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WO2018148767A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer lichtverteilung vor einem fahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer lichtverteilung vor einem fahrzeug Download PDF

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WO2018148767A1
WO2018148767A1 PCT/AT2018/060028 AT2018060028W WO2018148767A1 WO 2018148767 A1 WO2018148767 A1 WO 2018148767A1 AT 2018060028 W AT2018060028 W AT 2018060028W WO 2018148767 A1 WO2018148767 A1 WO 2018148767A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
vehicle
function
trajectory
parameter
Prior art date
Application number
PCT/AT2018/060028
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus REINPRECHT
Thomas Jungwirth
Original Assignee
Zkw Group Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zkw Group Gmbh filed Critical Zkw Group Gmbh
Publication of WO2018148767A1 publication Critical patent/WO2018148767A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/02—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments
    • B60Q1/04—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights
    • B60Q1/06—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle
    • B60Q1/08—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle automatically
    • B60Q1/085—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle automatically due to special conditions, e.g. adverse weather, type of road, badly illuminated road signs or potential dangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/64—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on refractors, filters or transparent cover plates by changing their light transmissivity, e.g. by liquid crystal or electrochromic devices
    • F21S41/645—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on refractors, filters or transparent cover plates by changing their light transmissivity, e.g. by liquid crystal or electrochromic devices by electro-optic means, e.g. liquid crystal or electrochromic devices
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    • B60Q1/02—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments
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    • B60Q1/115—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle automatically due to vehicle inclination, e.g. due to load distribution by electric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q2300/00—Indexing codes for automatically adjustable headlamps or automatically dimmable headlamps
    • B60Q2300/30—Indexing codes relating to the vehicle environment
    • B60Q2300/31—Atmospheric conditions
    • B60Q2300/312—Adverse weather

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a light distribution in front of a
  • the invention relates to a device for generating a light distribution in front of a vehicle, in particular a vehicle headlight, in which the method steps according to the invention are executable.
  • the invention relates to an assembly for generating a light distribution in front of a vehicle, in particular a vehicle headlight, in which the inventive
  • Procedural steps are executable.
  • the photograph is defined in the sense used here on the basis of a projection on a vertical surface in accordance with the relevant standards relating to automotive lighting technology. Furthermore, the generated photo should
  • headlamps have been developed in which a variably controllable reflector surface is formed from a plurality of micromirrors and a light emission, which is generated by a light source unit, is applied to selected regions
  • Such lighting devices are advantageous in vehicle because of their very flexible lighting functions, since the illumination intensity can be controlled individually for different lighting areas and any light functions can be realized with different light distributions, such as a low beam light distribution, a cornering light distribution, a city light distribution, a Highway light distribution, a cornering light Light distribution, a high beam light distribution, an additional high-beam light distribution or the formation of glare-free high beam (also known as Adaptive Driving Beam
  • ADB Headlighting System
  • DLP® Digital Light Processing
  • a DMD microsystem is a spatial light modulator (SLM) which consists of matrix-shaped micromirror actuators, that is to say tiltable reflecting surfaces, for example with an edge length of approximately 16 ⁇ m or else The mirror surfaces are designed so that they are movable by the action of electrostatic fields.Each micromirror is individually adjustable in its tilt angle and usually has two stable end states, which can be changed within a second up to 5000 times Individual micromirrors can each be controlled, for example, by a pulse width modulation (PWM) in order to image further states of the micromirrors in the main beam direction of the DMD arrangement whose time-averaged reflectivity lies between the two stable states of the DMD of projected image, where a mirror can represent one or more pixels. Meanwhile, DMD chips are available with high resolutions in the megapixel range.
  • the underlying technology for adjustable mirrors is Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology.
  • the "Analog Micromirror Device” (AMD) technology has the property that the individual mirrors can be set in variable mirror positions, which are each in a stable state.
  • unwanted effects can occur when driving with a vehicle due to the influence of the weather, in that emitted headlight light in the area immediately in front of the vehicle is reflected back to precipitation, such as raindrops or snowflakes, toward the driver of the vehicle, for example can lead to visual irritation of the eye, which can lead to fatigue and even dazzling the driver.
  • headlamps based on DMD technology may have a limited life, which is often associated with high temperature sensitivity of DMD technology.
  • Parameter as at least one relevant parameter
  • Output unit preferably after conversion of the light matrix into a corresponding video signal
  • Projection optics and forming a light image in front of the vehicle.
  • the temperature parameter the precipitation intensity parameter and the
  • Precipitation size parameters can each also be referred to as environmental parameters.
  • the speed parameter may also be referred to as vehicle parameter.
  • the relevant parameter can be, for example, the temperature parameter, the
  • Precipitation intensity parameter the precipitation size parameter or the
  • Include speed parameters, or combinations of two, three or four of said parameters include.
  • Precipitation intensity parameters and the precipitation size parameter, from the relevant parameter are included. It is thereby achieved that an undesired impairment of the driver by rain or snow is particularly effectively reduced. It is particularly favorable when the temperature parameter, the
  • Speed parameters are included in the relevant parameter. It is thereby achieved that an undesired impairment of the driver by rain or snow is particularly effectively reduced.
  • both the stored or calculated light distribution for example a light distribution of a low beam, as well as the light distribution of the superimposition function, be dynamic light functions, that is adaptable to driving situations of the vehicle.
  • the driving situations of the vehicle can while driving at different speeds, as well as in the state, for example during
  • the superimposition can be particularly simple in the form of a mathematical combination of two matrices, namely a first matrix for the stored
  • optoelectronic component is taken into account.
  • HME Hete Memory Effect
  • Tl - T9 [° C]: T1 ⁇ T2 ⁇ T3 ⁇ T4 ⁇ T5 ⁇ 70 ° C ⁇ T6 ⁇ T7 ⁇ T8 ⁇ T9
  • the HME is dependent on the duty cycle of the micromirrors, the duty cycle being defined by Equations 1 and 2.
  • the duty cycle is the ratio of switched on to off, that is, between a first micromirror position and a second micromirror position. Tast (Equation 1)
  • a DMD component can be strongly heated by very strong and bright light sources and / or by high ambient temperatures. It is advantageous in the design of a cooling concept to consider the duty cycle of the DMD component. This allows headlamps to have a significantly longer service life.
  • Light distribution is associated and is transformed by a transfer function, wherein the transfer function preferably corresponds to an operation of a multiplication or addition.
  • the overlay function can be realized in a particularly simple and cost-effective manner. There is no need for complex calculations requiring, for example, a floating-point arithmetic unit that would unnecessarily increase system complexity and cost.
  • a transfer function a more complex operation or function is possible, wherein the overlay function comprises a function inverse or complementary to the transfer function to modify, that is to reduce, eliminate or in the light matrix certain areas in their respective amount when performing the operation in the light matrix to increase.
  • matrix filters known from image processing can also be used, for example, for certain details in the light matrix Stronger or more sharply stamp out.
  • two elements associated with one another are in each case an element of an overlay function, and in each case one element of a light distribution, which are both located at the same location, for example the same pixel in a light matrix.
  • Substantially zero is preferably between 30% and 70%, preferably between 40% and 60%, more preferably between 45% and 55% of the total number of elements of the light matrix. This choice ensures that the desired illumination by a corresponding headlamp meets the lighting requirements for the ride, and also a significant portion of precipitation elements is not illuminated, whereby unwanted reflections can be reduced.
  • the values of the elements of the light matrix that are substantially nonzero after the transformation are preferably larger in magnitude than the amounts of the associated values in the light distribution. This ensures that the total illumination, ie the average value of the luminous pixels and the non-luminous pixels, by a corresponding headlight at a defined reference distance the same
  • the value of the respective element is substantially zero if it is significantly below the original brightness reference value of the same element, namely that at
  • the value is analogously zero, for example, if it is 50% or even 10% below the brightness reference value.
  • Field of vision in front of the vehicle preferably in a range between 1 m and 5 m in front of the vehicle, particularly preferably in a range between 1 m and 50 m in front of the vehicle) should produce the same brightness as a conventional headlight.
  • the static projection pattern may preferably have a strip-shaped pattern, which is vertically oriented in rows, columns horizontally or obliquely as a projected light image of a light distribution in front of the vehicle, or a checkerboard-like pattern or a uniformly distributed random pattern.
  • the pattern size of the projection pattern is sized to approximate, for example, the average size of the precipitating elements at a viewing distance before the
  • Vehicle corresponds.
  • the viewing distance of the precipitation elements, in which disturbing optical reflections occur in about 1 m to 10 m.
  • a uniform projection pattern is, for example, a checkerboard pattern in which the horizontal and vertical sections or patterns repeat approximately at equal intervals.
  • a prediction function comprises a trajectory of a predicted trajectory of a hypothetical, falling precipitation element in the field of vision in front of the vehicle.
  • the trajectory is calculated from the relevant parameter and the trajectory is defined in each of its function values along its course in each case by a course vector. If the determination of the projection pattern, that is to say the overlay function, is based on the trajectories or trajectories of individual or several precipitation elements, a particularly favorable optical effect on the driver's human eye is achieved.
  • a time-dependent modulation function which is defined by a modulation source, is determined along the trajectory. Time intervals determine the repetition rate of the
  • Modulation function and the abscissa of the modulation function extends locally along the trajectory. Preferably, this is superimposed by pointwise multiplication and thereby the overlay function is formed in the form of a light modulation function.
  • a very pleasing visual impression of the process is achieved for the observer, by reducing a possible stroboscopic effect.
  • This effect can occur when moving objects are pulsed in time and if the pulse train has such a long period of time that the human eye can perceive it.
  • the stroboscopic effect can be further reduced by making the transitions between the extreme values of the modulation function not discrete, but more or less gentle. In any case, care should be taken that the switching frequency of the micromirrors is chosen to be sufficiently large to allow the human eye as little as possible to be fatigued by a possible flicker effect of the projected light image.
  • the amount of a function value of the light modulation function at a first location of the trajectory at a first time corresponds to a previous, second time.
  • the second place is located in the place to which the first place begins
  • a visually appealing effect by a particularly natural-looking appearance for the viewer is achieved when the trajectory each has a beginning and one end, the beginning of an imaginary horizontal line is located.
  • the line is located in an area that corresponds to an upper area of a vehicle-formed light image, preferably the upper boundary of the formed light image and there has the first trajectory of the trajectory and the trajectory further horizontally laterally and / or vertically down to the end runs.
  • Light modulation function is a on / off modulation, which is preferably divided into equally long time intervals.
  • the at least one light modulation function is a substantially sinusoidal modulation, which is preferably subdivided into equally long time intervals.
  • a substantially sinusoidal modulation means that the course of the modulation need not exactly correspond to a sine function, but may also have a sinusoidal profile, such as composite half-arcs.
  • the beneficial effect is a smooth transition between a luminous and a non-luminous image area.
  • the light modulation function can be formed from a time-dependent two-dimensional function, in particular from a polynomial, wherein the function value of the polynomial in magnitude and slope in the intersections of at least one cut trajectory essentially the functional value of the normals of the
  • Polynomial can lead.
  • Determining the polynomial approximation functions preferably spline or Bezier interpolations, are used.
  • a particularly homogeneous impression of the visual effect for the observer is achieved if the size of pattern details, which are intended to illuminate, for example, snowflakes or raindrops, or not evenly illuminate, in the projection pattern of the relevant Parameter dependent, measured in a plane transverse to the direction of light of
  • the distance is preferably in a range between 1 m and 5 m in front of the vehicle, more preferably in a range between 1 m and 50 m in front of the vehicle.
  • the relevant parameter preferably corresponds to the precipitation parameter and is more preferably at least a factor of three greater than that
  • the object is also achieved by a device for generating a light distribution in front of a vehicle, in particular a headlight, in which said
  • Procedural steps are executable.
  • the controllable arrangement of a plurality of individually adjustable optoelectronic elements of the optoelectronic component when set up, it is favorable to be driven with a switching frequency which depends on the relevant parameter, the switching frequency preferably being between 100 Hz and 1500 Hz.
  • the switching frequency preferably being between 100 Hz and 1500 Hz.
  • components are commercially available, so that a cost-effective implementation can be achieved.
  • the lower border ensures a flicker-free image for the viewer.
  • the duty cycle is adjusted in dependence on a desired operating temperature of the optoelectronic component so that it is greater than or equal to the value 0.5. This can lead to a particularly long service life of the optoelectronic component being achieved, which is particularly important for applications in the automotive sector.
  • a means for detecting the ambient temperature a temperature sensor of the vehicle or a telecommunications means for receiving a temperature value, which is determined for the geographical location of the vehicle, preferably by an electronic service, and provided by the electronic service is included.
  • a means for detecting the precipitation is a rain sensor, for example of a vehicle windshield wiper system, or a video-based one
  • Camera system of a vehicle preferably a driver assistance system, is included.
  • a means for detecting the vehicle speed is a tachometer of a vehicle or a video-based camera system of a vehicle, preferably a driver assistance system.
  • Micromirror Device is because commercial components are available, so that a cost effective realization can be achieved.
  • the light source comprises at least one light emitting diode, preferably a high current or power LED, or at least one laser diode. This allows an efficient design and small size of the device can be achieved.
  • a further development of the invention forms an assembly comprising at least one aforementioned device, wherein the assembly forms a headlight component which can be mounted in a vehicle.
  • the assembly may further include, for example
  • Headlamp housing include and is mountable in a vehicle. Thus, a simple assembly and maintenance of the device is ensured in a vehicle.
  • Fig. 2 is a side view of a vehicle with precipitation and conventional
  • FIG. 3 is a side view of the vehicle with precipitation and an embodiment of a headlight according to the invention
  • 5 shows the detailed view of the field of view with segmented illumination
  • 6 is a perspective view of a first embodiment of a device of a vehicle headlamp according to the invention
  • FIG. 7 is a perspective view of a second embodiment of a device of a vehicle headlamp according to the invention.
  • Fig. 8 is a front view of an optoelectronic device with an enlarged
  • FIG. 9 is a block diagram of an embodiment of a device according to the invention.
  • Fig. 12 is a functional diagram of an embodiment of an inventive
  • FIG. 16 shows an optoelectronic component with a third exemplary embodiment of FIG.
  • FIG. 17 shows the optoelectronic component according to FIG. 16 at a second time
  • FIG. 18 shows the optoelectronic component according to FIG. 16 in an enlarged detail
  • FIG. 19 shows an optoelectronic component with a cell-like overlay function at a first time as a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 20 shows the optoelectronic component with the cell-like superimposition function.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the invention with a method 1000 for generating a light distribution in front of a vehicle. The following process steps are carried out:
  • Precipitation 53 and / or velocity parameters 54 as at least one relevant parameter 50 are provided.
  • Component 7, 17 and at least partially reflecting the light beam in
  • FIG. 2 shows a vehicle with headlamps in a side view, wherein precipitation, for example by precipitation elements in the form of raindrops or snowflakes, can be seen.
  • a vehicle is shown with headlights in a side view, wherein a region "Detail A" is located in the light can be reflected by the low impact elements, which can adversely affect the driver's view in the direction of travel, such as by a visual irritation of the eye, which can lead to fatigue and even dazzling the driver.
  • FIG. 4 shows an enlarged detail A from FIG. 3 and illustrates a lighting device of a vehicle performing the method with light segments drawn in.
  • a projection system By means of a projection system, light is emitted line by line and the light is alternately switched dark by the projection system.
  • a horizontally oriented stripe pattern is shown.
  • the light intensity of the luminous lines is approximately twice as bright as that in the case that no fringe pattern is formed by the projection system, ie in a continuously lit system or
  • Vehicle headlights The average brightness, measured in a plane transverse to
  • Lighting direction of the vehicle headlight at a distance within the field of vision in front of the vehicle preferably in a range between 1 m and 5 m in front of the vehicle, more preferably in a range between 1 m and 50 m in front of the vehicle, can thus be the same size for the headlamp according to the invention be like a conventional headlight.
  • Fig. 5 illustrates the technical effect of the method of Fig. 1 enlarged in detail A, wherein the non-illuminated precipitation elements are not shown. It can be seen that the illuminated precipitation elements are significantly reduced in number, for example, if only 50% of the luminous area of a headlamp glow by a
  • the overlaying of the light distribution 20 with the overlay function 71 to the light matrix 80 takes place by associating each element of the overlay function 71 with an element of the light distribution 20 and is transformed by a transfer function.
  • the transfer function corresponds to an operation of multiplication.
  • the number of those elements of the light matrix 80 whose values are substantially zero after the transformation is between 30% and 70%, preferably between 40% and 60%, particularly preferably between 45% and 55% of the total number of elements of the light matrix 80.
  • the values of the elements of the light matrix 80 which are substantially nonzero after the transformation are each greater in magnitude than the magnitudes of the associated values in the light distribution 20.
  • two elements associated with one another are understood as meaning one element in each case Overlay function, as well as one element each
  • Light matrix 80 are located.
  • the value of the respective element is substantially zero if it is significantly below the original reference value of the same element, namely that of full-surface illumination.
  • the value is analogously zero, for example, if it is 50% or even 10% below the reference value.
  • the overlay function 71 may include a static projection pattern, such as a stripe-shaped pattern oriented line by line, column-wise or obliquely, or a checkered pattern or evenly distributed random pattern.
  • the selected projection pattern is switched during operation in order to achieve different lighting effects, which are perceived in the respective driving situation as pleasant as possible for the human eye of the driver.
  • the relevant parameter can also dynamically adapt the respective projection pattern. This means that, for example, the line spacing can be adapted dynamically to the current requirements.
  • Fig. 6 shows a first embodiment of an assembly according to the invention
  • the vehicle headlight 1 comprises in this example a light source 2, a primary optic 3, a projection optics 4 and an optoelectronic Component 7, as well as a drive unit 9.
  • the light source 2 which may contain, for example, a light-emitting diode or power LED and the primary optics 3 for focusing a light beam, is adapted to illuminate the optoelectronic component 7.
  • a headlight housing is not shown.
  • the optoelectronic component 7 may comprise a plurality of optoelectronic elements 8 arranged in a two-dimensional matrix.
  • the optoelectronic elements 8 are individually controllable micromirrors, in which the reflection effect of each individual element of the matrix is variably adjustable,
  • a DMD for example, a DMD.
  • the optoelectronic component 7 can detect the incident light in the direction of a
  • Projection optics 4 reflect, the controlled matrix elements individually adjust their reflection factor by modulating the angle of the micromirrors and modulate a desired light distribution to the incident light beam.
  • Projection optics 4 is oriented in the emission direction of the vehicle headlight 1 and thus generates the desired light distribution in front of the vehicle.
  • the control of the optoelectronic component 7 is carried out by the drive unit 9, in which a desired light distribution can be calculated and output to the required control of the optoelectronic elements 8 in the form of control signals to the optoelectronic component 7.
  • Fig. 7 shows a second embodiment of an assembly according to the invention
  • a light source 12 for example, a light-emitting diode
  • Bundling of the emanating from the light source 12 light beam may be configured to illuminate an optoelectronic device 17.
  • a headlight housing of the module is not shown.
  • the optoelectronic component 17 comprises a plurality of optoelectronic elements arranged in a two-dimensional matrix.
  • the Optoelectronic elements 8 individually controllable translucent elements in which the light transmission effect of each element of the matrix is variably adjustable, for example, an LCD.
  • the optoelectronic component 17 can direct the incident light in the direction of a
  • projection optics 14 wherein the controlled matrix elements individually adjust their light transmission and modulate a desired light distribution to the incident light beam.
  • the projection optics 14 is in the emission of the
  • Vehicle headlight 11 oriented and thus produces the desired light distribution in front of the vehicle.
  • the control of the optoelectronic component 17 is effected by the
  • Control unit 19 in which a light distribution can be calculated and the necessary control of the optoelectronic elements, such as the pixels of an LCD, are output in the form of control signals to the optoelectronic component 17
  • the modulation of the light allows a segmentation of the light distribution on the road, that is, the light distribution projected onto the roadway can be controlled individually for different solid angles.
  • the number of segments that can be controlled individually by a vehicle headlight is important in order to generate light distributions that are individually adapted for different driving situations.
  • the number of these segments depends, for example, on the number of micromirrors and is, for example, 854 ⁇ 480 micromirrors or pixels in a rectangular matrix arrangement.
  • the segments can be used for vehicles. If two headlamps are used for vehicles, the segments can be used for vehicles.
  • FIG. 8 shows an example of an optoelectronic component 7 in the form of a DMD in FIG.
  • An enlarged image section shows optoelectronic elements 8 arranged in matrix form, which comprise individually controllable micromirrors, in which example every second micromirror is tilted.
  • Fig. 9 shows an embodiment of an electrical block diagram of a
  • Device for generating a light distribution in front of a vehicle, in this example a vehicle headlight 1 according to FIG. 6, which is suitable for carrying out the method 1000.
  • Data memory 10 a sensor device 920 and further vehicle electronic devices or adapters 930 are connected to one another via a CAN bus 910.
  • Output unit 6 controls the optoelectronic component 7.
  • the controllable arrangement of a plurality of individually adjustable optoelectronic elements 8 of the optoelectronic component 7 is set up to be driven with a switching frequency that depends on the relevant parameter 50, wherein the
  • Switching frequency is preferably between 100 Hz and 1500 Hz.
  • the duty cycle 69 is for example set so that it is greater than or equal to the value 0.5 depending on a desired operating temperature of the optoelectronic component 7.
  • An ambient temperature sensing means 55 may be a temperature sensor of the vehicle.
  • the agent may also be a telecommunications means for
  • a means for detecting the precipitate 56 may be a rain sensor of a
  • Vehicle windshield wiper system or a video-based camera system of a vehicle for example, a driver assistance system.
  • a means for detecting the vehicle speed 57 may be a tachometer of a vehicle or a video-based camera system of a vehicle, preferably a driver assistance system.
  • the optoelectronic component 7 is a DMD digital in this embodiment
  • the light source 2 may include one or more light-emitting diodes, for example one each
  • High current or power LED or also include one or more laser diodes.
  • At least the at least one light source 2 the at least one
  • Projection optics 4 and the optoelectronic component 7 form a mountable in a vehicle headlight component, wherein at least one headlight component is mounted in a vehicle.
  • FIG. 10 shows a snapshot of precipitation in front of a stationary vehicle as seen by the driver
  • FIG. 11 a snapshot of precipitation in front of a moving vehicle as seen by the driver. It can be seen that the
  • Precipitation elements depending on the vehicle speed a trajectory, that is to follow a trajectory.
  • the trajectory also depends on the nature of the precipitation elements, ie raindrops or snowflakes.
  • the nature of the precipitation elements depends on the temperature outside the vehicle, at temperatures below freezing snowflakes form, as is well known.
  • Superimposition function 71 at least by a prediction function 31, 32, 33, 34 by means of a trajectory 110, 210, 310, 410 of a predicted trajectory of a hypothetical, falling precipitation element in the field of vision in front of the vehicle.
  • the at least one trajectory 110, 210, 310, 410 is calculated from the relevant parameter 50.
  • the Trajectory 110, 210, 310, 410 is defined in each of its function values along its course by a gradient vector 115, 116.
  • driver's eye it is particularly advantageous for the driver's eye to have an optical effect if along each trajectory 110, 210, 310, 410 there is a time-dependent one
  • Modulation function 40 which is defined by a modulation source 45 is determined.
  • Time intervals 46 determine the repetition rate of the modulation function 40, as shown in FIG. 13.
  • the abscissa 41 of the modulation function 40 extends locally along the respective trajectory 110, 210, 310, 410 and is superposed by pointwise multiplication and forms a respective overlay function 71 in the form of a
  • Light modulation function 61 the at least one light modulation function 61, which is divided into time intervals 46, which are each the same length, is an input / output modulation.
  • the magnitude of a function value of the respective light modulation function 61 at a first location 101 of the respective trajectory 110, 210, 310, 410 corresponds to a first one
  • Time point 47 the amount of a function value of the respective light modulation function 61 at a second location 102 of the respective trajectory 110, 210, 310, 410 to a
  • the second location 102 is located at the location to which the history vector 115, 116 in the first location 101 at the first time 47 points.
  • the at least one trajectory 110, 210, 310, 410 may be predicted by a linear prediction in order to keep the computational complexity low.
  • the at least one trajectory 110, 210, 310, 410 each has a beginning 111, 211 and an end 112, 212, respectively.
  • the beginning 111, 211 is located on an imaginary horizontal line 100, which can be seen in FIG.
  • the line 100 is located in an area corresponding to an upper portion of a photograph formed in front of the vehicle and the upper limit of the formed photograph, and there a first
  • Trace vector having at least one trajectory, and at least one Trajectory 110, 210, 310, 410 further extends horizontally laterally and / or vertically downwards to the ends 112, 212 thereof.
  • Gradient vectors 115, 116 at later points in time 47, 48 can be seen in the figure.
  • Modulation function 61 which is divided into equal time intervals 46, be a substantially sinusoidal modulation.
  • the light modulation function 61 may be provided, for example, by a time-dependent
  • the function value of the polynomial 510 in magnitude and slope in the points of intersection with the trajectories 110, 210, 310 and 410 essentially corresponds to the functional value of the normals 120, 220, 320, 420 of FIG Trajectories 110, 210, 310 and 410 at the same time 100 in magnitude and slope corresponds. At each subsequent time, a new polynomial is determined.
  • a polynomial 510, 610, 710 may be mathematically represented by a power series, which in turn may be graphically illustrated in accordance with the representations of a curve in the figures.
  • a limited number of trajectories 110, 210, 310, 410 can be used to determine the polynomials 510, 610, 710 and the polynomials can be used by approximation functions, for example by splines. or Bezier interpolations.
  • Approximation functions are suitable in this embodiment to describe polynomials.
  • the approximation functions themselves can be mathematically described by polynomials. In practice, multiple polynomials can often be formed to achieve the desired effect.
  • the light modulation function 61 can be applied not only to the trajectories 110, 210, 310, 410 but also to the polynomials 510, 610, 710. In this case it is not necessary to determine a large number of trajectories, but a reduced number of trajectories may be used to determine polynomials associated with a light modulation function. Consequently, along a
  • the modulation function 40 can be applied to different trajectories 110, 210, 310, 410 in various ways. From this context, it is clear that the modulation function 40 can be transformed to the trajectories 110, 210, 310, 410 by transforming the modulation function 40, for example, to the different lengths of the individual paths of the trajectories 110, 210, 310, 410.
  • the above-mentioned coincidence in the polynomial 510 and the normal 120 to the trajectory 110 in magnitude and slope means that it is substantially within limits that facilitate the determination of a polynomial by reduction to a low-order polynomial.
  • the use of a polynomial with at most second degree is advantageous.
  • slope in a point of a function or curve is meant the amount of the first derivative of the function at that point according to the mathematical analysis.
  • Overlay function can, for example, in a plane transverse to the direction of illumination of the vehicle headlight at a distance within the field of vision in front of the vehicle, preferably in a range between 1 m and 5 m in front of the vehicle, more preferably in a range between 1 m and 50 m in front of the vehicle, be measured.
  • the size may depend on the relevant parameter 50, preferably from
  • Precipitation parameter 53 and in particular by at least a factor of three be greater than the precipitation parameter size 53.
  • Embodiment of an overlay function 71 at a first time in a picture detail Four trajectories 850, 851, 852, 853 are shown, which are exemplary for the trajectory of four precipitation elements. It can also be seen how polynomials 860, 861, 862 pass through a position or location of a micromirror of the DMD chip, that is to say of the optoelectronic component 7, in which light is reflected in the projection direction of the vehicle headlight. The resolution of the optoelectronic component 7 determines the fineness of the optical representation of
  • Polynomials 860, 861, 862 The line width of the polynomial 860, 861, 862, which is determined transversely to the course of a polynomial, may be determined by the light modulation function.
  • FIG. 17 shows the optoelectronic component 7 with the superimposition function 71 according to FIG. 16 at a second time, likewise as an enlarged illustration of an image detail.
  • the polynomials 870, 871, 872 are determined on the four trajectories 850, 851, 852, 853 at the second time.
  • FIG. 18 shows in an enlarged view the optoelectronic component 7 with the
  • Superposition function 71 of FIG. 16 in an enlarged image detail as another embodiment of a superposition function.
  • the polynomials 860, 861, 862 can be seen running parallel due to the selected image detail.
  • the optoelectronic component 7 is a cell-shaped
  • Overlay function 71 shown as a fourth embodiment at a first time.
  • the polynomials 880, 881, 882 are due to the parameter 50, here, for example, as a vehicle speed equal to zero, as parallel, horizontally oriented stripe pattern recognizable.
  • the optoelectronic component 7 is a cell-shaped
  • 57 means for detecting a vehicle speed

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Abstract

Verfahren (1000) zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem Fahrzeug, wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: - Erzeugen (1010) eines Lichtstrahlbündels durch zumindest eine Lichtquelle, - Abstrahlen (1020) des Lichtstrahlbündels in Richtung eines optoelektronischen Bauteils, - Auswählen (1030) einer in einem Datenspeicher gespeicherten Lichtverteilung, - Erfassen (1040) einer Umgebungstemperatur zu einem Temperaturparameter, und/oder eines Niederschlags zu einem Niederschlagsintensitätsparameter und/ oder einem Niederschlagsgrößenparameter, - Bestimmen (1050) der Temperatur-, Niederschlagsintensitäts- und/oder Niederschlagsgrößen-Parameter als zumindest ein Parameter, - Definieren (1060) einer Überlagerungsfunktion aus dem zumindest einem Parameter, - Überlagern (1070) der Lichtverteilung mit der Überlagerungsfunktion zu einer Lichtmatrix, - Ansteuern (1080) des optoelektronischen Bauteils durch die Lichtmatrix mittels der Ausgabeeinheit, - Modulieren (1090) des eingestrahlten Lichtstrahlbündels durch das optoelektronische Bauteil und zumindest teilweises Reflektieren des Lichtstrahlbündels in Richtung zumindest einer Projektionsoptik, - Projizieren (1100) des modulierten Lichtstrahlbündels durch die zumindest eine Projektionsoptik und Ausbilden eines Lichtbilds vor dem Fahrzeug.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINER LICHTVERTEILUNG VOR EINEM FAHRZEUG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem
Fahrzeug.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem Fahrzeug, insbesondere einen Fahrzeugscheinwerfer, in der die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführbar sind.
Ferner betrifft die Erfindung eine Baugruppe zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem Fahrzeug, insbesondere einen Fahrzeugscheinwerfer, in der die erfindungsgemäßen
Verfahrensschritte ausführbar sind.
Bei der Entwicklung der gegenwärtigen Scheinwerfersysteme steht immer mehr der Wunsch im Vordergrund, ein möglichst hochaufgelöstes Lichtbild auf die Fahrbahn projizieren zu können, das rasch geändert und den jeweiligen Verkehrs-, Straßen- und Lichtbedingungen angepasst werden kann. Der Begriff„Fahrbahn" wird hier zur vereinfachten Darstellung verwendet, denn selbstverständlich hängt es von den örtlichen Gegebenheiten ab, ob sich ein Lichtbild tatsächlich auf der Fahrbahn befindet oder auch darüber hinaus erstreckt.
Prinzipiell wird das Lichtbild im hier verwendeten Sinn anhand einer Projektion auf eine vertikale Fläche entsprechend der einschlägigen Normen, die sich auf die KFZ- Beleuchtungstechnik beziehen, definiert. Ferner soll das erzeugte Lichtbild an
unterschiedliche Verkehrssituationen anpassbar sein.
Es wurden unter anderem Scheinwerfer entwickelt, in denen eine variabel ansteuerbare Reflektorfläche aus einer Mehrzahl von Mikrospiegeln gebildet ist und auf gewählte Bereiche eine Lichtemission, die von einer Lichtquelleneinheit erzeugt wird, in
Abstrahlrichtung des Scheinwerfers reflektiert. Derartige Leuchteinrichtungen sind im Fahrzeugbau wegen ihrer sehr flexiblen Lichtfunktionen vorteilhaft, da für unterschiedliche Leuchtbereiche die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden kann und beliebige Lichtfunktionen mit unterschiedlichen Lichtverteilungen realisiert werden können, wie beispielsweise eine Abblendlicht-Lichtverteilung, eine Abbiegelicht-Lichtverteilung, eine Stadtlicht-Lichtverteilung, eine Autobahnlicht-Lichtverteilung, eine Kurvenlicht- Lichtverteilung, eine Fernlicht-Lichtverteilung, eine Zusatzfernlicht-Lichtverteilung oder zur Ausbildung von blendfreiem Fernlicht (auch bekannt als Adaptive Driving Beam
Headlighting System, ADB).
Für die Mikrospiegelanordnung kommt die sogenannte Digital Light Processing (DLP®) Projektionstechnik zur Anwendung, bei der Bilder dadurch erzeugt werden, dass ein digitales Bild auf einen Lichtstrahl aufmoduliert wird. Dabei wird durch eine rechteckige Anordnung von beweglichen Mikrospiegeln, auch als Pixel bezeichnet, der Lichtstrahl in Teilbereiche zerlegt und anschließend pixelweise entweder in den Projektionsweg hinein oder aus dem Projektionsweg hinaus reflektiert. Basis für diese Technik bildet ein
elektronisches Bauteil, das eine Anordnung von Mikrospiegeln in Form einer Matrix von Spiegeln und deren AnSteuerungstechnik enthält und als„Digital Micromirror
Device" (DMD) bezeichnet wird. Bei einem DMD-Mikrosystem handelt es sich um einen Flächenlichtmodulator (Spatial Light Modulator, SLM), der aus matrixförmig angeordneten Mikrospiegelaktoren, das heißt verkippbaren spiegelnden Flächen besteht, beispielsweise mit einer Kantenlänge von etwa 16 μηι oder auch darunter. Die Spiegelflächen sind derart konstruiert, dass sie durch die Einwirkung elektrostatischer Felder beweglich sind. Jeder Mikrospiegel ist in seinem Kippwinkel einzeln verstellbar und weist in der Regel zwei stabile Endzustände auf, zwischen denen innerhalb einer Sekunde bis zu 5000 mal gewechselt werden kann. Die einzelnen Mikrospiegel können jeweils beispielsweise durch eine Pulsweiten- Modulation (PWM) angesteuert werden, um in der Hauptstrahlrichtung der DMD- Anordnung weitere Zustände der Mikrospiegel abzubilden, deren zeitlich gemittelte Reflektivität zwischen den beiden stabilen Zuständen des DMD liegt. Die Anzahl der Spiegel entspricht der Auflösung des projizierten Bilds, wobei ein Spiegel ein oder mehrere Pixel darstellen kann. Mittlerweile sind DMD-Chips mit hohen Auflösungen im Megapixel- Bereich erhältlich. Den verstellbaren Einzelspiegeln zugrunde liegende Technologie ist die Micro-Electro-Mechanical-Systems-(MEMS) Technologie.
Während die DMD-Technologie zwei stabile Spiegel-Zustände aufweist, und durch
Modulation zwischen beiden stabilen Zuständen der Reflexionsfaktor eingestellt werden kann, weist die„Analog Micromirror Device" (AMD) Technologie die Eigenschaft auf, dass die Einzelspiegel in variablen Spiegelpositionen eingestellt werden können, die dort jeweils in einem stabilen Zustand sind. In einem ersten Aspekt kann es bei der Fahrt mit einem Fahrzeug durch Einfluss der Witterung zu unerwünschten Effekten kommen, indem emittiertes Scheinwerferlicht im Bereich unmittelbar vor dem Fahrzeug an Niederschlag, wie beispielsweise Regentropfen oder Schneeflocken, in Richtung der Fahrerin des Fahrzeugs zurück reflektiert wird und es zu einer optischen Reizung des Auges kommen kann, die zur Ermüdung und sogar zu einer Blendung der Fahrerin führen kann.
Eine Lösung zur Reduktion dieses störenden Effekts wird in„Programmable Automotive Headlights", R. Tamburo, E. Nurvitadhi, A. Chugh, M. Chen, A. Rowe, T. Kanade and S. G. Narasimhan, European Conference of Computer Vision (ECCV), 2014, oder in„Fast Reactive Illumination through Rain and Snow", R. de Charette, R. Tamburo, P. Barnum, A. Rowe, T. Kanade and S. G. Narasimhan, IEEE International Conference on Computational
Photography (ICCP), April 2012, vorgeschlagen. Den technisch aufwendigen und raffinierten Lösungen steht jeweils ein beträchtlicher Aufwand in der Realisierung komplexer
Berechnungsverfahren und die hierfür benötigte, leistungsfähige Computer-Hardware entgegen, was zu sehr hohen Kosten für Entwicklung, Produktion, Montage und Wartung führen kann, zusätzlichen einen hohen Platzbedarf innerhalb des Fahrzeugs erfordern kann, sowie zu einem höheren Fahrzeuggewicht führen kann, und darüber hinaus negative Auswirkungen auf den Treibstoff- oder Energieverbrauch haben kann.
In einem zweiten Aspekt können Scheinwerfer, die auf der DMD-Technologie basieren, eine beschränkte Lebensdauer aufweisen, was häufig in Zusammenhang mit einer hohen Temperaturempfindlichkeit der DMD-Technologie steht.
Es ist Aufgabe der Erfindung die genannten Nachteile zu überwinden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, indem folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- Erzeugen eines Lichtstrahlbündels durch zumindest eine Lichtquelle,
- Abstrahlen des Lichtstrahlbündels in Richtung eines optoelektronischen Bauteils, das eine steuerbare Anordnung von mehreren, individuell verstellbaren
optoelektronischen Elementen in Form einer zweidimensionalen Matrix umfasst,
- Auswählen einer in einem Datenspeicher gespeicherten Lichtverteilung, mittels einer
Auswahleinheit und Abrufen der Lichtverteilung aus dem Datenspeicher , - Erfassen
- einer Umgebungstemperatur zu einem Temperaturparameter, und/ oder
- eines Niederschlags zu einem Niederschlagsintensitätsparameter und/ oder einem
Niederschlagsgrößenparameter,
- Bestimmen der Temperatur-, Niederschlagsintensitäts- und/ oder Niederschlagsgrößen-
Parameter als zumindest ein relevanter Parameter,
- Definieren einer Überlagerungsfunktion aus dem zumindest einem relevanten
Parameter,
- Überlagern der Lichtverteilung mit der Überlagerungsfunktion zu einer Lichtmatrix ,
- Ansteuern des optoelektronischen Bauteils, durch die Lichtmatrix mittels der
Ausgabeeinheit, vorzugsweise nach einer Konvertierung der Lichtmatrix in ein entsprechendes Videosignal,
- Modulieren des eingestrahlten Lichtstrahlbündels durch das optoelektronische Bauteil, und zumindest teilweises Reflektieren des Lichtstrahlbündels in Richtung zumindest einer Projektionsoptik,
- Projizieren des modulierten Lichtstrahlbündels durch die zumindest eine
Projektionsoptik, und Ausbilden eines Lichtbilds vor dem Fahrzeug.
Der Temperaturparameter, der Niederschlagsintensitätsparameter und der
Niederschlagsgrößenparameter können jeweils auch als Umweltparameter bezeichnet werden.
Der Geschwindigkeitsparameter kann auch als Fahrzeugparameter bezeichnet werden.
Der relevante Parameter kann beispielsweise den Temperaturparameter, den
Niederschlagsintensitätsparameter, den Niederschlagsgrößenparameter oder den
Geschwindigkeitsparameter umfassen, oder auch Kombinationen von zwei, drei oder vier der genannten Parameter umfassen.
Es ist günstig, wenn der Temperaturparameter, der Geschwindigkeitsparameter sowie zumindest ein Niederschlagsparameter ausgewählt aus der Gruppe umfassend den
Niederschlagsintensitätsparameter und den Niederschlagsgrößenparameter, vom relevanten Parameter beinhaltet sind. Dabei wird erreicht, dass eine unerwünschte Beeinträchtigung des Fahrers durch Regen oder Schnee besonders effektiv reduziert wird. Es ist besonders günstig, wenn der Temperaturparameter, der
Niederschlagsintensitätsparameter, der Niederschlagsgrößenparameter und der
Geschwindigkeitsparameter vom relevanten Parameter umfasst sind. Dabei wird erreicht, dass eine unerwünschte Beeinträchtigung des Fahrers durch Regen oder Schnee besonders effektiv reduziert wird.
Durch die Überlagerung der Lichtverteilung und der Überlagerungsfunktion kann erreicht werden, dass auf einfache Weise insgesamt wieder eine dynamische Lichtverteilung erzeugt wird, welche eine unerwünschte Beeinträchtigung des Fahrers durch Regen oder Schnee reduziert. Dabei können sowohl die gespeicherte oder berechnete Lichtverteilung, beispielsweise eine Lichtverteilung eines Abblendlichts, als auch die Lichtverteilung der Überlagerungsfunktion, dynamische Lichtfunktionen sein, das heißt an Fahrsituationen des Fahrzeugs anpassbar sein. Die Fahrsituationen des Fahrzeugs können während der Fahrt bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, als auch im Stand, beispielsweise beim
vorübergehenden Halten des Fahrzeugs an einer Kreuzung, auftreten.
Die Überlagerung kann beispielweise besonders einfach in Form einer mathematischen Kombination von zwei Matrizen, nämlich einer ersten Matrix für die gespeicherte
Lichtverteilung, und einer zweiten Matrix für die Überlagerungsfunktion, wie weiter unten genauer ausgeführt, erfolgen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass bei der Fahrt mit einem
Fahrzeug bei Nutzung von Fahrzeugscheinwerfern unter Einfluss der Witterung ein besserer optischer Eindruck für den Fahrer des Fahrzeugs auftritt. Mit anderen Worten kann eine Ermüdung der Augen oder eine Blendung des Fahrers deutlich reduziert werden, indem deutlich weniger emittiertes Scheinwerferlicht im Bereich unmittelbar vor dem Fahrzeug an Niederschlag, wie beispielsweise Regentropfen oder Schneeflocken, in Richtung der Fahrerin des Fahrzeugs zurück reflektiert wird. Gegenüber dem Stand der Technik wir dies unter erheblich geringerem Aufwand, als bisher bekannt, erreicht. Folglich ergeben sich große Vorteile hinsichtlich Kosten für Entwicklung, Produktion, Montage und Wartung.
Außerdem kann der Platzbedarf innerhalb des Fahrzeugs und das Fahrzeuggewicht reduziert werden, was günstige Auswirkungen auf den Treibstoff- oder Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs haben kann. Es ist vorteilhaft, wenn im Verfahrensschritt des Definierens einer Überlagerungsfunktion zusätzlich ein Tastgrad bei der Ansteuerung und Modulation der Spiegel des
optoelektronischen Bauteils berücksichtigt wird.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann es bei einer zu hohen durchschnittlichen Betriebstemperatur zu Ausfällen einzelner oder mehrerer Mikrospiegel kommen. Ein in diesem Zusammenhang auftretender Effekt ist der sogenannte„ Hinge- Memory-Effect" (HME), der die Lebensdauer eines DMD-Bauteils ungünstig beeinflusst 1234 . Tabelle 1 zeigt den Einfluss von Tastgrad und Betriebstemperatur auf die Lebensdauer, die durch den HME beeinträchtigt wird. Es ist erkennbar, dass Temperaturen über etwa 70°C vermieden werden sollten und der Tastgrad dementsprechend gewählt werden sollte.
1 M.R. Douglass, "Lifetime Estimates and Unique Failure Mechanisms of the Digital Micromirror Device (DMD)", 36th Annual International Reliability Physics Symposium, Reno, Nevada (1998)
2 A.B. Sontheimer, "Digital Micromirror Device (DMD) Hinge Memory Lifetime Reliability Modeling", 40th Annual International Reliability Physics Symposium, Dallas, Texas (2002)
3 A.B. Sontheimer, "Effects of Operating Conditions on DMD Hinge Memory Lifetime", 41st Annual International Reliability Physics Symposium, Dallas, Texas (2003)
4 S.J. Jacobs et al., "Hermicity and Stiction in MEMS Packaging", 40th Annual International Reliability Physics Symposium, Dallas, Texas (2002) In der Tabelle 1 werden folgende Bezeichnungen für bestimmte Bereiche der mittleren Lebensdauer eines DMD-Bauteils, die durch dem HME mit bestimmt wird, verwendet:
Sehr lang: > 4,000 Stunden
Lang: 2,001 - 4,000 Stunden
Mittel: 1,000 - 2,000 Stunden
Kurz: < 1,000 Stunden
Für Temperaturen Tl - T9 besteht folgender Zusammenhang:
Tl - T9 [°C]: Tl < T2 < T3 < T4 < T5 < 70°C < T6 < T7 < T8 < T9
Figure imgf000009_0001
Tabelle 1: Lebensdauer durch Hinge Memory Effect (HME)
Der HME ist vom Tastgrad der Mikrospiegel abhängig, wobei der Tastgrad durch Gleichung 1 und 2 definiert ist. Der Tastgrad ist das Verhältnis von eingeschaltetem zu ausgeschaltetem Zustand, das heißt zwischen einer ersten Mikrospiegelstellung und einer zweiten Mikrospiegelstellung. Tast (Gleichung 1)
(Gleichung 2)
Figure imgf000010_0001
wobei
Schaltfrequenz der Mikrospiegel, h Bildhöhe,
Pixelhöhe,
Pv Anzahl der Pixel in vertikaler Richtung,
Geschwindigkeit des Störobjekts (Niederschlagselement).
Speziell beim Einsatz von DMD-Bauteilen im automobilen Umfeld kann ein DMD-Bauteil durch sehr starke und helle Lichtquellen und/ oder durch hohe Umgebungstemperaturen stark erwärmt werden. Es ist vorteilhaft bei der Auslegung eines Kühlkonzepts den Tastgrad des DMD-Bauteils zu berücksichtigen. Dadurch können Scheinwerfer eine deutlich höhere Lebensdauer aufweisen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren weiter entwickelt wird, indem das
Überlagern der Lichtverteilung mit der Überlagerungsfunktion zur Lichtmatrix erfolgt, indem jedes Element der Überlagerungsfunktion jeweils mit einem Element der
Lichtverteilung assoziiert wird und durch eine Transferfunktion transformiert wird, wobei die Transferfunktion vorzugsweise eine Operation einer Multiplikation oder Addition entspricht. Dadurch kann die Überlagerungsfunktion besonders einfach und kostengünstig realisiert werden. Es sind keine komplexen Berechnungen nötig, die beispielsweise eine Fließkomma-Recheneinheit erfordern, die die Systemkomplexität und die Kosten unnötig erhöhen würde. Grundsätzlich ist als Transferfunktion auch eine komplexere Operation oder Funktion möglich, wobei die Überlagerungsfunktion eine zur Transferfunktion inverse oder komplementäre Funktion umfasst, um bei der Ausführung der Operation in der Lichtmatrix bestimmte Bereiche in deren jeweiligen Betrag zu modifizieren, das heißt zu reduzieren, zu eliminieren oder zu erhöhen. Zusätzlich sind auch aus der Bildbearbeitung bekannte Matrizen-Filter einsetzbar, um beispielsweise bestimmte Details in der Lichtmatrix kontrastreicher oder schärfer auszuprägen. Unter zwei zueinander assoziierten Elementen versteht man in diesem Zusammenhang jeweils ein Element einer Überlagerungsfunktion, sowie jeweils ein Element einer Lichtverteilung, die beide an demselben Ort, beispielsweise demselben Pixel in einer Lichtmatrix, gelegen sind.
Die Anzahl jener Elemente der Lichtmatrix, deren Werte nach der Transformation im
Wesentlichen Null sind, liegt bevorzugt zwischen 30% und 70%, bevorzugt zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 45% und 55% der Gesamtanzahl der Elemente der Lichtmatrix. Durch diese Wahl wird erreicht, dass die gewünschte Beleuchtung durch einen entsprechenden Scheinwerfer den Beleuchtungsanforderungen für die Fahrt genügt, und außerdem ein erheblicher Teil an Niederschlagselementen nicht beleuchtet wird, wodurch unerwünschte Reflexionen reduziert werden können.
Die Werte der Elemente der Lichtmatrix, die nach der Transformation im Wesentlichen nicht Null sind, sind bevorzugt in deren Betrag jeweils größer, als die Beträge der assoziierten Werte in der Lichtverteilung. Dadurch wird erreicht, dass die Gesamtbeleuchtung, also der Durchschnittswert der leuchtenden Pixel und der nichtleuchtenden Pixel, durch einen entsprechenden Scheinwerfer in einem definierten Referenzabstand dieselbe
durchschnittliche Helligkeit abgibt, wie ein konventioneller Scheinwerfer. Der Wert des jeweiligen Elements beträgt im Wesentlichen Null, wenn dieser deutlich unter dem ursprünglichen Helligkeits-Referenzwert desselben Elements, nämlich jenem bei
vollflächiger Beleuchtung, liegt. Mit anderen Worten beträgt der Wert sinngemäß auch dann Null, wenn er beispielsweise 50% oder auch 10% unter dem Helligkeits-Referenzwert liegt.
Zwischen der Anzahl jener Elemente der Lichtmatrix, deren Werte nach der Transformation im Wesentlichen Null sind und dem Tastgrad besteht insofern ein Zusammenhang, als dass alle Elemente über die Zeit und Abstrahlfläche im Mittelwert (gemessen in einer Ebene quer zur Leuchtrichtung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Abstand innerhalb des
Sichtbereichs vor dem Fahrzeug, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 5 m vor dem Fahrzeug, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 50 m vor dem Fahrzeug) dieselbe Helligkeit erzeugen sollen, wie ein konventioneller Scheinwerfer.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Überlagerungsfunktion ein statisches
Projektionsmuster umfasst. Daraus ergibt sich eine besonders einfache und besonders kostengünstige Realisierungsmöglichkeit. Das statische Projektionsmuster kann dabei vorzugsweise ein streifenförmiges Muster, das als projiziertes Lichtbild einer Lichtverteilung vor dem Fahrzeug zeilenweise vertikal, spaltenweise horizontal oder schräg orientiert ist, oder ein schachbrettartiges Muster oder ein gleichmäßig verteiltes Zufallsmuster aufweisen.
Die Mustergröße des Projektionsmusters ist so bemessen, dass sie beispielsweise der durchschnittlichen Größe der Niederschlagselemente in einem Sichtabstand vor dem
Fahrzeug entspricht. Üblicherweise beträgt der Sichtabstand der Niederschlagselemente, bei denen störende optische Reflexionen auftreten, in etwa 1 m bis 10 m.
Da Niederschlagselemente statistisch gesehen in etwa gleichverteilt in Erscheinung treten, ist es günstig, wenn das Projektionsmuster ebenfalls gleichmäßig verteilt ist. Ein gleichmäßiges Projektionsmuster ist beispielsweise ein Schachbrettmuster, in dem sich die horizontalen und vertikalen Abschnitte beziehungsweise Muster in etwa in gleichen Abständen wiederholen.
Es ist günstig, wenn die Bestimmung der Überlagerungsfunktion zumindest eine
Prädiktionsfunktion umf asst, die eine Trajektorie einer prädizierten Flugbahn jeweils eines hypothetischen, fallenden Niederschlagselements im Sichtbereich vor dem Fahrzeug umfasst. Dabei wird die Trajektorie aus dem relevanten Parameter berechnet und die Trajektorie ist in jedem ihrer Funktionswerte entlang deren Verlauf jeweils durch einen Verlaufsvektor definiert. Beruht die Bestimmung des Projektionsmusters, das heißt der Überlagerungsfunktion, auf den Flugbahnen beziehungsweise Trajektorien einzelner oder mehrerer Niederschlagselemente, so wird eine besonders günstige optische Wirkung auf das menschliche Auge des Fahrers erzielt.
In einer Weiterbildung der Erfindung erweist es sich als besonders günstig, wenn entlang der Trajektorie eine zeitabhängige Modulationsfunktion, die durch eine Modulationsquelle definiert ist, bestimmt ist. Dabei bestimmen Zeitintervalle die Wiederholrate der
Modulationsfunktion und die Abszisse der Modulationsfunktion erstreckt sich örtlich längs der Trajektorie. Vorzugsweise wird diese durch punktweise Multiplikation überlagert und eine dadurch die Überlagerungsfunktion in Form einer Lichtmodulationsfunktion gebildet ist. Als Ergebnis wird ein sehr angenehmer optischer Eindruck des Verfahrens auf den Betrachter erzielt, indem ein möglicher stroboskopartiger Effekt reduziert werden kann. Dieser Effekt kann auftreten, wenn bewegte Objekte zeitlich impulsartig beleuchtet werden und wenn die Impulsfolge eine so lange Periodendauer aufweist, dass dies das menschliche Auge wahrnehmen kann. Zusätzlich kann der stroboskopartige Effekt weiter reduziert werden, indem die Übergänge zwischen den Extremwerten der Modulationsfunktion nicht diskret, sondern mehr oder weniger sanft verlaufen. In jedem Fall sollte darauf geachtet werden, dass die Schaltfrequenz der Mikrospiegel hinreichend groß gewählt ist, um das menschliche Auge durch eine eventuell auftretende Flimmerwirkung des projizierten Lichtbilds möglichst wenig ermüden zu lassen.
Zur weiteren Verbesserung des optischen Eindrucks auf den Betrachter ist es vorteilhaft, wenn bei der Überlagerung der Überlagerungsfunktion mit der Lichtverteilung der Betrag eines Funktionswerts der Lichtmodulationsfunktion an einem ersten Ort der Trajektorie zu einem ersten Zeitpunkt, dem Betrag eines Funktionswerts der Lichtmodulationsfunktion an einem zweiten Ort der Trajektorie zu einem vorhergehenden, zweiten Zeitpunkt entspricht. Der zweite Ort ist an jenem Ort gelegen, zu dem der am ersten Ort beginnende
Verlaufsvektor im ersten Zeitpunkt zeigt. Dadurch wird ein Eindruck einer fließenden Bewegung der Lichtmodulationsfunktion entlang der Trajektorie erweckt, die als angenehm empfunden werden kann.
Um den Berechnungsaufwand für die Trajektorie besonders gering zu halten, ist es vorteilhaft für geringe Kosten in der Realisierung, wenn die Trajektorie durch eine lineare Prädiktion prädiziert ist.
Ein optisch ansprechender Effekt durch ein besonders natürlich wirkendes Erscheinungsbild für den Betrachter wird erzielt, wenn die Trajektorie jeweils einen Anfang und jeweils ein Ende aufweist, wobei der Anfang an einer gedachten horizontalen Linie gelegen ist. Die Linie ist in einem Bereich gelegen, der einem oberen Bereich eines vor dem Fahrzeug ausgebildeten Lichtbilds, vorzugsweise der oberen Begrenzung des ausgebildeten Lichtbilds entspricht und dort den ersten Verlaufsvektor der Trajektorie aufweist und die Trajektorie weiter horizontal seitlich und/ oder vertikal nach unten zu deren Ende verläuft.
Eine kostengünstige Realisierung ist möglich, wenn die zumindest eine
Lichtmodulationsfunktion eine Ein-/ Austastmodulation ist, die vorzugsweise in gleich lange Zeitintervalle unterteilt ist. Um den optischen Effekt für den Betrachter besonders ansprechend zu gestalten, ist es günstig, wenn die zumindest eine Lichtmodulationsfunktion eine im Wesentlichen sinusförmige Modulation ist, die vorzugsweise in gleich lange Zeitintervalle unterteilt ist. In diesem Zusammenhang bedeutet eine im Wesentlichen sinusförmige Modulation, dass der Verlauf der Modulation nicht exakt einer Sinus-Funktion entsprechen muss, sondern auch einen sinus-ähnlichen Verlauf aufweisen kann, wie beispielsweise zusammengesetzte Halbbögen. Der vorteilhafte Effekt liegt in einem sanften Übergang zwischen einem leuchtenden und einem nichtleuchtenden Bildbereich.
Außerdem ist es vorteilhaft, um einen günstigen optischen Effekt für den Betrachter zu erzeugen, wenn die Lichtmodulationsfunktion aus einer zeitabhängige zweidimensionale Funktion, insbesondere aus einem Polynom gebildet werden kann, wobei der Funktionswert des Polynoms in Betrag und Steigung in den Schnittpunkten von zumindest einer geschnittenen Trajektorie im Wesentlichen dem Funktionswert der Normalen der
Trajektorien zum selben Zeitpunkt in Betrag und Steigung entspricht. Dadurch kann ein optisch angenehmer Eindruck für den Betrachter entstehen. In diesem Zusammenhang bedeutet eine im Wesentliche Übereinstimmung beider Funktionswerte in Betrag und Steigung, dass beispielsweise durch Verwendung einer Interpolationsfunktion der Betrag und die Steigung angeglichen werden können, um einen verbesserten Kurvenverlauf eines Polynoms zu erreichen, beispielsweise hinsichtlich einer niedrigeren Ordnung des
Polynoms, was zu einem reduzierten Berechnungsaufwand bei der Berechnung des
Polynoms führen kann.
Der optische Effekt für den Betrachter kann weiter verbessert werden, indem zur
Bestimmung der Polynome Annäherungsfunktionen, vorzugsweise Spline- oder Bezier- Interpolationen, herangezogen werden.
Dabei ist es günstig, wenn die Polynome höchstens einen Grad von Zwei aufweisen, um den Aufwand zu deren Berechnung gering zu halten.
Ein besonders homogener Eindruck des optischen Effekts für den Betrachter wird erreicht, wenn die Größe von Musterdetails, die beispielsweise Schneeflocken oder Regentropfen beleuchten oder nicht eben beleuchten sollen, im Projektionsmuster von dem relevanten Parameter abhängt, gemessen in einer Ebene quer zur Leuchtrichtung des
Fahrzeugscheinwerfers in einem Abstand innerhalb des Sichtbereichs vor dem Fahrzeug.
Der Abstand liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 5 m vor dem Fahrzeug, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 50 m vor dem Fahrzeug.
Der relevante Parameter entspricht bevorzugt dem Niederschlagsgrößenparameter und ist besonders bevorzugt um zumindest den Faktor drei größer als der
Niederschlagsgrößenparameter.
Die Aufgabe wird außerdem durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem Fahrzeug, insbesondere ein Scheinwerfer, gelöst, in der die genannten
Verfahrensschritte ausführbar sind.
Bei der Vorrichtung ist es günstig, wenn die steuerbare Anordnung von mehreren, individuell verstellbaren optoelektronischen Elementen des optoelektronischen Bauteils eingerichtet ist, mit einer Schaltfrequenz angesteuert zu werden, die von dem relevanten Parameter abhängt, wobei die Schaltfrequenz bevorzugt zwischen 100 Hz und 1500 Hz liegt. Innerhalb der genannten Grenzen sind Bauteile kommerziell verfügbar, sodass eine kostengünstige Realisierung erreicht werden kann. Die untere Grenze sorgt für ein für den Betrachter flimmerfrei wirkendes Bild.
Außerdem ist es günstig, wenn der Tastgrad in Abhängigkeit einer Soll-Betriebstemperatur des optoelektronischen Bauteils so eingestellt ist, dass er größer oder gleich dem Wert 0,5 ist. Dies kann dazu führen, dass eine besonders hohe Lebensdauer des optoelektronischen Bauteils erreicht werden kann, was insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich wichtig ist.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn ein Mittel zur Erfassung der Umgebungstemperatur ein Temperatursensor des Fahrzeugs oder ein Telekommunikationsmittel zum Empfangen eines Temperaturwertes, der für den geographischen Ort des Fahrzeugs vorzugsweise von einem elektronischen Dienst bestimmt ist, und durch den elektronischen Dienst bereitgestellt ist, umfasst ist. Ferner ist es günstig, wenn ein Mittel zur Erfassung des Niederschlags ein Regensensor beispielsweise eines Fahrzeugscheibenwischer-Systems oder ein videobasiertes
Kamerasystem eines Fahrzeugs, vorzugsweise ein Fahrerassistenzsystem ist, umfasst ist.
Außerdem ist es günstig, wenn ein Mittel zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Tachometer eines Fahrzeuges oder ein videobasiertes Kamerasystem eines Fahrzeugs, vorzugsweise ein Fahrerassistenzsystem ist, umfasst ist.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das optoelektronische Bauteil ein DMD Digital
Micromirror Device ist, da kommerzielle Bauteile verfügbar sind, sodass eine kostengünstige Realisierung erreicht werden kann.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Lichtquelle zumindest eine Leuchtdiode, vorzugsweise eine Hochstrom- oder Power-LED, oder zumindest eine Laserdiode umfasst. Dadurch kann eine effiziente Ausführung und kleine Bauform der Vorrichtung erreicht werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung bildet eine Baugruppe, umfassend zumindest eine vorgenannte Vorrichtung, wobei die Baugruppe ein in einem Fahrzeug montierbares Scheinwerferbauteil bildet. Die Baugruppe kann ferner beispielsweise ein
Scheinwerfergehäuse umfassen und ist in einem Fahrzeug montierbar. Somit ist eine einfache Montage und Wartung für die Vorrichtung in einem Fahrzeug gewährleistet.
Die Erfindung und deren Vorteile werden im Folgenden anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die in den beiliegenden Zeichnungen
veranschaulicht sind. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit Niederschlag und konventionellem
Scheinwerfer,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Fahrzeugs mit Niederschlag und einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers,
Fig. 4 eine Detailansicht des Sichtbereichs mit eingezeichneten Segmenten in der
Beleuchtung nach der Erfindung,
Fig. 5 die Detailansicht des Sichtbereichs mit segmentierter Beleuchtung, Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung eines Fahrzeugscheinwerfers nach der Erfindung,
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung eines Fahrzeugscheinwerfers nach der Erfindung,
Fig. 8 eine Ansicht von vorne auf ein optoelektronisches Bauteil mit einer vergrößerten
Detaildarstellung enthaltener optoelektronischer Elemente,
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Fahrzeugscheinwerfers,
Fig. 10 eine Momentaufnahme von Niederschlag vor einem stehenden Fahrzeug aus Sicht des Fahrers,
Fig. 11 eine Momentaufnahme von Niederschlag vor einem sich bewegenden Fahrzeug aus Sicht des Fahrers,
Fig. 12 ein Funktionsschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Fahrzeugscheinwerfers,
Fig. 13 ein Zeitdiagramm zur Ansteuerung von Mikrospiegeln,
Fig. 14 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Überlagerungsfunktion,
Fig. 15 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Überlagerungsfunktion,
Fig. 16 ein optoelektronischen Bauteil mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer
Überlagerungsfunktion in einem ersten Zeitpunkt,
Fig. 17 das optoelektronische Bauteil nach Fig. 16 in einem zweiten Zeitpunkt,
Fig. 18 das optoelektronische Bauteil nach Fig. 16 in einem vergrößerten Bildausschnitt, Fig. 19 ein optoelektronischen Bauteil mit einer zellenförmige Überlagerungsfunktion in einem ersten Zeitpunkt als viertes Ausführungsbeispiel,
Fig. 20 das optoelektronischen Bauteil mit der zellenförmigen Überlagerungsfunktion nach
Fig. 19 in einem zweiten Zeitpunkt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 20 werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Insbesondere sind für die Erfindung bei einem Fahrzeugscheinwerfer wichtige Teile dargestellt, wobei klar ist, dass ein Fahrzeugscheinwerfer noch viele andere, nicht gezeigte Teile enthält, die einen sinnvollen Einsatz in einem Fahrzeug selbst ermöglichen. Der Übersichtlichkeit halber sind daher beispielsweise die
Ansteuerungselektronik, weitere mechanische Elemente beziehungsweise Halterungen der des Fahrzeugscheinwerfers nicht gezeigt. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Verfahren 1000 zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem Fahrzeug. Folgende Verfahrensschritte werden dabei ausgeführt:
- Erzeugen 1010 eines Lichtstrahlbündels durch zumindest eine Lichtquelle 2, 12,
- Abstrahlen 1020 des Lichtstrahlbündels in Richtung eines optoelektronischen Bauteils 7,
17, das eine steuerbare Anordnung von mehreren, individuell verstellbaren optoelektronischen Elementen 8 in Form einer zweidimensionalen Matrix umf asst,
- Auswählen 1030 einer in einem Datenspeicher 10 gespeicherten Lichtverteilung 20, 21,
22 mittels einer Auswahleinheit 15 und Abrufen der Lichtverteilung 20 aus dem Datenspeicher 10,
- Erfassen 1040
- einer Umgebungstemperatur 55 zu einem Temperaturparameter 51, und/ oder
- eines Niederschlags 56 zu einem Niederschlagsintensitätsparameter 52 und/ oder einem Niederschlags größenparameter 53, und/ oder
- einer Fahrzeuggeschwindigkeit 57 zu einem Geschwindigkeitsparameter 52,
- Bestimmen 1050 der Temperatur- 51, Niederschlagsintensitäts- 52,
Niederschlags großen- 53 und/ oder Geschwindigkeitsparameter 54 als zumindest ein relevanter Parameter 50,
- Definieren 1060 einer Überlagerungsfunktion 71 aus
- dem zumindest einem relevanten Parameter 50, und
- einem Tastgrad 69 bei der Ansteuerung und Modulation der Spiegel des
optoelektronischen Bauteils 7, 17, und
- Überlagern 1070 der Lichtverteilung 20 mit der Überlagerungsfunktion 71 zu einer
Lichtmatrix 80,
- Ansteuern 1080 des optoelektronischen Bauteils 7, 17 durch die Lichtmatrix 80 mittels der Ausgabeeinheit 6, nach einer Konvertierung der Lichtmatrix 80 in ein
entsprechendes Videosignal 81,
- Modulieren 1090 des eingestrahlten Lichtstrahlbündels durch das optoelektronische
Bauteil 7, 17 und zumindest teilweises Reflektieren des Lichtstrahlbündels in
Richtung zumindest einer Projektionsoptik 4, 14,
- Projizieren 1100 des modulierten Lichtstrahlbündels durch die zumindest eine
Projektionsoptik 4, 14 und Ausbilden eines Lichtbilds vor dem Fahrzeug. Fig. 2 stellt ein Fahrzeug mit Scheinwerfern in einer Seitenansicht dar, wobei Niederschlag, beispielsweise durch Niederschlagselemente in Form von Regentropfen oder Schneeflocken, erkennbar ist.
In Fig. 3 ist ein Fahrzeug mit Scheinwerfern in einer Seitenansicht gezeigt, wobei ein Bereich „Detail A" eingezeichnet ist, in dem Licht durch die Nieder Schlagselemente reflektiert werden kann, was die Sicht des Fahrers in Fahrtrichtung ungünstig beeinflussen kann, wie beispielsweise durch eine optische Reizung des Auges, die zur Ermüdung und sogar zu einer Blendung des Fahrers führen kann.
Fig. 4 zeigt vergrößert das Detail A aus der Fig. 3 und stellt eine Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs, die das Verfahren durchführt, mit eingezeichneten Licht-Segmenten dar. Durch ein Projektionssystem wird Licht zeilenweise abgestrahlt und das Licht durch das Projektionssystem alternierend dunkel geschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein horizontal orientiertes Streifenmuster gezeigt. Die Lichtintensität der leuchtenden Zeilen ist dabei in etwa doppelt so hell wie jener im Fall, dass durch das Projektionssystem kein Streifenmuster gebildet ist, also in einem kontinuierlich leuchtenden System oder
Fahrzeugscheinwerfer. Die mittlere Helligkeit, gemessen in einer Ebene quer zur
Leuchtrichtung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Abstand innerhalb des Sichtbereichs vor dem Fahrzeug, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 5 m vor dem Fahrzeug, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 50 m vor dem Fahrzeug, kann für den erfindungsgemäßen Scheinwerfer somit gleich groß sein, wie bei einem konventionellen Scheinwerfer.
Fig. 5 stellt den technischen Effekt des Verfahrens nach Fig. 1 vergrößert im Detail A dar, wobei die nicht beleuchteten Niederschlagselemente nicht dargestellt sind. Es ist erkennbar, dass die beleuchteten Niederschlagselemente in Ihrer Anzahl deutlich reduziert sind, wenn beispielsweise nur 50% der Leuchtfläche eines Scheinwerfers leuchten, indem ein
gleichmäßiges Streifenmuster überlagert ist. Um dieselbe Helligkeit im Vergleich zu einem konventionellen Scheinwerfer zu erzielen ist die Lichtstärke der leuchtenden
streifenförmigen Bereich beispielsweise doppelt so stark, wie die vergleichbaren Bereiche eines konventionellen Scheinwerfers. Das Überlagern der Lichtverteilung 20 mit der Überlagerungsfunktion 71 zur Lichtmatrix 80 erfolgt, indem jedes Element der Überlagerungsfunktion 71 jeweils mit einem Element der Lichtverteilung 20 assoziiert wird und durch eine Transferfunktion transformiert wird. Die Transferfunktion entspricht einer Operation einer Multiplikation. Die Anzahl jener Elemente der Lichtmatrix 80, deren Werte nach der Transformation im Wesentlichen Null sind, liegt zwischen 30% und 70%, bevorzugt zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 45% und 55% der Gesamtanzahl der Elemente der Lichtmatrix 80. Die Werte der Elemente der Lichtmatrix 80, die nach der Transformation im Wesentlichen nicht Null sind, sind in deren Betrag jeweils größer, als die Beträge der assoziierten Werte in der Lichtverteilung 20. Unter zwei zueinander assoziierten Elementen versteht man in diesem Zusammenhang jeweils ein Element einer Überlagerungsfunktion, sowie jeweils ein Element einer
Lichtverteilung, die beide an demselben Ort, beispielsweise demselben Pixel einer
Lichtmatrix 80, gelegen sind.
Der Wert des jeweiligen Elements beträgt im Wesentlichen Null, wenn dieser deutlich unter dem ursprünglichen Referenzwert desselben Elements, nämlich jenem bei vollflächiger Beleuchtung, liegt. Mit anderen Worten beträgt der Wert sinngemäß auch dann Null, wenn er beispielsweise 50% oder auch 10% unter dem Referenzwert liegt.
Die Überlagerungsfunktion 71 kann ein statisches Projektionsmuster umfassen, wie ein streifenförmiges Muster, das zeilenweise, spaltenweise oder schräg orientiert ist, oder ein schachbrettartiges Muster oder ein gleichmäßig verteiltes Zufallsmuster.
Es ist ebenso möglich, dass das gewählte Projektionsmuster während des Betriebs umgeschaltet wird, um unterschiedliche Beleuchtungseffekte zu erzielen, die in der jeweiligen Fahrsituation möglichst angenehm für das menschliche Auge des Fahrers empfunden werden. Der relevante Parameter kann das jeweilige Projektionsmuster auch dynamisch anpassen. Das bedeutet, dass beispielsweise der Zeilenabstand den aktuellen Anforderungen dynamisch angepasst werden kann.
Fig. 6 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe
beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines
Fahrzeugscheinwerfers 1. Der Fahrzeugscheinwerfers 1 umfasst in diesem Beispiel eine Lichtquelle 2, eine Primäroptik 3, eine Projektionsoptik 4 und ein optoelektronisches Bauteil 7, sowie eine Ansteuerungseinheit 9. Die Lichtquelle 2, die beispielsweise eine Leuchtdiode oder Power-LED sowie die Primäroptik 3 zur Bündelung eines Lichtstrahls enthalten kann, ist dazu eingerichtet, das optoelektronische Bauteil 7 zu beleuchten. Ein Scheinwerferbauteil der Baugruppe, das die erfindungsgemäße Vorrichtung und
beispielsweise ferner ein Scheinwerfergehäuse aufweist, ist nicht dargestellt.
Das optoelektronische Bauteil 7 kann mehrere, in einer zweidimensionalen Matrix angeordnete optoelektronische Elemente 8 umfassen. In diesem ersten Ausführungsbeispiel sind die optoelektronischen Elemente 8 einzeln ansteuerbare Mikrospiegel, bei denen die Reflexionswirkung jedes einzelnen Elements der Matrix variabel einstellbar ist,
beispielsweise ein DMD.
Das optoelektronische Bauteil 7 kann das einfallende Licht in Richtung einer
Projektionsoptik 4 reflektieren, wobei die gesteuerten Matrixelemente individuell deren Reflexionsfaktor durch Modulation der Winkel der Mikrospiegel einstellen und eine gewünschte Lichtverteilung auf den einfallenden Lichtstrahl modulieren. Die
Projektionsoptik 4 ist in die Abstrahlrichtung des Fahrzeugscheinwerfers 1 orientiert und erzeugt folglich die gewünschte Lichtverteilung vor dem Fahrzeug.
Die Ansteuerung des optoelektronischen Bauteils 7 erfolgt durch die Ansteuerungseinheit 9, in der eine gewünschte Lichtverteilung berechnet werden kann und in die dazu erforderliche Ansteuerung der optoelektronischen Elemente 8 in Form von Steuersignalen an das optoelektronische Bauteil 7 ausgegeben werden.
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe
beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines
Fahrzugscheinwerfers 11. Eine Lichtquelle 12, die beispielsweise eine Leuchtdiode,
Hochstrom-LED Power-LED oder eine Laser-Diode sowie eine Primäroptik 13 zur
Bündelung des von der Lichtquelle 12 ausgehenden Lichtstrahls enthalten kann, ist dazu eingerichtet, ein optoelektronisches Bauteil 17 zu beleuchten. Ein Scheinwerfergehäuse der Baugruppe ist nicht dargestellt.
Das optoelektronische Bauteil 17 umfasst mehrere, in einer zweidimensionalen Matrix angeordnete optoelektronische Elemente. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind die optoelektronischen Elemente 8 einzeln ansteuerbare lichtdurchlässige Elemente, bei denen die Lichtdurchlasswirkung jedes einzelnen Elements der Matrix variabel einstellbar ist beispielsweise ein LCD.
Das optoelektronische Bauteil 17 kann das einfallende Licht in Richtung einer
Projektionsoptik 14 durchlassen, wobei die gesteuerten Matrixelemente individuell deren Lichtdurchlässigkeit einstellen und eine gewünschte Lichtverteilung auf den einfallenden Lichtstrahl modulieren. Die Projektionsoptik 14 ist in die Abstrahlrichtung des
Fahrzeugscheinwerfers 11 orientiert und erzeugt folglich die gewünschte Lichtverteilung vor dem Fahrzeug.
Die Ansteuerung des optoelektronischen Bauteils 17 erfolgt durch die
Ansteuerungseinheit 19, in der eine Lichtverteilung berechnet werden kann und die dazu erforderliche Ansteuerung der optoelektronischen Elemente, beispielsweise die Pixel eines LCD, in Form von Steuersignalen an das optoelektronische Bauteil 17 ausgegeben werden
Neben den in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigten Varianten des optoelektronische Bauteils 7, 17 können natürlich auch andere Technologien eingesetzt werden, die eine entsprechende Modulation des Lichtes ermöglichen. Der Vollständigkeit halber werden daher auch LCoS Systeme LCoS,„Liquid Crystal on Silicon" genannt.
Die Modulation des Lichts ermöglicht eine Segmentierung der Lichtverteilung auf der Fahrbahn, das heißt die auf die Fahrbahn projizierte Lichtverteilung kann für verschiedene Raumwinkel individuell gesteuert werden. Für ein auf eine Fahrbahn projiziertes Lichtbild ist die Anzahl von Segmenten wichtig, die individuell durch einen Fahrzeugscheinwerfer angesteuert werden können, um für verschiedene Fahrsituationen individuell angepasste Lichtverteilungen zu erzeugen. Die Anzahl dieser Segmente ist beispielsweise von der Anzahl der Mikrospiegel abhängig und beträgt beispielsweise 854 x 480 Mikrospiegel oder Pixel in rechteckiger Matrix- Anordnung.
Werden für Fahrzeuge zwei Scheinwerfer verwendet, können die Segmente
aneinandergereiht und die Anzahl der Segmente verdoppelt werden. Üblicherweise werden in Einbaulage des Fahrzeugscheinwerfers mehr Segmente in horizontaler als in vertikaler Richtung benötigt. Aus diesem Grund werden in der Praxis häufig die durch die optoelektronischen Bauteile segmentierten Lichtverteilungen von zwei
Fahrzeugscheinwerfer an den kurzen Seiten der Matrixanordnung aneinandergereiht und damit die horizontale Auflösung verdoppelt.
Es ist auch eine vollständige oder auch nur teilweise Überlagerung beziehungsweise Überlappung zweier oder mehrerer Lichtverteilungen möglich, um beispielsweise einen stärkeren Kontrast in Bildbereichen zu erzielen.
In Fig. 8 ist ein Beispiel eines optoelektronischen Bauteils 7 in Form eines DMD in
Vorderansicht gezeigt. Ein vergrößerter Bildausschnitt zeigt matrixförmig angeordnete optoelektronische Elemente 8, die einzeln steuerbare Mikrospiegel umfassen, wobei in diesem Beispiel jeder zweite Mikrospiegel verkippt ist.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Blockschaltbilds einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem Fahrzeug, in diesem Beispiel ein Fahrzeugscheinwerfer 1 gemäß Fig. 6, der zur Ausführung des Verfahrens 1000 geeignet ist. Ein Mikroprozessor 900, eine Ausgabeeinheit 6, ein
Datenspeicher 10, eine Sensoreinrichtung 920 und weitere Fahrzeug-Elektronikeinrichtungen oder Adapter 930 sind über einen CAN-Bus 910 miteinander verbunden. Eine
Ausgabeeinheit 6 steuert das optoelektronische Bauteil 7 an.
Die steuerbare Anordnung von mehreren, individuell verstellbaren optoelektronischen Elementen 8 des optoelektronischen Bauteils 7 ist eingerichtet, mit einer Schaltfrequenz angesteuert zu werden, die von dem relevanten Parameter 50 abhängt, wobei die
Schaltfrequenz bevorzugt zwischen 100 Hz und 1500 Hz liegt.
Der Tastgrad 69 ist beispielsweise so eingestellt, dass er in Abhängigkeit einer Soll- Betriebstemperatur des optoelektronischen Bauteils 7 größer oder gleich dem Wert 0,5 ist.
Ein Mittel zur Erfassung der Umgebungstemperatur 55 kann ein Temperatursensor des Fahrzeugs sein. Alternativ kann das Mittel auch ein Telekommunikationsmittel zum
Empfangen eines Temperaturwertes sein, der für den geographischen Ort des Fahrzeugs von einem elektronischen Dienst bestimmt ist und durch den elektronischen Dienst bereitgestellt ist. Ein Mittel zur Erfassung des Niederschlags 56 kann ein Regensensor eines
Fahrzeugscheibenwischer-Systems oder ein videobasiertes Kamerasystem eines Fahrzeugs sein, beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem.
Ein Mittel zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit 57 kann ein Tachometer eines Fahrzeuges oder ein videobasiertes Kamerasystem eines Fahrzeugs sein, vorzugsweise ein Fahrerassistenzsystem.
Das optoelektronische Bauteil 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein DMD Digital
Micromirror Device.
Die Lichtquelle 2 kann eine oder mehrere Leuchtdioden, beispielsweise jeweils eine
Hochstrom- oder Power-LED, oder auch eine oder mehrere Laserdioden umfassen.
Ferner kann zumindest die zumindest eine Lichtquelle 2, die zumindest eine
Projektionsoptik 4 und das optoelektronische Bauteil 7 ein in einem Fahrzeug montierbares Scheinwerferbauteil bilden, wobei zumindest ein Scheinwerferbauteil in einem Fahrzeug montierbar ist.
In Fig. 10 ist eine Momentaufnahme von Niederschlag vor einem stehenden Fahrzeug aus Sicht des Fahrers gezeigt, in Fig. 11 eine Momentaufnahme von Niederschlag vor einem sich bewegenden Fahrzeug aus Sicht des Fahrers. Es ist erkennbar, dass die
Niederschlagselemente abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Flugbahn, das heißt einer Trajektorie folgen. Die Flugbahn hängt auch von der Art der Niederschlagselemente, das heißt Regentropfen oder Schneeflocken ab. Die Art der Niederschlagselemente hängt von der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs ab, bei Temperaturen unten der Gefrierpunkt bilden sich Schneeflocken aus, wie allgemein bekannt.
Im Verfahren nach dem Funktionsschaltbild der Fig. 12 kann eine besonders günstige optische Wirkung für das Auge des Fahrers erzielt werden, wenn die Bestimmung
Überlagerungsfunktion 71 zumindest durch eine Prädiktionsfunktion 31, 32, 33, 34 mittels einer Trajektorie 110, 210, 310, 410 einer prädizierten Flugbahn jeweils eines hypothetischen, fallenden Niederschlagselements im Sichtbereich vor dem Fahrzeug erfolgt. Dabei wird die zumindest eine Trajektorie 110, 210, 310, 410 aus dem relevanten Parameter 50 berechnet. Die Trajektorie 110, 210, 310, 410 ist in jedem ihrer Funktionswerte entlang deren Verlauf jeweils durch einen Verlaufsvektor 115, 116 definiert.
Außerdem ist es für optische Wirkung für das Auge des Fahrers besonders vorteilhaft, wenn entlang jeder Trajektorie 110, 210, 310, 410 jeweils eine zeitabhängige
Modulationsfunktion 40, die durch eine Modulationsquelle 45 definiert ist, bestimmt ist. Dabei bestimmen Zeitintervalle 46 die Wiederholrate der Modulationsfunktion 40, wie in Fig. 13 dargestellt. Die Abszisse 41 der Modulationsfunktion 40 erstreckt sich örtlich längs der jeweiligen Trajektorie 110, 210, 310, 410 und wird durch punktweise Multiplikation überlagert und bildet eine jeweilige Überlagerungsfunktion 71 in Form einer
Lichtmodulationsfunktion 61. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel die zumindest eine Lichtmodulationsfunktion 61, die in Zeitintervalle 46 unterteilt ist, die jeweils gleich lang sind, eine Ein- / Austastmodulation ist.
In Fig. 14 und Fig. 15 ist erkennbar, wie die Lichtmodulationsfunktion 61 gebildet werden kann.
Bei der Überlagerung der jeweiligen Lichtmodulationsfunktion 61 mit der Lichtverteilung 20 entspricht der Betrag eines Funktionswerts der jeweiligen Lichtmodulationsfunktion 61 an einem ersten Ort 101 der jeweiligen Trajektorie 110, 210, 310, 410 zu einem ersten
Zeitpunkt 47, dem Betrag eines Funktionswerts der jeweiligen Lichtmodulationsfunktion 61 an einem zweiten Ort 102 der jeweiligen Trajektorie 110, 210, 310, 410 zu einem
vorhergehenden, zweiten Zeitpunkt 48. Der zweite Ort 102 ist an jenem Ort gelegen, zu dem der Verlaufsvektor 115, 116 im ersten Ort 101 im ersten Zeitpunkt 47 zeigt.
Dabei kann die zumindest eine Trajektorie 110, 210, 310, 410 durch eine lineare Prädiktion prädiziert sein, um die Berechungskomplexität gering zu halten.
Die zumindest eine Trajektorie 110, 210, 310, 410 weist jeweils einen Anfang 111, 211 und jeweils ein Ende 112, 212 auf. Der Anfang 111, 211 ist an einer gedachten horizontalen Linie 100 gelegen, die in Fig. 12 erkennbar ist. Die Linie 100 ist in einem Bereich gelegen, der einem oberen Bereich eines vor dem Fahrzeug ausgebildeten Lichtbilds und der oberen Begrenzung des ausgebildeten Lichtbilds entspricht und dort einen ersten
Verlaufsvektor der zumindest einen Trajektorie aufweist, und die zumindest eine Trajektorie 110, 210, 310, 410 verläuft weiter horizontal seitlich und/ oder vertikal nach unten zu deren Ende 112, 212. Verlaufsvektoren 115, 116 zu späteren Zeitpunkten 47, 48 sind in der Figur erkennbar.
In einem alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die
Modulationsfunktion 61, die in jeweils gleich lange Zeitintervalle 46 unterteilt ist, eine im Wesentlichen sinusförmige Modulation sein.
Die Lichtmodulationsfunktion 61 kann beispielsweise durch eine zeitabhängige
zweidimensionale Funktion beziehungsweise ein Polynom 510, 610, 710 gebildet werden, wobei der Funktionswert des Polynoms 510 in Betrag und Steigung in den Schnittpunkten mit den Trajektorien 110, 210, 310 und 410 im Wesentlichen dem Funktionswert der Normalen 120, 220, 320, 420 der Trajektorien 110, 210, 310 und 410 zum selben Zeitpunkt 100 in Betrag und Steigung entspricht. Zu jedem nachfolgenden Zeitpunkt wird ein neues Polynom bestimmt.
Ein Polynom 510, 610, 710 kann beispielsweise durch eine Potenzreihe mathematisch repräsentiert werden, die wiederum graphisch entsprechend der Darstellungen einer Kurve in den Figuren illustriert werden kann.
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Um den Aufwand zur Bestimmung der Polynome 510, 610, 710 gering zu halten, kann eine beschränkte Anzahl von Trajektorien 110, 210, 310, 410 zur Bestimmung der Polynome 510, 610, 710 herangezogen werden und die Polynome durch Annäherungsfunktionen, beispielsweise durch Spline- oder Bezier- Interpolationen bestimmt werden.
Annäherungsfunktionen sind in diesem Ausführungsbeispiel geeignet, um Polynome zu beschrieben. Die Annäherungsfunktionen können wiederum selbst durch Polynome mathematisch beschrieben werden. In der Praxis können häufig mehrere Polynome gebildet werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
Die Lichtmodulationsfunktion 61 kann nicht nur auf die Trajektorien 110, 210, 310, 410 angewendet werden, sondern ebenso auf die Polynome 510, 610, 710. In diesem Fall ist es nicht notwendig, eine große Anzahl von Trajektorien zu bestimmen, sondern es kann eine reduzierte Anzahl an Trajektorien herangezogen werden, um Polynome zu bestimmen, die mit einer Lichtmodulationsfunktion assoziiert werden. Folglich erfolgt längs eines
Polynoms 510, 610, 710 dieselbe Einstellung der Spiegel 8 eines elektrooptischen Bauteils 7, um eine Lichtintensität in Projektionsrichtung des Fahrzeugscheinwerfers 1 zu erzeugen. Dementsprechend kann die Modulationsfunktion 40 auf unterschiedliche Trajektorien 110, 210, 310, 410 auf verschiedene Art angewandt werden. Aus diesem Zusammenhang wird klar, dass die Modulationsfunktion 40 auf die Trajektorien 110, 210, 310, 410 transformiert werden kann, indem die Modulationsfunktion 40 beispielsweise auf die unterschiedlichen Längen der einzelnen Pfade der Trajektorien 110, 210, 310, 410 transformiert wird.
In diesem Zusammenhang bedeutet die oben genannte Übereinstimmung im Schnittpunkt des Polynoms 510 und der Normale 120 zur Trajektorie 110 in Betrag und Steigung, dass diese im Wesentlichen innerhalb von Grenzen liegt, die die Bestimmung eines Polynoms durch Reduktion auf ein Polynom mit geringer Ordnung zu vereinfachen. Dabei ist die Verwendung eines Polynoms mit höchstens zweiten Grad vorteilhaft.
Mit der Steigung in einem Punkt einer Funktion oder Kurve ist der Betrag der ersten Ableitung der Funktion in diesem Punkt gemäß der mathematischen Analysis gemeint.
Die Größe von Musterdetails im Projektionsmuster beziehungsweise in der
Überlagerungsfunktion kann beispielsweise in einer Ebene quer zur Leuchtrichtung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Abstand innerhalb des Sichtbereichs vor dem Fahrzeug, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 5 m vor dem Fahrzeug, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 50 m vor dem Fahrzeug , gemessen werden. Die Größe kann dabei von dem relevanten Parameter 50 abhängen, bevorzugt vom
Niederschlagsgrößenparameter 53, und dabei insbesondere um zumindest den Faktor drei größer als der Niederschlagsgrößenparameter 53 sein.
Fig. 16 zeigt in vergrößerter Darstellung das optoelektronische Bauteil 7 als drittes
Ausführungsbeispiel einer Überlagerungsfunktion 71 in einem ersten Zeitpunkt in einem Bildausschnitt. Es sind vier Trajektorien 850, 851, 852, 853 eingezeichnet, die exemplarisch für die Flugbahn von vier Niederschlagselementen stehen. Es ist außerdem erkennbar, wie die Polynome 860, 861, 862 verlaufen, die durch eine Position oder Lage eines Mikrospiegel des DMD-Chips, das heißt des optoelektronischen Bauteils 7 repräsentiert sind, in der Licht in Projektionsrichtung des Fahrzeugscheinwerfers reflektiert wird. Die Auflösung des optoelektronischen Bauteils 7 bestimmt die Feinheit der optischen Darstellung der
Polynome 860, 861, 862. Die Linienbreite des Polynoms 860, 861, 862, die quer zum Verlauf eines Polynoms bestimmt ist, kann durch die Lichtmodulationsfunktion bestimmt sein.
Fig. 17 zeigt das optoelektronische Bauteil 7 mit der Überlagerungsfunktion 71 nach Fig. 16 in einem zweiten Zeitpunkt, ebenfalls als vergrößerte Darstellung eines Bildausschnitts. Die Polynome 870, 871, 872 sind auf den vier Trajektorien 850, 851, 852, 853 zum zweiten Zeitpunkt bestimmt.
Fig. 18 zeigt in einer vergrößerten Ansicht das optoelektronische Bauteil 7 mit der
Überlagerungsfunktion 71 nach Fig. 16 in einem vergrößerten Bildausschnitt als weiteres Ausführungsbeispiel einer Überlagerungsfunktion. Die Polynome 860, 861, 862 sind aufgrund des gewählten Bildausschnitts parallel verlaufend erkennbar.
In Fig. 19 ist das optoelektronische Bauteil 7 mit einer zellenförmigen
Überlagerungsfunktion 71 als viertes Ausführungsbeispiel in einem ersten Zeitpunkt gezeigt. Die Polynome 880, 881, 882 sind aufgrund des Parameters 50, hier beispielsweise als Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null, als parallel verlaufende, horizontal orientiertes Streifenmuster erkennbar.
In Fig. 20 ist das optoelektronische Bauteil 7 mit einer zellenförmigen
Überlagerungsfunktion nach Fig. 19 in einem zweiten Zeitpunkt gezeigt. Die Polynome 880, 881 sind parallel verlaufend erkennbar. Dadurch soll veranschaulicht werden, dass das horizontal orientierte Streifenmuster zeitlich einen sich nach unten bewegenden Effekt bewirkt. Liste der Bezugszeichen:
1. 11 Fahrzeugscheinwerfer
2. 12 Lichtquelle
3. 13 Primäroptik
4. 14 Projektionsoptik
5 Steuereinrichtung
6 Ausgabeeinheit
7, 17 optoelektronisches Bauteil
8 optoelektronisches Element
9, 19 Ansteuerungseinheit
10 Datenspeicher
15 Auswahleinheit
20, 21, 22 Lichtverteilung
30 Gesamtheit der Prädiktionsfunktionen
31, 32, 33, 34 Prädiktionsfunktion
35 Prädiktionseinheit
40 Modulationsfunktion
41 Abszisse der Modulationsfunktion
45 Modulationsquelle
46 Zeitintervall
47 erster Zeitpunkt
48 zweiter Zeitpunkt
50 relevanter Parameter
51 Temperatur-Parameter
52 Niederschlagsintensitäts-Parameter
53 Niederschlagsgrößen-Parameter
54 Geschwindigkeits-Parameter
55 Mittel zur Erfassung einer Umgebungstemperatur
56 Mittel zur Erfassung eines Niederschlags
57 Mittel zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit
60 Modulator
61 Lichtmodulationsfunktion Tastgrad Überlagerungseinheit
Projektionsmuster Lichtmatrix
Videosignal gedachte Linie
erster Ort
zweiter Ort , 210, 310, 410,
, 851, 852, 853 Trajektorie
, 211 Anfang der Trajektorie
, 212 Ende der Trajektorie
, 116 Verlaufsvektor , 220, 320, 420,
, 221, 321, 421 Normale , 610, 710,
, 861, 862,
, 871, 872,
, 881, 882 grafische Darstellung des Polynoms
Mikroprozessor
CAN-Bus
Sensoreinrichtung
weitere Fahrzeug-Elektronikeinrichtungen oder Adapter

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren (1000) zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- Erzeugen (1010) eines Lichtstrahlbündels durch zumindest eine Lichtquelle (2, 12),
- Abstrahlen (1020) des Lichtstrahlbündels in Richtung eines optoelektronischen
Bauteils (7, 17), das eine steuerbare Anordnung von mehreren, individuell verstellbaren optoelektronischen Elementen (8) in Form einer zweidimensionalen Matrix umfasst,
- Auswählen (1030) einer in einem Datenspeicher (10) gespeicherten Lichtverteilung (20,
21, 22) mittels einer Auswahleinheit (15) und Abrufen der Lichtverteilung (20) aus dem Datenspeicher (10),
- Erfassen (1040)
- einer Umgebungstemperatur (55) zu einem Temperaturparameter (51), und/ oder
- eines Niederschlags (56) zu einem Niederschlagsintensitätsparameter (52) und/ oder einem Niederschlagsgrößenparameter (53), - Bestimmen (1050) der Temperatur- (51), Niederschlagsintensitäts- (52), Niederschlagsgrößen- (53) als zumindest ein relevanter Parameter (50),
- Definieren (1060) einer Überlagerungsfunktion (71) aus dem zumindest einem
relevanten Parameter (50),
- Überlagern (1070) der Lichtverteilung (20) mit der Überlagerungsfunktion (71) zu einer
Lichtmatrix (80),
- Ansteuern (1080) des optoelektronischen Bauteils (7, 17) durch die Lichtmatrix (80) mittels der Ausgabeeinheit (6),
- Modulieren (1090) des eingestrahlten Lichtstrahlbündels durch das optoelektronische
Bauteil (7, 17) und zumindest teilweises Reflektieren des Lichtstrahlbündels in Richtung zumindest einer Projektionsoptik (4, 14),
- Projizieren (1100) des modulierten Lichtstrahlbündels durch die zumindest eine
Projektionsoptik (4, 14) und Ausbilden eines Lichtbilds vor dem Fahrzeug.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfassen (1040) außerdem eine Fahrzeuggeschwindigkeit (57) zu einem Geschwindigkeitsparameter (54) erfasst wird, welcher beim Bestimmen (1050) des zumindest einen relevanten
Parameters (50) berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Definieren (1060) einer Überlagerungsfunktion (71) außerdem ein Tastgrad (69) für die Ansteuerung und Modulation der Spiegel des optoelektronischen Bauteils (7, 17) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Überlagern der Lichtverteilung (20) mit der Überlagerungsfunktion (71) zur Lichtmatrix (80) erfolgt, indem jedes Element der Überlagerungsfunktion (71) jeweils mit einem Element der Lichtverteilung (20) assoziiert wird und durch eine Transferfunktion transformiert wird, wobei die Transferfunktion vorzugsweise einer Operation einer Multiplikation oder Addition entspricht, wobei die Anzahl jener Elemente der Lichtmatrix (80), deren Werte nach der Transformation im Wesentlichen Null sind, zwischen 30% und 70%, bevorzugt zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 45% und 55% der Gesamtanzahl der Elemente der
Lichtmatrix (80) liegt, und die Werte der Elemente der Lichtmatrix (80), die nach der Transformation im Wesentlichen nicht Null sind, in deren Betrag jeweils größer sind, als die Beträge der assoziierten Werte in der Lichtverteilung (20).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (71) ein statisches Projektionsmuster umfasst, vorzugsweise ein streifenförmiges Muster, das als projiziertes Lichtbild einer Lichtverteilung vor dem
Fahrzeug zeilenweise vertikal, spaltenweise horizontal oder schräg orientiert ist, oder ein schachbrettartiges Muster oder ein gleichmäßig verteiltes Zufallsmuster.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Überlagerungsfunktion (71) zumindest eine Prädiktionsfunktion (31, 32, 33, 34) umfasst, die eine Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) einer prädizierten Flugbahn jeweils eines hypothetischen, fallenden Niederschlagselements im Sichtbereich vor dem Fahrzeug umfasst, wobei die Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) zumindest aus dem relevanten Parameter (50) berechnet wird und die Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) in jedem ihrer Funktionswerte entlang deren Verlauf jeweils durch einen Verlaufsvektor (115, 116) definiert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) eine zeitabhängige
Modulationsfunktion (40), die durch eine Modulationsquelle (45), bei der Zeitintervalle (46) die Wiederholrate der Modulationsfunktion (40) definieren, bestimmt ist, , und sich die Abszisse (41) der Modulationsfunktion (40) längs der Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) erstreckt und vorzugsweise punktweise durch Multiplikation überlagert wird und dadurch die Überlagerungsfunktion (71) gebildet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Überlagerung der Überlagerungsfunktion (71) mit der Lichtverteilung (20) der Betrag eines Funktionswerts der Lichtmodulationsfunktion (61) an einem ersten Ort (101) der
Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) zu einem ersten Zeitpunkt (47), dem Betrag eines Funktionswerts der Lichtmodulationsfunktion (61) an einem zweiten Ort (102) der Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) zu einem vorhergehenden, zweiten
Zeitpunkt (48) entspricht, wobei der zweite Ort (102) an jenem Ort gelegen ist, zu dem der Verlaufsvektor (115, 116) im ersten Ort (101) im ersten Zeitpunkt (47) zeigt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) durch eine lineare Prädiktion prädiziert ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) einen Anfang (111, 211) und ein Ende (112, 212) aufweist, wobei der Anfang (111, 211) an einer horizontalen Linie (100) , die in einem Bereich gelegen ist, der einem oberen Bereich eines vor dem Fahrzeug ausgebildeten
Lichtbilds, vorzugsweise der oberen Begrenzung des ausgebildeten Lichtbilds entspricht und dort den ersten Verlaufsvektor (115, 116) der Trajektorie aufweist, und die
Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) weiter horizontal seitlich und/ oder vertikal nach unten zu deren Ende (112, 212) verläuft.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfunktion (40), die vorzugsweise in Zeitintervalle (46) unterteilt ist, die vorzugsweise gleich lang sind, eine Ein- / Austastmodulation ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfunktion (40), die vorzugsweise in Zeitintervalle (46) unterteilt ist, die vorzugsweise gleich lang sind, eine im Wesentlichen sinusförmige Modulation ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine zeitabhängige zweidimensionale Funktion in Form eines Polynoms (510, 610, 710, 860, 861, 862, 870, 871, 872) gebildet werden kann, wobei der Funktionswert des
Polynoms (510, 610, 710, 860, 861, 862, 870, 871, 872) in Betrag und Steigung in den
Schnittpunkten mit der Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) im Wesentlichen dem Funktionswert der Normale (120, 220, 320, 420, 121, 221, 321, 421) zu der
Trajektorie (110, 210, 310, 410, 850, 851, 852, 853) zum selben Zeitpunkt (47, 48) in Betrag und Steigung entspricht, wobei dem Polynom (510, 610, 710, 860, 861, 862, 870, 871, 872) die Lichtmodulationsfunktion (61) zu einem Zeitpunkt (47, 48) überlagert werden kann, und entlang des Verlaufs des Polynoms (510, 610, 710, 860, 861, 862, 870, 871, 872) denselben Funktionswert der Lichtmodulationsfunktion (61) überlagern ist und daraus die.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Polynome (510, 610, 710, 860, 861, 862, 870, 871, 872) Annäherungsfunktionen, vorzugsweise Spline- oder Bezier- Interpolationen, herangezogen werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynome (510, 610, 710, 860, 861, 862, 870, 871, 872) höchstens einen Grad von Zwei aufweisen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe von Musterdetails im Projektionsmuster, gemessen in einer Ebene quer zur
Leuchtrichtung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Abstand innerhalb des Sichtbereichs vor dem Fahrzeug, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 5 m vor dem Fahrzeug, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 m und 50 m vor dem Fahrzeug, von dem relevanten Parameter (50) abhängt, bevorzugt vom Niederschlagsgrößenparameter (53), besonders bevorzugt um zumindest den Faktor drei größer als der
Niederschlagsgrößenparameter (53) beträgt.
17. Vorrichtung zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor einem Fahrzeug, in der die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausführbar sind, umfassend eine Lichtquelle (2), eine Primäroptik (3), eine Projektionsoptik (4), ein optoelektronisches Bauteil (7), das eine steuerbare Anordnung von mehreren, individuell verstellbaren optoelektronischen Elementen (8) beinhaltet, und eine Ansteuerungseinheit (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltfrequenz der steuerbare Anordnung von mehreren, individuell verstellbaren optoelektronischen Elementen (8) des optoelektronischen
Bauteils (7, 17) von dem relevanten Parameter (50) abhängt, wobei die Schaltfrequenz bevorzugt zwischen 100 Hz und 1500 Hz liegt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastgrad (69) in Abhängigkeit einer Soll-Betriebstemperatur des optoelektronischen Bauteils (7, 17) so eingestellt ist, dass er größer oder gleich dem Wert 0,5 ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Erfassung der Umgebungstemperatur (55) ein Temperatursensor des Fahrzeugs oder ein Telekommunikationsmittel zum Empfangen eines Temperaturwertes, der für den geographischen Ort des Fahrzeugs vorzugsweise von einem elektronischen Dienst bestimmt ist, und durch den elektronischen Dienst bereitgestellt ist, umfasst ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Erfassung des Niederschlags (56) ein Regensensor eines
Fahrzeugscheibenwischer-Systems oder ein videobasiertes Kamerasystem eines Fahrzeugs, vorzugsweise ein Fahrerassistenzsystem ist, umfasst ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit (57) ein Tachometer eines Fahrzeuges oder ein videobasiertes Kamerasystem eines Fahrzeugs, vorzugsweise ein
Fahrerassistenzsystem ist, umfasst ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauteil (7, 17) ein DMD (Digital Micromirror Device) ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2, 12) zumindest eine Leuchtdiode, vorzugsweise eine Hochstrom- oder Power- LED, oder zumindest eine Laserdiode umfasst.
24. Baugruppe, umfassend zumindest eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe ein in einem Fahrzeug montierbares Scheinwerferbauteil bildet.
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