steuerbarer lichtempfindlicher Sensoren (TOFIMG) für die Detektion der Lichtpulse (LP) bzw. Farblichtpulse (FLP) eingesetzt wird. In diesem Zusammenhang sei hier auf die Schriften
DE 10 2008 018 718 B4 und
DE 10 2009 020 218 B3 verwiesen.
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Glossar
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LED
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Licht emittierende Diode oder Leuchtdiode. Es kann sich im Sinne dieser Offenlegung auch um eine Zusammenschaltung mehrerer lichtemittierender Dioden und anderer Bauelemente handeln die als Gruppe die gleiche Funktion der Lichtemission bei Anlagen einer Spannung in Flussrichtung haben, wie eine einzelne lichtemittierende Diode, handeln, wobei die Flussspannung einer solchen Gruppe abweichen kann. Bevorzugt handelt es sich um eine serielle Verschaltung (LED-Kette) einzelner Leuchtdioden. Als LED im Sinne dieser Offenlegung sind auch Laser-Dioden umfasst.
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LIDAR
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(Abkürzung für engl. light detection and ranging), auch Ladar (laser detection and ranging) ist eine dem Radar sehr verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie zur Fernmessung atmosphärischer Parameter. Statt der Radiowellen beim Radar werden Laserstrahlen verwendet.
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Flash LIDAR
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Beim Flash Lidar wird ein einzelner Licht-Puls ausgesendet und die Lichtlaufzeit (TOF) dieses Lichtpulses von dem Sender über die Reflektion an einem Objekt (O) zurück in einen Empfänger richtungsaufgelöst beispielsweise mit einer sogenannten TOF-Kamera oder Timeof-Flight-Kamera gemessen. Hierdurch kann eine Umfeldkarte (UK) erstellt werden ohne dass bewegliche Teile benötigt werden.
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TOF Distanzmessung
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Bei der TOF-Distanzmessung wird die Laufzeit eines Lichtpulses (LP) oder Farblichtpulses (FLP) gemessen und daraus bei bekannter Geschwindigkeit eines Strahlungspakets eine Distanz (d, d1, d2, d3) berechnet.
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3D Imaging
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Unter 3D Imaging versteht man die Erstellung eines Bildes, das zum einen, wie bei einer normalen Kamera je Kamerapixel eine Helligkeitsinformation umfasst, zum anderen aber auch je Kamerapixel eine Entfernungsinformation umfasst. Solche Kameras arbeiten bevorzugt mit einer Lichtlaufzeitmessung (TOF-Kameras). Im Zusammenhang mit solchen Lichtlaufzeitmessungen ist beispielsweise die
DE 10 2009 020 218 B3 bekannt.
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Optical Data Link
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Unter Optical-Data-Link versteht man eine Datenverbindung, die mittels eines modulierten Lichtstrahles als Übertragungsmittel hergestellt wird.
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Car2Car Communication
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Unter Car2Car-Communication versteht man die Datenkommunikation zwischen zwei Fahrzeugen (Kfz1, Kfz2).
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Ladungspumpe
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Eine Ladungspumpe ist eine Vorrichtung, die typischerweise Teil der integrierten Ansteuerschaltung ist, mit der die erste LED (LED1) über die vorgeschlagene H-Brücke (H) angesteuert wird. Als Ladungspumpe, englisch Charge Pump, werden mehrere unterschiedliche elektrische Schaltungen zusammengefasst, welche elektrische Spannungen im Betrag des Spannungswerts vergrößern oder Gleichspannungen in der Polarität umkehren. Im Sinne dieser Offenlegung geht es um ein weiteres Absenken des negativen Versorgungspotenzials (GND) bzw. um ein weiteres Erhöhen der positiven Versorgungsspannung (VCC). Die Ausgangsspannung einer Ladungspumpe ist typischerweise eine Gleichspannung. Sofern auch die Eingangsspannung eine Gleichspannung ist, zählt die Ladungspumpe zu den Gleichspannungswandlern. Ladungspumpen kommen als wesentliches Merkmal ohne magnetische Bauelemente wie Spulen oder Transformatoren aus. Ladungspumpen transportieren die elektrische Ladung bevorzugt mit Hilfe von elektrischen Kondensatoren und durch periodische Umschaltung mit Schaltern, womit unterschiedlich hohe elektrische Ausgangsspannungen erzeugt werden können. Die Verfahren sind ähnlich wie wenn Wasser mit Eimern von einem niedrigen Ort zu einem höheren Ort befördert und dort mit höherer potentieller Energie gesammelt wird. Da die erste LED (LED1) nur gepulst ist, ist kein Dauerbetrieb erforderlich und eine externe Speicherkapazität kann zwischen den zu emittierenden Lichtpulsen durch die jeweilige Ladungspumpe geladen werden. An Stelle der Ladungspumpen können gemäß dieser Offenlegung auch Spannungswandler eingesetzt werden.
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Spannungswandler
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Ein Spannungswandler ist eine Vorrichtung, die typischerweise Teil der integrierten Ansteuerschaltung ist, mit der die erste LED (LED1) über die vorgeschlagene H-Brücke (H) angesteuert wird. Als Spannungswandler, englisch Voltage-Converter, werden mehrere unterschiedliche elektrische Schaltungen zusammengefasst, welche elektrische Spannungen im Betrag des Spannungswerts vergrößern oder Gleichspannungen in der Polarität umkehren. Im Sinne dieser Offenlegung geht es um ein weiteres Absenken des negativen Versorgungspotenzials (GND) bzw. um ein weiteres Erhöhen der positiven Versorgungsspannung (VCC). Die Ausgangsspannung eines Spannungswandlers ist typischerweise eine Gleichspannung. Sofern auch die Eingangsspannung eine Gleichspannung ist, zählt der Spannungswandler zu den Gleichspannungswandlern (englisch DCDC-Converter). Ein Gleichspannungswandler bezeichnet eine elektrische Schaltung, die eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umwandelt. Die Umsetzung erfolgt typischerweise mithilfe eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters und eines oder mehrerer Energiespeicher. Gleichspannungswandler zählen zu den selbstgeführten Stromrichtern. Im Bereich der elektrischen Energietechnik werden sie auch als Gleichstromsteller bezeichnet. Der zur Zwischenspeicherung der Energie benutzte Energiespeicher ist im Sinne dieser Offenlegung bevorzugt eine Induktivität (induktiver Wandler). Ein solcher Gleichspannungswandler umfasst daher bevorzugt auch eine Spule oder einen Wandler-Transformator. Diese sind im Gegensatz zur Kapazität einer Ladungspumpe nur schlecht in eine integrierte Schaltung integrierbar, weshalb in dieser Offenlegung die Ladungspumpen fokussiert behandelt sind. Im Gegensatz dazu werden Wandler mit kapazitiver Speicherung (kapazitiver Wandler) als Ladungspumpen bezeichnet. Ladungspumpen werden eingesetzt, wenn entweder - wie in integrierten Schaltungen - Induktivitäten nicht verfügbar sind, oder wenn so wenig Ausgangsleistung erforderlich ist, dass sich der Einsatz der teuren Spulen gegenüber den billigen Kondensatoren nicht lohnt. Sofern die erste LED (LED1) nur gepulst ist, ist kein Dauerbetrieb erforderlich und eine externe Speicherkapazität kann zwischen den zu emittierenden Lichtpulsen durch die jeweilige Ladungspumpe geladen werden. An Stelle der Spannungswandler können gemäß dieser Offenlegung auch Ladungspumpen eingesetzt werden. Bevorzugt liefern Spannungswandler die elektrische Energie für Beleuchtungszwecke mit einer geringeren Spannungswandlerausgangsspannung an die H-Brücke und damit an das Leuchtmittel (LED1) als die Energielieferung durch die Ladungspumpen, die im Vergleich dazu eine bevorzugt höhere Spannungsdifferenz zwischen den Leuchtmittelanschlüssen während des gepulsten Betriebs (GPB) für sehr kurze Zeit erzeugen. Hierdurch wird weder im Quasidauerbetrieb noch im gepulsten Betrieb das Leuchtmittel (LED1) energetisch überlastet. Diese Energielieferung erfolgt im Quasidauerbetrieb (QDB) über längere Zeit aus den Spannungswandlern mit geringerer elektrischer Leistung und aus den Ladungspumpen im gepulsten Betrieb (GPB) über kurze Zeit mit sehr hoher elektrischer Leistung. Da die Zeit der Nutzung der Ladungspumpenausgangsleistung kurz ist, kann der Energieinhalt der Energiespeicher der Ladungspumpen begrenzt sein.
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Wellenlänge
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unter der Wellenlänge einer LED wird im Sinne dieser Offenlegung die Wellenlänge des nicht modulierten Lichts der LED (LED1) bzw. des Leuchtmittels verstanden. Ist von einer Wellenlänge eines Leuchtmittels die Rede, so ist damit die Schwerpunktswellenlänge der Abstrahlung des betreffenden Leuchtmittels (LED1) gemeint.
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RGB-LED
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Unter einer RGB-LED wird eine Gruppe aus mindestens drei LEDs unterschiedlicher Farbe verstanden, (siehe auch Definition LED oben)
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ADAS
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ADAS steht im Englischen für Advanced Driver Assistance Systems, was mit Fahrerassistenzsystem übersetzt werden kann. Fahrerassistenzsysteme sind elektronische Zusatzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Hierbei stehen oft Sicherheitsaspekte, aber auch die Steigerung des Fahrkomforts im Vordergrund. Ein weiterer Aspekt ist die Verbesserung der Ökonomie. In dieser Offenbarung wird durch die Verwendung der beschriebenen Schaltungstechnik zur Ansteuerung der Leuchtdioden von ohnehin vorhandenen Leuchtmitteln es ermöglicht, diese im Zusammenhang mit ADAS-Systemen z.B. als Abstandssensor oder als Quelle einer Umfeldkarte nutzbar zu machen.
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IR-Licht
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IR-Licht bedeutet infrarotes Licht. Als solche Infrarotstrahlung (kurz IR-Strahlung, auch Ultrarotstrahlung) bezeichnet man in der Physik elektromagnetische Wellen im Spektralbereich zwischen sichtbarem Licht und der längerwelligen Terra-Hertz-Strahlung. Als Infrarot wird der Spektralbereich zwischen 10-3 m und 7,8×10-7 m (1 mm und 780 nm) bezeichnet, was einem Frequenzbereich von 3×1011 Hz bis ca. 4×1014 Hz (300 GHz bis 400 THz) entspricht.
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Sichtbares Licht /sichtbarer Wellenlängenbereich
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Sichtbares Licht ist der für das menschliche Auge sichtbare Teil der elektromagnetischen Strahlung. Im elektromagnetischen Spektrum umfasst der Bereich des Lichts Wellenlängen von 380 nm bis 780 nm. Dies entspricht Frequenzen von etwa 789 THz bis 384 THz. Eine genaue Grenze lässt sich nicht angeben, da die Empfindlichkeit des Auges an den Wahrnehmungsgrenzen nicht abrupt, sondern allmählich abnimmt. Im Sinne dieser Offenlegung gelten 380 nm bis 780 nm als Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts. Die an das sichtbare Licht angrenzenden Bereiche der Infrarot- (Wellenlängen zwischen 780 nm und 1 mm) und Ultraviolettstrahlung (Wellenlängen zwischen 10 nm und 380 nm) werden häufig ebenfalls als Licht bezeichnet. Diese Offenlegung bezieht sich auf Leuchtmittel (LED1), die bevorzugt weißes Licht ausstrahlen. Die Leuchtmittel (LED1) können Lasereigenschaften haben.
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Datenlink
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Unter einem Datenlink versteht man eine Datenverbindung mittels eines Trägers aus elektromagnetischer Strahlung.
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Scheinwerfer
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Unter einem Scheinwerfer im Sinne dieser Offenlegung sei eine beliebige Leuchte mit einem Leuchtmittel zu verstehen, die u.a. gepulstes Licht aussendet. Insbesondere ist ein Scheinwerfer im Sinne dieser Offenlegung bezogen auf ein Kraftfahrzeug ein Frontscheinwerfer für Tag-Fahrlicht, ein Frontscheinwerfer für Abblendlicht, ein Frontscheinwerfer für Fernlicht, eine Zierleuchte, ein Fahrtrichtungsanzeiger, eine Warnleuchte, eine Warnleuchte für Fahrzeuge im toten Winkel, eine Bremsleuchte, ein Rückfahrscheinwerfer, eine Rückleuchte, ein Nebelleuchte, eine Nebelrückleuchte, eine Warnleuchte, eine Signalleuchte, insbesondere ein Polizei-oder Feuerwehr- oder anderes Einsatzfahrzeug-Blaulicht oder ein anderes gelbes Warnlicht mit oder ohne Rotation und mit oder ohne Blinkfunktion und bezogen auf ein Schienenfahrzeugs ein Fahrlicht, eine Zierleuchte, eine Warnleuchte, ein Rückfahrscheinwerfer, eine Rückleuchte, eine Warnleuchte, eine Signalleuchte. Und bezogen andere Leuchten und Einsatzsituation eine Straßenleuchte, eine Werbeinstallation, ein Suchscheinwerfer, eine Bühnenleuchte oder ein Bühnenscheinwerfer, eine Signalleuchte, eine Ampel, ein Notlicht, eine Arbeitsplatzleuchte, eine Raumleuchte, eine Gangleuchte.
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Fahrzeuge
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Als Fahrzeuge im Sinne dieser Offenlegung kommen alle Arten von Fahrzeugen in Frage: Kfz, LKW, Motorräder, Schienenfahrzeuge, Fahrräder, Seefahrzeuge aller Art wie Schiffe, Bote und U-Bote, Luftfahrzeuge, Raumfahrzeuge, Sonderfahrzeuge wie Raupenpisten und Baufahrzeuge und Baumaschinen, mobile Roboter, Flurförderfahrzeuge etc.
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Weiße Erscheinung von Licht
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Im Sinne dieser Offenbarung ist eine Lichtabstrahlung weiß, wenn die Farbtemperatur zwischen 3000K und 7000K liegt.
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Messmethoden
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Wellenlängenbestimmung
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Die Wellenlänge einer Lichtabstrahlung kann über ein Gitterspektrometer bestimmt werden.
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lichtpulsfähig
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Lichtpulsfähig ist ein Leuchtmittel (z.B. LED1) im Sinne dieser Offenlegung, wenn es Lichtpulse (LP) einer Dauer von weniger als bevorzugt kürzer als 10µs, besser kürzer als 3µs, besser kürzer als 2µs, besser kürzer als 1µs, besser kürzer als 500ns, besser kürzer als 200ns, besser kürzer als 100ns, besser kürzer als 50ns, besser kürzer als 20ns , besser kürzer als 10ns, besser kürzer als 5ns, besser kürzer als 4ns , besser kürzer als 2ns , besser kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps, bei einer Amplitudenänderung der Leuchtleistung von mindestens 1%, besser von mindestens 2%, besser von mindestens 5%, besser von mindestens 10%, besser von mindestens 20%, besser von mindestens 50%, besser von mindestens 100%, , besser von mindestens 200%, besser von mindestens 500%, besser von mindestens 1000% erzeugen kann. Eine Vorrichtung im Sinne dieser Offenlegung ist kurzlichtpulsfähig, weil sie Lichtpulse kürzer als 5ns erzeugen kann. Die Dauer des Lichtpulses wird dabei als Zeitdifferenz zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Amplitudenänderung 10% der maximalen Leuchtmittelamplitudenänderung während des Lichtpulses (LP) erreicht, bis zu einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die Amplitudenänderung wieder auf 10% der maximalen Leuchtmittelamplitudenänderung während des Lichtpulses (LP) abgefallen ist.
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Lichtpuls
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Ein Lichtpuls ist eine Emission von sichtbarem Licht wobei von einer ersten Lichtleistung die Lichtabstrahlung auf eine zweite Lichtleistung zu einem ersten Zeitpunkt (t1) vergrößert oder verkleinert wird und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Lichtleistung zurückkehrt. Die zeitliche Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) minus dem ersten Zeitpunkt (t1) ist dabei bevorzugt kleiner als 10µs, besser kleiner als 3µs, besser kleiner als 2µs, besser kleiner als 1µs, besser kleiner als 500ns, besser kleiner als 200ns, besser kleiner als 100ns, besser kleiner als 50ns, besser kleiner als 20ns, besser kleiner als 10ns, besser kleiner als 5ns, besser kleiner als 4ns. Die Dauer des Lichtpulses wird dabei als Zeitdifferenz zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Amplitudenänderung 10% der maximalen Leuchtmittelamplitudenänderung während des Lichtpulses (LP) erreicht, bis zu einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die Amplitudenänderung wieder auf 10% der maximalen Leuchtmittelamplitudenänderung während des Lichtpulses (LP) abgefallen ist.
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Farbwinkellichtpuls
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Ein Farbwinkellichtpuls ist eine Emission von sichtbarem Licht wobei die mittlere Farbtemperatur von einer ersten Farbtemperatur die Lichtabstrahlung auf eine zweite Farbtemperatur zu einem ersten Zeitpunkt (t1) vergrößert oder verkleinert wird und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Farbtemperatur zurückkehrt. Die zeitliche Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) minus dem ersten Zeitpunkt (t1) ist dabei bevorzugt kleiner als 10µs, besser kleiner als 3µs, besser kleiner als 2µs, besser kleiner als 1µs, besser kleiner als 500ns, besser kleiner als 200ns, besser kleiner als 100ns, besser kleiner als 50ns, besser kleiner als 20ns, besser kleiner als 10ns, besser kleiner als 5ns, besser kleiner als 4ns.
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modulierter Farbwinkellichtpuls
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Ein Farbwinkellichtpuls ist eine Emission von sichtbarem Licht wobei die mittlere Farbtemperatur von einer ersten Farbtemperatur die Lichtabstrahlung auf eine zweite Farbtemperatur zu einem ersten Zeitpunkt (t1) vergrößert oder verkleinert wird und zu einem zweiten, dem ersten Zeitpunkt (t1) nachfolgenden Zeitpunkt (t2) zu der ersten Farbtemperatur zurückkehrt die mittlere Lichtleistung von einer ersten Lichtleistung die Lichtabstrahlung auf eine zweite Lichtleistung zu dem ersten Zeitpunkt (t1) vergrößert oder verkleinert wird und zu dem zweiten Zeitpunkt (t2) zu der ersten Lichtleistung zurückkehrt. Die zeitliche Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) minus dem ersten Zeitpunkt (t1) ist dabei bevorzugt kleiner als 10µs, besser kleiner als 3µs, besser kleiner als 2µs, besser kleiner als 1µs, besser kleiner als 500ns, besser kleiner als 200ns, besser kleiner als 100ns, besser kleiner als 50ns, besser kleiner als 20ns, besser kleiner als 10ns, besser kleiner als 5ns, besser kleiner als 4ns.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Anschluss des ersten Transistors (T1) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 2
- zweiter Anschluss des ersten Transistors (T1) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 2'
- zweiter Anschluss des ersten Transistors (T1') der ersten Halbbrücke (HB2) der zweiten H-Brücke (H');
- 2"
- zweiter Anschluss des ersten Transistors (T1") der ersten Halbbrücke (HB1) der dritten H-Brücke (H");
- 3
- dritter Anschluss des zweiten Transistors (T2) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 3'
- dritter Anschluss des zweiten Transistors (T2') der ersten Halbbrücke (HB1) der zweiten H-Brücke (H');
- 3"
- dritter Anschluss des zweiten Transistors (T2") der ersten Halbbrücke (HB1) der dritten H-Brücke (H'');
- 4
- vierter Anschluss des zweiten Transistors (T2) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 5
- fünfter Anschluss des dritten Transistors (T3) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 6
- sechster Anschluss des dritten Transistors (T3) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 6'
- sechster Anschluss des dritten Transistors (T3') der zweiten Halbbrücke (HB2) der zweiten H-Brücke (H');
- 6"
- sechster Anschluss des dritten Transistors (T3) der zweiten Halbbrücke (HB2) der dritten H-Brücke (H'');
- 7
- siebter Anschluss des vierten Transistors (T4) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 7'
- siebter Anschluss des vierten Transistors (T4') der zweiten Halbbrücke (HB2) der zweiten H-Brücke (H');
- 7"
- siebter Anschluss des vierten Transistors (T4") der zweiten Halbbrücke (HB2) der dritten H-Brücke (H'');
- 8
- achter Anschluss des vierten Transistors (T4) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 9
- neunter Anschluss der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger bzw. neunter Anschluss des positiven Spannungsreglers (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, wenn statt der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ein solcher, positiver Spannungsregler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger eingesetzt wird, was Teil dieser Offenlegung ist;
- 10
- zehnter Anschluss der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger bzw. zehnter Anschluss des positiven Spannungsreglers (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, wenn statt der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ein solcher, positiver Spannungsregler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger eingesetzt wird, was Teil dieser Offenlegung ist;
- 11
- elfter Anschluss der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger bzw. elfter Anschluss des negativen Spannungsreglers (SVMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, wenn statt der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ein solcher, negativer Spannungsregler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger eingesetzt wird, was Teil dieser Offenlegung ist;
- 12
- zwölfter Anschluss der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger bzw. zwölfter Anschluss des negativen Spannungsreglers (SVMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, wenn statt der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ein solcher, negativer Spannungsregler (SVMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger eingesetzt wird, was Teil dieser Offenlegung ist;
- 13
- dreizehnter Anschluss der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum schnellen Einschalten bzw. dreizehnter Anschluss des positiven Spannungsreglers (SVPA) zum schnellen Einschalten, wenn statt der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum schnellen Einschalten ein solcher, positiver Spannungsregler (SVPA) zum schnellen Einschalten eingesetzt wird, was Teil dieser Offenlegung ist;
- 14
- vierzehnter Anschluss der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum schnellen Einschalten bzw. vierzehnter Anschluss des positiven Spannungsreglers (SVPA) zum schnellen Einschalten, wenn statt der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum schnellen Einschalten ein solcher, positiver Spannungsregler (SVPA) zum schnellen Einschalten eingesetzt wird, was Teil dieser Offenlegung ist;
- 15
- fünfzehnter Anschluss der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum schnellen Einschalten bzw. fünfzehnter Anschluss des negativen Spannungsreglers (SVMA) zum schnellen Einschalten, wenn statt der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum schnellen Einschalten ein solcher, negativer Spannungsregler (SVMA) zum schnellen Einschalten eingesetzt wird, was Teil dieser Offenlegung ist;
- 16
- sechzehnter Anschluss der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum schnellen Einschalten bzw. sechzehnter Anschluss des negativen Spannungsreglers (SVPMA) zum schnellen Einschalten, wenn statt der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum schnellen Einschalten ein solcher, negativer Spannungsregler (SVMA) zum schnellen Einschalten eingesetzt wird, was Teil dieser Offenlegung ist;
- 17
- siebzehnter Anschluss des neunten Transistors (T9) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 18
- achtzehnter Anschluss des neunten Transistors (T9) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 19
- neunzehnter Anschluss des zehnten Transistors (T10) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 20
- zwanzigster Anschluss des zehnten Transistors (T10) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 21
- einundzwanzigster Anschluss des zwölften Transistors (T12) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 22
- zweiundzwanzigster Anschluss des zwölften Transistors (T12) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 23
- dreiundzwanzigster Anschluss des elften Transistors (T11) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 24
- vierundzwanzigster Anschluss des elften Transistors (T11) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 25
- fünfundzwanzigster Anschluss des fünften Transistors (T5) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 26
- sechsundzwanzigster Anschluss des fünften Transistors (T5) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 27
- siebenundzwanzigster Anschluss des sechsten Transistors (T6) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 28
- achtundzwanzigster Anschluss des sechsten Transistors (T6) der ersten Halbbrücke (HB1) der ersten H-Brücke (H);
- 29
- neunundzwanzigster Anschluss des achten Transistors (T8) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 30
- dreißigster Anschluss des achten Transistors (T8) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 31
- einunddreißigster Anschluss des siebten Transistors (T7) zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- 32
- zweiunddreißigster Anschluss des siebten Transistors (T7) der zweiten Halbbrücke (HB2) der ersten H-Brücke (H);
- a
- Stromverlauf bei Pulserzeugung mit einer H-Brücke (Betriebsspannung 40V);
- A
- Anode der ersten Leuchtdiode (LED1);
- Aa
- Anode der ersten gepulsten Leuchtdiode (LED1a);
- Ab
- Anode der zweiten gepulsten Leuchtdiode (LED1b);
- Ac
- Anode der dritten gepulsten Leuchtdiode (LED1c);
- AMP
- Ampel (stellvertretend für Einrichtungen der Verkehrsinfrastruktur oder Smart-Home Vorrichtungen);
- AWB
- abgestrahlter Wellenlängenbereich;
- b
- Stromverlauf bei Pulserzeugung mit einem Spannungstreiber (Betriebsspannung 3.3V);
- BAn
- An-Zustand im Quasidauerbetrieb (QDB) in dem die erste LED (LED1) in Flussrichtung elektrisch bestromt wird und Licht emittiert;
- BAus
- Aus-Zustand im Quasidauerbetrieb (QDB) in dem die erste LED (LED1) in Sperrrichtung elektrisch vorgespannt ist;
- BL
- Blende;
- BRL1
- Bremsleuchte links;
- BRL2
- Bremsleuchte rechts;
- c
- Stromverlauf bei Pulserzeugung mit einem Stromtreiber (Betriebsstrom 20mA);
- C_LPMA
- Energiereserve für die negative Ladungspumpe zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke, typischerweise ein Kondensator;
- C_LPMB
- Energiereserve für die negative Ladungspumpe zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, typischerweise ein Kondensator;
- C_LPPA
- Energiereserve für die positive Ladungspumpe zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke, typischerweise ein Kondensator;
- C_LPPB
- Energiereserve für die positive Ladungspumpe zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, typischerweise ein Kondensator;
- clk1
- Basiszeitsignal (typischerweise = Basistakt) des Rechnersystems (µC);
- clk2
- Basiszeitsignal (typischerweise = Basistakt) der Steuereinrichtung (ST);
- clk3
- Basiszeitsignal (typischerweise = Basistakt) der H-Brücke (H), vorzugsweise der Ladungspumpen in der H-Brücke;
- CL
- Kondensor-Optik oder Kondensor-Linse;
- BL1
- Fahrtrichtungsanzeiger links;
- BL2
- Fahrtrichtungsanzeiger rechts;
- BLL1
- Signalleuchte links;
- BLL2
- Signalleuchte rechts;
- Δt
- Verzögerungszeit;
- d
- gemessener Abstand;
- d1
- erster Abstand, der gemessen wurde;
- d2
- zweiter Abstand, der gemessen wurde;
- d3
- dritter Abstand, der gemessen wurde;
- DB
- Datenbus (z.B. CAN-Bus oder LIN-Bus etc.);
- DLP
- Mikrospiegelarray zur strukturierten Umlenkung des Lichtstrahlbündels.
- F1
- erstes optisches Filter;
- F2
- zweites optisches Filter;
- F3
- drittes optisches Filter;
- FAS1
- Frontscheinwerfer für Abblendlicht links;
- FAS2
- Frontscheinwerfer für Abblendlicht rechts;
- FB
- Fahrbahn;
- FLP
- Farbwinkellichtpuls;
- FLPF
- Farbwinkellichtpulsfolge;
- FSF1
- Frontscheinwerfer für Fernlicht links;
- FSF2
- Frontscheinwerfer für Fernlicht rechts;
- FST1
- Frontscheinwerfer für Tag-Fahrlicht links;
- FST2
- Frontscheinwerfer für Tag-Fahrlicht rechts;
- G1
- erster Steueranschluss des ersten Transistors (T1) der ersten H-Brücke (H);
- G1'
- erster Steueranschluss des ersten Transistors (T1') der zweiten H-Brücke (H');
- G1"
- erster Steueranschluss des ersten Transistors (T1") der dritten H-Brücke (H");
- G2
- zweiter Steueranschluss des zweiten Transistors (T2) der ersten H-Brücke (H);
- G2'
- zweiter Steueranschluss des zweiten Transistors (T2') der zweiten H-Brücke (H');
- G2"
- zweiter Steueranschluss des zweiten Transistors (T2") der dritten H-Brücke (H");
- G3
- dritter Steueranschluss des dritten Transistors (T3) der ersten H-Brücke (H);
- G3'
- dritter Steueranschluss des dritten Transistors (T3') der zweiten H-Brücke (H');
- G3"
- dritter Steueranschluss des dritten Transistors (T3") der dritten H-Brücke (H'');
- G4
- vierter Steueranschluss des vierten Transistors (T4) der ersten H-Brücke (H);
- G4'
- vierter Steueranschluss des vierten Transistors (T4') der zweiten H-Brücke (H');
- G4"
- vierter Steueranschluss des vierten Transistors (T4") der dritten H-Brücke (H'');
- G5
- fünfter Steueranschluss des fünften Transistors (T5) der ersten H-Brücke (H);
- G6
- sechster Steueranschluss des sechsten Transistors (T6) der ersten H-Brücke (H);
- G7
- siebter Steueranschluss des siebten Transistors (T7) der ersten H-Brücke (H);
- G8
- achter Steueranschluss des achten Transistors (T8) der ersten H-Brücke (H);
- G9
- neunter Steueranschluss des neunten Transistors (T9) der ersten H-Brücke (H);
- G10
- zehnter Steueranschluss des zehnten Transistors (T10) der ersten H-Brücke (H);
- G11
- elfter Steueranschluss des elften Transistors (T11) der ersten H-Brücke (H);
- G12
- zwölfter Steueranschluss des zwölften Transistors (T12) der ersten H-Brücke (H);
- GBP
- gepulster Betrieb der H-Brücke (H);
- GND
- negative Gesamtversorgungsspannung oder Masse. Typischerweise handelt es sich auch um das Bezugspotenzial;
- GND1
- erste negative Versorgungsspannung, beispielsweise in der ersten H-Brücke (H);
- GND1'
- erste negative Versorgungsspannung, beispielsweise in der zweiten H-Brücke (H');
- GND1"
- erste negative Versorgungsspannung, beispielsweise in der dritten H-Brücke (H'');
- GND2
- zweite negative Versorgungsspannung, beispielsweise in der ersten H-Brücke(H);
- GND2'
- zweite negative Versorgungsspannung, beispielsweise in der zweiten H-Brücke(H');
- GND2"
- zweite negative Versorgungsspannung, beispielsweise in der dritten H-Brücke(H'');
- GWB
- gesperrter Wellenlängenbereich;
- H
- erste H-Brücke entsprechend in ihrer Grundkonstruktion einer der 1 bis 8, 12, 13, 16 bis 21 und 23. Die H-Brücke umfasst in diesem Sinne nicht die erste gepulste Leuchtdiode (LED1, LED1a). Sie umfasst in Sinne dieser Offenlegung nicht die Steuereinrichtung (ST) und die Spannungsregler (SR1, SR2). Sie weist daher die Anschlüsse 6 und 7 für den Anodenanschluss A der betreffenden LED, hier der ersten LED (LED1), und die Anschlüsse 2 und 3 für den Kathodenanschluss K der betreffenden LED, hier der ersten LED (LED1), und die Anschlüsse für die Steuerelektroden (G1, G2, G3, G4) der vier Transistoren (T1, T2, T3, T4) der H-Brücke sowie im einfachsten Fall einen Masseanschluss (GND) und einen Versorgungsspannungsanschluss (VCC) auf. Die erste H-Brücke besteht bevorzugt aus einer ersten Halbbrücke (HB1: T1, T2) und einer zweiten Halbbrücke (T3, T4). Im Extremfall wird die erste Halbbrücke (HB1: T1, T2) von einer ersten positiven Versorgungsspannung (VCC1) und einer ersten negativen Versorgungsspannung (GND1) mit elektrischer Energie versorgt. Im Extremfall wird die zweite Halbbrücke (HB2: T2, T4) von einer zweiten positiven Versorgungsspannung (VCC2) und einer zweiten negativen Versorgungsspannung (GND2) mit elektrischer Energie versorgt. Darüber hinaus können die Energiereserven (C_LPPB, C_LPPA, C_LPMA, C_LPMB) der optionalen Ladungspumpen (LPPB, LPPA, LPMA, LPMB) an die Ladungspumpen angeschlossen sein, die Teil der H-Brücke im Sinne dieser Offenlegung sind. Statt der Ladungspumpen (LPPB", LPPA", LPMA", LPMB") können auch Spannungswandler (SVPB", SVPA", SVMA", SVMB"), sofern benötigt, verwendet werden;
- H'
- zweite H-Brücke entsprechend in ihrer Grundkonstruktion einer der 1 bis 8. Die zweite H-Brücke umfasst in diesem Sinne nicht die zweite gepulste Leuchtdiode (LED1b). Sie umfasst in Sinne dieser Offenlegung nicht die Steuereinrichtung (ST) und die Spannungsregler (SR1, SR2). Sie weist daher die Anschlüsse 6' und 7' für den Anodenanschluss A' der zweiten gepulsten LED (LED1b), und die Anschlüsse 2' und 3' für den Kathodenanschluss K' zweiten gepulsten LED (LED1b), und die Anschlüsse für die Steuerelektroden (G1', G2', G3', G4') der vier Transistoren (T1', T2', T3', T4') der zweiten H-Brücke sowie im einfachsten Fall einen Masseanschluss (GND) und einen Versorgungsspannungsanschluss (VCC) auf. Die zweite H-Brücke besteht bevorzugt aus einer ersten Halbbrücke (HB1: T1, T2) und einer zweiten Halbbrücke (HB2: T3, T4). Im Extremfall wird die erste Halbbrücke (HB1: T1, T2) von einer ersten positiven Versorgungsspannung (VCC1) und einer ersten negativen Versorgungsspannung (GND1) mit elektrischer Energie versorgt. Im Extremfall wird die zweite Halbbrücke (HB2: T2, T4) von einer zweiten positiven Versorgungsspannung (VCC2) und einer zweiten negativen Versorgungsspannung (GND2) mit elektrischer Energie versorgt. Darüber hinaus können die typischerweise H-Brücken spezifischen Energiereserven (C_LPPB', C_LPPA', C_LPMA', C_LPMB') der ebenfalls typischerweise H-Brücken spezifischen optionalen Ladungspumpen (LPPB', LPPA', LPMA', LPMB') der zweiten H-Brücke an die Ladungspumpen (LPPB', LPPA', LPMA', LPMB') der zweiten H-Brücke angeschlossen sein, die ggf. Teil der zweiten H-Brücke im Sinne dieser Offenlegung sind. Statt der Ladungspumpen (LPPB", LPPA", LPMA", LPMB") können auch Spannungswandler (SVPB", SVPA", SVMA", SVMB"), sofern benötigt, verwendet werden. Die zweite H-Brücke entspricht in der Regel in ihrem Aufbau der ersten H-Brücke (H);
- H"
- dritte H-Brücke entsprechend in ihrer Grundkonstruktion einer der 1 bis 8. Die dritte H-Brücke umfasst in diesem Sinne nicht die dritte gepulste Leuchtdiode (LED1c). Sie umfasst in Sinne dieser Offenlegung nicht die Steuereinrichtung (ST) und die Spannungsregler (SR1, SR2). Sie weist daher die Anschlüsse 6" und 7" für den Anodenanschluss A" der dritten gepulsten LED (LED1c), und die Anschlüsse 2" und 3" für den Kathodenanschluss K" dritten gepulsten LED (LED1c), und die Anschlüsse für die Steuerelektroden (G1", G2", G3", G4") der vier Transistoren (T1", T2", T3", T4") der dritten H-Brücke sowie im einfachsten Fall einen Masseanschluss (GND) und einen Versorgungsspannungsanschluss (VCC) auf. Die dritte H-Brücke besteht bevorzugt aus einer ersten Halbbrücke (HB1: T1, T2) und einer zweiten Halbbrücke (HB2: T3, T4). Im Extremfall wird die erste Halbbrücke (HB1: T1, T2) von einer ersten positiven Versorgungsspannung (VCC1) und einer ersten negativen Versorgungsspannung (GND1) mit elektrischer Energie versorgt. Im Extremfall wird die zweite Halbbrücke (HB2: T2, T4) von einer zweiten positiven Versorgungsspannung (VCC2) und einer zweiten negativen Versorgungsspannung (GND2) mit elektrischer Energie versorgt. Darüber hinaus können die typischerweise H-Brücken spezifischen Energiereserven (C_LPPB", C_LPPA", C_LPMA", C_LPMB") der ebenfalls typischerweise H-Brücken spezifischen optionalen Ladungspumpen (LPPB", LPPA", LPMA", LPMB") der zweiten H-Brücke an die Ladungspumpen (LPPB", LPPA", LPMA", LPMB") der dritten H-Brücke angeschlossen sein, die Teil der dritten H-Brücke im Sinne dieser Offenlegung sind. Statt der Ladungspumpen (LPPB", LPPA", LPMA", LPMB") können auch Spannungswandler (SVPB", SVPA", SVMA", SVMB"), sofern benötigt, verwendet werden. Die dritte H-Brücke entspricht in der Regel in ihrem Aufbau der ersten H-Brücke (H);
- HB1
- erste Halbbrücke der H-Brücke umfassend die Serienschaltung aus dem ersten Transistor (T1) und dem zweiten Transistor (T2);
- HB2
- zweite Halbbrücke der H-Brücke umfassend die Serienschaltung aus dem dritten Transistor (T3) und dem vierten Transistor (T4);
- HC1
- erste H-Brücken-Kontrolleinheit;
- HC2
- zweite H-Brücken-Kontrolleinheit;
- HCV
- H-Brückenkontrollinstrument zur Vermessung des Spannungsabfalls über die Last in der H-Brücke, also typischerweise über die erste Leuchtdiode (LED1);
- HCI1
- H-Brückenkontrollinstrument zur Vermessung des Stroms durch das erste Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den ersten Transistor (T1), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den ersten Transistor (T1);
- HCI2
- H-Brückenkontrollinstrument zur Vermessung des Stroms durch das zweite Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den zweiten Transistor (T2), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den zweiten Transistor (T2);
- HCI3
- H-Brückenkontrollinstrument zur Vermessung des Stroms durch das dritte Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den dritten Transistor (T3), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den dritten Transistor (T3);
- HCI4
- H-Brückenkontrollinstrument zur Vermessung des Stroms durch das vierte Schaltelement der H-Brücke, also typischerweise durch den vierten Transistor (T4), hier durch Erfassung des Spannungsabfalls über den vierten Transistor (T4);
- IB
- interner Bus des Scheinwerfers (SW);
- ILED
- elektrischer Strom durch die erste LED (LED1).
- K
- Kathode der ersten Leuchtdiode (LED1);
- k
- optionaler Kurzschlusszustand bei dem die erste LED (LED1) über eine Versorgungsspannung kurzgeschlossen ist;
- Ka
- Kathode der ersten gepulsten Leuchtdiode (LED1a);
- Kb
- Kathode der zweiten gepulsten Leuchtdiode (LED1b);
- Kc
- Kathode der dritten gepulsten Leuchtdiode (LED1c);
- Kfz
- Kraftfahrzeug;
- Kfz1
- erstes Kraftfahrzeug;
- Kfz2
- zweites Kraftfahrzeug;
- L_SVMA
- Energiereserve für den negativen Spannungswandler (SVMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke, typischerweise eine Induktivität. Diese Energiereserve wird typischerweise zusammen mit einer Freilaufdiode eingesetzt, wenn statt einer negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke ein negativer Spannungswandler (SVMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke eingesetzt wird. Diese Energiereserve ist in keiner der Zeichnungen eingezeichnet, aber Teil der Offenlegung.;
- L_SVMB
- Energiereserve für den negativen Spannungswandler (SVMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, typischerweise eine Induktivität. Diese Energiereserve wird typischerweise zusammen mit einer Freilaufdiode eingesetzt, wenn statt einer negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ein negativer Spannungswandler (SVMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger eingesetzt wird. Diese Energiereserve ist in keiner der Zeichnungen eingezeichnet, aber Teil der Offenlegung;
- L_SVPA
- Energiereserve für den positiven Spannungswandler (SVPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke, typischerweise eine Induktivität. Diese Energiereserve wird typischerweise zusammen mit einer Freilaufdiode eingesetzt, wenn statt einer positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke ein positiver Spannungswandler (SVPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke eingesetzt wird. Diese Energiereserve ist in keiner der Zeichnungen eingezeichnet, aber Teil der Offenlegung;
- L_SVPB
- Energiereserve für den positiven Spannungswandler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger, typischerweise eine Induktivität. Diese Energiereserve wird typischerweise zusammen mit einer Freilaufdiode eingesetzt, wenn statt einer positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger ein positiver Spannungswandler (SVPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger eingesetzt wird. Diese Energiereserve ist in keiner der Zeichnungen eingezeichnet, aber Teil der Offenlegung;
- LCD
- strukturierbare Blende, bevorzugt eine LCD betriebene Blende bzw. ein transparentes LCD-Display für Licht-Transmission;
- LCD_CS
- Kontrollsignal vorzugsweise des Rechnersystems (µC) zur Steuerung der strukturierten Blende, z.B. die eines transparenten LCD-Schirms (LCD-Diascope);
- LED1
- erste Leuchtdiode;
- LED1a
- erste gepulste Leuchtdiode;
- LED1b
- zweite gepulste Leuchtdiode;
- LED2..n
- weitere, nicht gepulste Leuchtdioden oder Leuchtmittel;
- LPMA
- negative Ladungspumpe zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H);
- LPMA'
- negative Ladungspumpe zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H');
- LPMA"
- negative Ladungspumpe zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H");
- LPMB
- negative Ladungspumpe zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H);
- LPMB'
- negative Ladungspumpe zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H');
- LPMB"
- negative Ladungspumpe zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H");
- LPPA
- positive Ladungspumpe zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H);
- LPPA'
- positive Ladungspumpe zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H');
- LPPA"
- positive Ladungspumpe zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H");
- LPPB
- positive Ladungspumpe zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H);
- LPPB'
- positive Ladungspumpe zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H');
- LPPB"
- positive Ladungspumpe zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H");
- LP
- Lichtpuls;
- LPF
- Lichtpulsfolge;
- LPWB
- lichtpulsfähiger Wellenlängenbereich;
- µC
- Rechnersystem;
- MD
- lichtempfindliche Messdiode;
- MS1
- erstes Messsignal;
- MS2
- zweites Messsignal;
- MS2
- drittes Messsignal;
- MV
- Messvorrichtung;
- NGWB
- nicht gesperrter Wellenlängenbereich. Der nicht gesperrte Wellenlängenbereich umfasst den abgestrahlten Wellenlängenbereich (AWB) ohne den gesperrten Wellenlängenbereich (GWB);
- NL1
- Nebelleuchte links;
- NL2
- Nebelleuchte rechts;
- NRL1
- Nebelrückleuchte links;
- NRL2
- Nebelrückleuchte rechts;
- OP
- Optik oder optisches System;
- OP2
- weitere Optik oder weiteres optisches System;
- OP3
- weitere Optik oder weiteres optisches System;
- PAn
- An-Zustand im gepulsten Betrieb (GPB);
- PAus
- Aus-Zustand im gepulsten Betrieb (GPB) in dem die LED kein Licht abgibt und in dem die Ladungsträger aus der LED aktiv entfernt werden;
- PD1
- erste Fotodiode;
- PD2
- zweite Fotodiode;
- PL
- Projektionsoptik oder Projektionslinse;
- PQZ
- Zwischenzustand im gepulsten Betrieb (GPB) bei dem durch die zeitliche Kürze des Aufenthalts in diesem Zwischenzustand ein Querstrom in der H-Brücke im nachfolgenden „PAus“-Zustand zum schnelleren Ausräumen der Ladungsträger kontrolliert dadurch zugelassen wird, dass die Aufenthaltsdauer Δt in diesem Zustand kürzer ist als die Zeit vom Beginn des Zwischenzustands zum Ausschaltzeitpunkt derjenigen Transistoren, die im „PAn“-Zustand leitend waren. Der Ausschaltzeitpunkt derjenigen Transistoren, die im „PAn“-Zustand leitend waren, kann geeignet gewählt werden. Δt kann negativ gewählt oder negativ zugelassen werden, wenn der Strom durch die H-Brücke begrenzt wird.
- PZ
- Zwischenzustand des gepulsten Betriebs;
- QDB
- Quasidauerbetrieb der H-Brücke. Dies ist der Betriebsmodus, in dem typischerweise die erste LED (LED1) als Leuchtmittel einer Beleuchtungsvorrichtung eingesetzt wird.
- RF
- Reflektor, vorzugsweise eine Spiegeloptik;
- RF2
- weiterer Reflektor, vorzugsweise eine weitere Spiegeloptik;
- RFL1
- Rückfahrscheinwerfer links;
- RFL2
- Rückfahrscheinwerfer rechts;
- RL1
- Rückleuchte links;
- RL2
- Rückleuchte rechts;
- Rs1
- erster Shunt-Widerstand;
- Rs2
- zweiter Shunt-Widerstand;
- SCHW
- Schwellwert;
- SL
- Streulicht;
- SL1
- Streulicht der ersten gepulsten Leuchtdiode (LED1a);
- SL2
- Streulicht der zweiten gepulsten Leuchtdiode (LED1b);
- SR1
- erster Spannungsregler, der aus der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) die erste positive Versorgungsspannung (VCC1) und die erste negative Versorgungsspannung (GND1) erzeugt;
- SR2
- zweiter Spannungsregler, der aus der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) die zweite positive Versorgungsspannung (VCC2) und die zweite negative Versorgungsspannung (GND2) erzeugt;
- SR3
- dritter Spannungsregler, der aus der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) die dritte positive Versorgungsspannung (VCC3) und die dritte negative Versorgungsspannung (GND3) erzeugt;
- SR4
- vierter Spannungsregler, der aus der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) die vierte positive Versorgungsspannung (VCC4) und die vierte negative Versorgungsspannung (GND4) erzeugt;
- SR5
- fünfter Spannungsregler, der aus der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) die fünfte positive Versorgungsspannung (VCC5) und die fünfte negative Versorgungsspannung (GND5) erzeugt;
- SR6
- sechster Spannungsregler, der aus der positiven Gesamtversorgungsspannung (VCC) und der negativen Gesamtversorgungsspannung (GND) die sechste positive Versorgungsspannung (VCC6) und die sechste negative Versorgungsspannung (GND4) erzeugt;
- ST
- Steuereinrichtung;
- SVMA
- negativer Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H). Der negative Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H) kann anstelle der negativen Ladungspumpe (LPMA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der negative Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H) erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (GND1) gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die niedriger ist als die negativste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVMA'
- negativer Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H'). Der negative Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H') kann anstelle der negativen Ladungspumpe (LPMA') zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H'), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der negative Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H') erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (GND1') gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die niedriger ist als die negativste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVMA"
- negativer Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H"). Der negative Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H") kann anstelle der negativen Ladungspumpe (LPMA") zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der negative Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H") erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (GND1") gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die niedriger ist als die negativste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVMB
- negativer Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H). Der negative Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H) kann anstelle der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der negative Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H) erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (GND2) gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die niedriger ist als die negativste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVMB'
- negativer Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H'). Der negative Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H') kann anstelle der negativen Ladungspumpe (LPMB') zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H'), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der negative Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H') erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (GND2') gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die niedriger ist als die negativste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVMB"
- negativer Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H"). Der negative Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H") kann anstelle der negativen Ladungspumpe (LPMB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H"), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der negative Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H") erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (GND2") gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die niedriger ist als die negativste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVPA
- positiver Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H). Der positive Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H) kann anstelle der positiven Ladungspumpe (LPPA) zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der positive Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der ersten H-Brücke (H) erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (VCC2) gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die höher ist als die positivste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVPA'
- positiver Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H'). Der positive Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H') kann anstelle der positiven Ladungspumpe (LPPA') zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H'), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der positive Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der zweiten H-Brücke (H') erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (VCC2') gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die höher ist als die positivste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVPA"
- positiver Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H"). Der positive Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H") kann anstelle der positiven Ladungspumpe (LPPA") zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H"), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der positive Spannungswandler zum Erzeugen einer schnellen Einschaltflanke in der dritten H-Brücke (H") erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (VCC2") gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die höher ist als die positivste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVPB
- positiver Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H). Der positive Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H) kann anstelle der positiven Ladungspumpe (LPPB) zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der positive Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der ersten H-Brücke (H) erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (VCC1) gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die höher ist als die positivste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVPB'
- positiver Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H'). Der positive Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H') kann anstelle der positiven Ladungspumpe (LPPB') zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H'), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der positive Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der zweiten H-Brücke (H') erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (VCC1') gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die höher ist als die positivste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SVPB"
- positiver Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H"). Der positive Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H") kann anstelle der positiven Ladungspumpe (LPPB") zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H"), insbesondere in den Figuren, ersatzweise vorgesehen werden. Der positive Spannungswandler zum schnellen Absaugen der gespeicherten Ladungsträger in der dritten H-Brücke (H") erzeugt bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine Ausgangsspannung (VCC1") gegenüber einem Bezugspotenzial (GND), die höher ist als die positivste seiner Versorgungsspannungen gegenüber diesem Bezugspotenzial (GND);
- SW
- Scheinwerfer;
- SW1
- erster Scheinwerfer;
- SW2
- zweiter Scheinwerfer;
- SW3
- dritter Scheinwerfer;
- SWL
- Scheinwerferlicht, das typischerweise nicht gepulst ist;
- sync
- Synchronisationssignale mit denen die Steuervorrichtung das Sendesignal an die Messvorrichtung (MV) übermittelt, damit diese einen Vergleich zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen Signal der Messdiode (MD) z.B. durch Bildung eines Korrelationsintegrals zwischen dem Sendesignal und dem empfangenen Signal der Messdiode (MD) durchführen kann.
- τ
- Lebensdauer der Ladungsträger der ersten Leuchtdiode (LED1);
- τpn
- Ausräumzeit. Im Sinne dieser Offenlegung ist die Ausräumzeit die Zeit, die eine gegenüber dem Betrag der Versorgungsspannung betragsmäßig erhöhte Ausräumspannung (URM) in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1) an diese erste Leuchtdiode (LED1) angelegt wird. Die Ausräumzeit wird entsprechend dieser Offenlegung bevorzugt so bemessen, dass eine Restladung in der ersten LED (LED1) verbleibt, um die Lebensdauer nicht mehr als notwendig zu reduzieren. Die Ausräumzeit ist daher bevorzugt kürzer als die Speicherzeit der Ladungsträger für diese betragsmäßig erhöhte Ausräumspannung in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1). Die Ausräumzeit (τpn) beträgt dabei bevorzugt weniger als 95% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 95% der Speicherzeit (τsp1)), besser weniger als 90% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 85% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 80% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 75% der Speicherzeit (τsp1). Es wird empfohlen, die Auswirkung auf die Sperrschicht und die Lebensdauer der ersten Leuchtdiode (LED1) genau zu vermessen und zu qualifizieren und die Ausräumzeit (τpn) und die Ausräumspannung (URM) geeignet entsprechend den Ergebnissen anzupassen. In der Regel sind diese Daten in den Datenblättern der Leuchtdioden nicht verfügbar.
- τpp
- Einschaltzeit. Im Sinne dieser Offenlegung ist die Einschaltzeit die Zeit, die eine gegenüber dem Betrag der Versorgungsspannung betragsmäßig erhöhte Vorwärtsspannung in Flussrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1) an diese erste Leuchtdiode (LED1) angelegt wird. Die Einschaltzeit wird entsprechend dieser Offenlegung bevorzugt so bemessen, dass die Leuchtenergieabgabe gerade einen vorgegebenen Maximalwert erreicht. Die Ausräumzeit ist daher bevorzugt kürzer als die Speicherzeit der Ladungsträger für diese betragsmäßig erhöhte Ausräumspannung in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1). Die Einschaltzeit beträgt dabei bevorzugt weniger als 95% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 95% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 90% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 85% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 80% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 75% der Speicherzeit (τsp1). Hierdurch wird die erste Leuchtdiode nicht vollständig mit Ladungsträgern geflutet. Vielmehr ergibt sich eine Ladungswolke, die in den Bereich der anderen Dotierung innerhalb des pn-Übergangs eindringt. Es wird empfohlen, die Auswirkung auf die Sperrschicht und die Lebensdauer der ersten Leuchtdiode (LED1) genau zu vermessen und zu qualifizieren und die Einschaltzeit (τpp) und die Vorwärtsspannung (UDR) geeignet entsprechend den Ergebnissen anzupassen. In der Regel sind diese Daten in den Datenblättern der Leuchtdioden nicht verfügbar.
- τSP0
- Speicherzeit der Ladungsträger in der ersten Leuchtdiode (LED1) bei Betrieb mit Versorgungsspannung und Verwendung der Versorgungsspannung als Ausräumspannung in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1).
- τSP1
- Speicherzeit der Ladungsträger in der ersten Leuchtdiode (LED1) bei Betrieb mit einer gegenüber der Versorgungsspannung erhöhten Spannung als Betriebsspannung im Pulsbetrieb in Flussrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1) und Verwendung einer gegenüber dem Betrag der Versorgungsspannung betragsmäßig erhöhten Ausräumspannung in Sperrrichtung der ersten Leuchtdiode (LED1).
- t
- Zeit;
- t0
- erster Zeitpunkt;
- t1
- zweiter Zeitpunkt;
- T1
- erster Transistor oder erster steuerbarer Schalter, der durch seinen ersten Steueranschluss (G1) steuerbar ist;
- T1'
- erster Transistor der zweiten H-Brücke (H') oder erster steuerbarer Schalter der zweiten H-Brücke (H'), der durch seinen ersten Steueranschluss (G1') steuerbar ist;
- T1"
- erster Transistor der dritten H-Brücke (H") oder erster steuerbarer Schalter der dritten H-Brücke (H"), der durch seinen ersten Steueranschluss (G1") steuerbar ist;
- T2
- zweiter Transistor oder zweiter steuerbarer Schalter, der durch seinen zweiten Steueranschluss (G2) steuerbar ist;
- T2'
- zweiter Transistor der zweiten H-Brücke (H') oder zweiter steuerbarer Schalter der zweiten H-Brücke (H'), der durch seinen zweiten Steueranschluss (G2') steuerbar ist;
- T2"
- zweiter Transistor der dritten H-Brücke (H") oder zweiter steuerbarer Schalter der dritten H-Brücke (H"), der durch seinen zweiten Steueranschluss (G2") steuerbar ist;
- T3
- dritter Transistor oder dritter steuerbarer Schalter, durch seinen dritten Steueranschluss (G3) steuerbar ist;
- T3'
- dritter Transistor der zweiten H-Brücke (H') oder dritter steuerbarer Schalter der zweiten H-Brücke (H'), der durch seinen dritten Steueranschluss (G3') steuerbar ist;
- T3"
- dritter Transistor der dritten H-Brücke (H") oder dritter steuerbarer Schalter der dritten H-Brücke (H"), der durch seinen dritten Steueranschluss (G3") steuerbar ist;
- T4
- vierter Transistor oder vierter steuerbarer Schalter, der durch seinen vierten Steueranschluss (G4) steuerbar ist;
- T4'
- vierter Transistor der zweiten H-Brücke (H') oder vierter steuerbarer Schalter der zweiten H-Brücke (H'), der durch seinen vierten Steueranschluss (G4') steuerbar ist;
- T4'
- vierter Transistor der dritten H-Brücke (H") oder vierter steuerbarer Schalter der dritten H-Brücke (H"), der durch seinen vierten Steueranschluss (G4") steuerbar ist;
- T5
- fünfter Transistor oder fünfter steuerbarer Schalter, der durch seinen fünften Steueranschluss (G5) steuerbar ist;
- T6
- sechster Transistor oder sechster steuerbarer Schalter, der durch seinen sechsten Steueranschluss (G6) steuerbar ist;
- T7
- siebter Transistor oder siebter steuerbarer Schalter, der durch seinen siebten Steueranschluss (G7) steuerbar ist;
- T8
- achter Transistor oder achter steuerbarer Schalter, der durch seinen achten Steueranschluss (G8) steuerbar ist;
- T9
- neunter Transistor oder neunter steuerbarer Schalter, der durch seinen neunten Steueranschluss (G9) steuerbar ist;
- T10
- zehnter Transistor oder zehnter steuerbarer Schalter, der durch seinen zehnten Steueranschluss (G10) steuerbar ist;
- T11
- elfter Transistor oder elfter steuerbarer Schalter, der durch seinen elften Steueranschluss (G11) steuerbar ist;
- T12
- zwölfter Transistor oder zwölfter steuerbarer Schalter, der durch seinen zwölften Steueranschluss (G12) steuerbar ist;
- TB
- Zeitbasis. Die Zeitbasis erzeugt die Basiszeitsignale der Vorrichtung. Dabei handelt es sich vorzugsweise um das Basiszeitsignal (clk1) (typischerweise = Basistakt) der Rechnersystems (µC) und das Basiszeitsignal (clk2) (typischerweise = Basistakt) der Steuereinrichtung (ST) und das Basiszeitsignal (clk3) (typischerweise = Basistakt) der H-Brücke (H), vorzugsweise der Ladungspumpen in der H-Brücke (H). Diese Basiszeitsignale (clk1, clk2, clk3) können voneinander abhängen oder gleich sein;
- TPZmin
- Mindestverweildauer im „PZ“-Zustand;
- TOFIMG
- zweidimensionale Anordnung zeitlich steuerbarer lichtempfindlicher Sensoren.
- TWL1
- Warnleuchte links für Fahrzeuge im toten Winkel links;
- TWL2
- Warnleuchte rechts für Fahrzeuge im toten Winkel rechts;
- UDR
- Vorwärtsspannung an der ersten Leuchtdiode (LED1), die dazu führt, dass die erste Leuchtdiode (LED1) mit Ladungsträgern geflutet wird. Bevorzugt liegt der Betrag der Vorwärtsspannung im Pulsbetrieb oberhalb des Spannungsbetrages der Spannung, die im Beleuchtungsbetrieb zur Ansteuerung der ersten Leuchtdiode (LED1) verwendet wird. Die Einschaltzeit (τpp), für deren Verlauf diese Vorwärtsspannung an die erste LED (LED1) angelegt wird, wird daher so bemessen, dass sie bevorzugt nur einen zeitlichen Bruchteil der Speicherzeit (τsp1) für eine Sperrspannung gleichen Spannungsbetrages wie diese Vorwärtsspannung beträgt.
- URM
- Ausräumspannung oder auch Sperrspannung an der ersten Leuchtdiode (LED1), die dazu führt, dass die Ladungsträger, die sich noch innerhalb der ersten Leuchtdiode (LED1) befinden, beschleunigt abgesaugt werden. Bevorzugt liegt der Betrag der Sperrspannung im Pulsbetrieb oberhalb des Spannungsbetrages der Spannung, die im Beleuchtungsbetrieb zur Ansteuerung der ersten Leuchtdiode (LED1) verwendet wird. Ausräumzeit (τpn), die diese Sperrspannung an die erste LED (LED1) angelegt wird, wird daher so bemessen, dass sie bevorzugt nur einen zeitlichen Bruchteil der Speicherzeit (τsp1) beträgt. Die Ausräumzeit (τpn) beträgt dabei bevorzugt weniger als 95% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 95% der Speicherzeit (τsp1)), besser weniger als 90% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 85% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 80% der Speicherzeit (τsp1), besser weniger als 75% der Speicherzeit (τsp1). Es wird empfohlen, die Auswirkung auf die Sperrschicht und die Lebensdauer der ersten Leuchtdiode (LED1) genau zu vermessen und zu qualifizieren und die Ausräumzeit (τpn) und die Ausräumspannung geeignet entsprechend den Ergebnissen anzupassen.
- VCC
- positive Gesamtversorgungsspannung;
- VCC'
- positive Versorgungsspannung, die zwischen dem Quasidauerbetrieb (QDB) und dem gepulsten Betrieb (GPB) betragsmäßig zwischen einem Spannungswert entsprechend einer ersten Versorgungsspannung (VCC1) und einem zweiten Spannungswert entsprechen einer dritten Versorgungsspannung (VCC3) umgeschaltet wird;
- VCC1
- erste positive Versorgungsspannung, beispielsweise in der ersten H-Brücke (H);
- VCC1'
- erste positive Versorgungsspannung, beispielsweise in der zweiten H-Brücke (H');
- VCC1"
- erste positive Versorgungsspannung, beispielsweise in der dritten H-Brücke (H");
- VCC2
- zweite positive Versorgungsspannung, beispielsweise in der ersten H-Brücke (H);
- VCC2'
- zweite positive Versorgungsspannung, beispielsweise in der zweiten H-Brücke (H');
- VCC2"
- zweite positive Versorgungsspannung, beispielsweise in der dritten H-Brücke (H");
- VCC3
- dritte positive Versorgungsspannung;
- VLED1
- Leuchtmittelspannung über die erste Leuchtdiode (LED1) in der H-Brücke (H);
- VWB
- für die Messung verwendeter Wellenlängenbereich (entspricht typischerweise dem durch die erste LED (LED1) abgestrahlten ersten Wellenlängenbereich (WB1))
- WB1
- erster Wellenlängenbereich;
- WB2
- zweiter Wellenlängenbereich;
- WB3
- dritter Wellenlängenbereich;
- Z
- Zwischenzustand in dem alle vier Transistoren (T1, T2, T3, T4) und ggf. weitere Transistoren (z.B. T12) ausgeschaltet sind;
- ZL1
- Zierleuchte links;
- ZL2
- Zierleuchte rechts;
-
Liste der zitierten Schriften
-
- CN 102 612 231 A ,
- DE 197 04 496 A1 ,
- DE 10 2006 041 013 A1 ,
- DE 10 2006 044 794 A1 ,
- DE 10 2008 018 718 B4 ,
- DE 10 2009 020 218 B3 ,
- DE 10 2013 001 273 A1 ,
- DE 10 2013 001 274 A1 ,
- DE 10 2013 002 668 A1 ,
- DE 20 2013 008 067 U1 ,
- DE 10 2014 105 482 A1 ,
- DE 10 2015 110 233 A1 ,
-
DE 10 2016 116 718 A1
- DE 10 2016 205 563 A1 ,
- DE 10 2016 202 505 A1 ,
- DE 20 2017 103 902 U1 ,
-
EP 0 470 780 A2
- EP 2 160 629 B1 ,
- EP 2 761 978 B1 ,
- EP 0 762 651 A2 ,
- EP 2 783 232 B1 ,
- JP 2005- 158 483 A ,
- US 4 571 506 A ,
- US 9 653 642 B1 ,
- US 2016 / 0 257 306 A1 ,
- WO 2014/ 124 768 A1 ,
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Zitierte Nicht-Patent-Literatur
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- WESEN, Bjorn [et al.]: „Fastest way of doing on/off-modulation of a LED?. 22nd June 2011, edited 23rd June 2014. 4. S. URL: https://elecgtronics.stackexchange.com/questions/15818/fastest-way-of-doingon-off-modulation-of -a-Ied [abgerufen am 23.01.2018]
- „TPS28226 High-Frequency 4-A Sink Synchronous MOSFET Drivers“,Applikationsschrift der Fa. Texas Instruments
- „2A Synchronous Buck Power MOSFET Driver“ einer Applikationsschrift der Fa. Microchip zum Microchip-Produkt MCP14628