DE102008016603A1

DE102008016603A1 - Beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE102008016603A1
Application number: DE102008016603A
Authority: DE
Inventors: Stuart C. White Lake Salter; Mahendra Somasara Bloomfield Hills Dassanayake; Lynda Kristen Northville Fulgenzi
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2008-10-30
Also published as: GB0807019D0; CN101296543A; GB2450579A; GB2450579B; CN101296543B; US7628520B2; US20080259627A1

Abstract

Ein Beleuchtungssystem ermöglicht die Erzeugung von Licht auf eine Weise, bei der ein Entstehen elektromagnetischer Störungen (EMI) und/oder Funkfrequenzstörungen (RFI) reduziert ist. Gemäß einer Ausführungsform emittiert eine Lichtquelle (22) Licht auf den Empfang eines im Wesentlichen linearen Signals hin, das als Antwort auf ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem bzw. eine Beleuchtungsanordnung zur Bereitstellung von Licht.
Es ist bekannt, Lichtquellen, wie z. B. Leuchtdioden (LEDs), durch Anlegen von pulsbreitenmodulierten (PWM) Signalen zu erregen. Ein Einsatz von Pulsbreitenmodulationstechniken zum Erregen von Lichtquellen bewirkt eine Verminderung der Wärmeabgabe des Beleuchtungssystems. Ein direktes Anlegen von PWM-Signalen an die Lichtquellen kann jedoch elektromagnetische Störungen (EMI) und/oder Funkfrequenzstörungen (RFI) verursachen. In vielen Fällen beeinflussen EMI und RFI in unerwünschter Weise die Leistung des Beleuchtungssystems und anderer benachbarter elektrischer Systeme.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden im Hinblick auf diese und andere Nachteile konventioneller PWM-Techniken zum Erregen von Lichtquellen konzipiert.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sind aus den unabhängigen Ansprüchen 1 und 10 bzw. den abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
Die Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf ein eine effiziente Lichtemission ermöglichendes Beleuchtungssystem bzw. -verfahren, bei dem die Ausbildung elektromagnetischer Störungen (EMI) und/oder Funkfrequenzstörun gen (RFI) reduziert ist. Das Beleuchtungssystem weist eine Lichtquelle auf, die dahingehend ausgebildet ist, Licht zu emittieren. Gemäß einer Ausführungsform kann die Lichtquelle als Leuchtdiode (LED) ausgebildet sein. Mit der Lichtquelle kann ein Regler elektrisch verbunden und dahingehend ausgebildet sein, ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal zu empfangen. Als Antwort auf das PWM-Signal erzeugt der Regler ein Sägezahnsignal, das die Lichtquelle erregt und die Emission von Licht zur Folge hat.
Das Verfahren zur Erzeugung von Licht beinhaltet die Erzeugung eines PWM-Signals und einen Empfang des PWM-Signals in einem Regler. Das Verfahren beinhaltet weiterhin, dass als Antwort auf das PWM-Signal infolge des Einsatzes des Reglers ein Sägezahnsignal erzeugt wird. Weiterhin kann das Verfahren beinhalten, dass als Antwort auf das Sägezahnsignal, das eine Lichtemission aus der Lichtquelle bewirkt, ein Steuersignal erzeugt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1A und 1B alternative Ansichten eines Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem;
2 eine Systemskizze der in 1A und 1B gezeigten Beleuchtungssysteme; und
3 eine Prinzipskizze eines Reglers, der mit den 1A, 1B und 2 gezeigten Beleuchtungssystemen betreibbar ist.
In 1A und 1B, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, ist ein Beleuchtungssystem 10 dargestellt. Bei dem Beleuchtungssystem 10 kann es sich um jede beliebige Art von Beleuchtungssystem handeln, so beispielsweise – aber ohne hierauf auf beschränkt zu sein – um ein Beleuchtungssystem für ein Fahrzeug (z. B. ein Deckenlicht), um ein Beleuchtungssystem für ein Gebäude, od. dgl. Nachfolgend beschriebene Ausführungsformen ermöglichen eine Außenbeleuch tung, eine konventionelle Fahrzeugbeleuchtung, eine Hörsaalhelligkeitseinstellung od. dgl.. Doch im Unterschied zu konventionellen PWM-Beleuchtungssystemen ermöglicht das Beleuchtungssystem 10 eine effiziente Lichtemission, wobei gleichzeitig aber nur ein reduzierter Betrag an elektromagnetischen Störungen (EMI) und/oder Funkfrequenzstörungen (RFI) entsteht.
Wie ersichtlich weist das Beleuchtungssystem 10 eine äußere Linse 12 auf, die auf dem Beleuchtungssystem 10 derart optimal positioniert ist, dass ein Beleuchten benachbarter Bereiche ermöglicht wird. Gemäß einer Ausführungsform kann die äußere Linse 12 aus einem durchscheinenden oder durchsichtigen Kunststoffmaterial bestehen. Das Beleuchtungssystem 10 weist weiterhin eine Lichtleiteinrichtung 14 auf, die das von einer Lichtquelle erzeugte Licht leitet und/oder lenkt. Die Lichtleiteinrichtung 14 weist einen erhabenen Abschnitt 14a und einen niedrigeren Abschnitt 14b auf. Wie ersichtlich, weist die Lichtleiteinrichtung 14 einschließlich ihrer Abschnitte 14a und 14b Öffnungen 16 auf, welche es erlauben, dass von der Lichtleiteinrichtung 14 gelenktes Licht aus der Lichtleiteinrichtung 14 austritt. Pfeile 18 zeigen, wie sich Licht innerhalb des Beleuchtungssystems 10 fortpflanzt, wenn Licht aus den Öffnungen 16 austritt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein an die äußere Linse 12 angrenzendes Bedienfeld 20 vorgesehen. Das Bedienfeld 20 kann einen Knopf oder mehrere Knöpfe aufweisen, durch den bzw. durch die die Beleuchtung eines Deckenlichts, eines Leselichts od. dgl. gesteuert werden kann. Mit den Knöpfen des Bedienfeldes 20 können natürlich auch andere Funktionen, wie z. B. das Öffnen eines Garagentors, das Öffnen einer Fahrzeugtür od. dgl. gesteuert werden.
2, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, zeigt ein detailliertes Blockdiagramm des Beleuchtungssystems 10. Insbesondere ist dargestellt, dass die Lichtleiteinrichtung 14 einen konischen Abschnitt 14c und einen reflektierenden Rand 14d aufweist. Wie ersichtlich, kann der konische Abschnitt 14c als hyperbolische Sammellinse ausgebildet sein. Je nach der Position einer Lichtquelle 22 kann alternativ der konische Abschnitt 14 eine parabolische optische Gestaltung aufweisen.
Mittels Pfeilen 21 ist die Fortpflanzung des Lichtes von einer Lichtquelle 22 durch die Linse 12 hindurch dargestellt. Die Lichtquelle 22, die als Leuchtdiode (LED) ausgebildet sein kann, emittiert Licht auf die Lichtleiteinrichtung 14. Das emittierte Licht tritt in die Lichtleiteinrichtung 14 ein und wird von dem reflektierenden Rand 14d im Wesentlichen parallel zu der Lichtleiteinrichtung 14 reflektiert. Das von dem reflektierenden Rand 14d reflektierte Licht wird dann auf die reflektierenden Ränder 14d reflektiert. Die reflektierenden Ränder 14d lassen das Licht dann nach unten in Richtung auf Reflektoren 26 und 28 reflektieren. Die Reflektoren 26 und 28 haben eine stark reflektierende Oberfläche und ein gebogenes Profil, welches das Licht nach oben reflektieren lässt, um die Linse 12 zu durchqueren. 2 zeigt somit Licht, das auf eine spezielle Weise gelenkt wird, wenn es von der Lichtleiteinrichtung 14 geleitet wird; jedoch sind auch alternative Ausführungsformen mit anders ausgebildeten Lichtleitgestaltungen im Rahmen der Erfindung möglich.
Die Lichtquelle 22 kann durch einen Regler 24 erregt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Regler 24 mittels eines flexiblen Schaltkreises mit der Lichtquelle 22 verbunden sein. Bei Verwendung eines flexiblen Schaltkreises sind die Packungsmöglichkeiten für das Beleuchtungssystem 10 verbessert, insbesondere in räumlich beengten Bereichen. Der Regler 24 ist weiterhin mit einer Stromquelle (B+) verbunden. Gemäß einer Ausführungsform, obgleich nicht zwingend erforderlich, weist die Stromquelle B+ eine Gleichstromquelle wie z. B. eine Batterie, einen Ultrakondensator od. dgl. in einem Fahrzeug auf. Wie nachfolgend erläutert, ist der Regler 24 dahingehend ausgebildet, ein Sägezahnsignal zu erzeugen, das eine Energiezufuhr zu der Lichtquelle 22 bewirkt.
3, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, zeigt eine Prinzipskizze des Reglers 24 gemeinsam mit zusätzlichen Einrichtungen. Es ist ersichtlich, dass alternative Ausführungsformen eine Schaltungskonfiguration haben können, die sich von der in 3 gezeigten unterscheidet. Der Regler 24 weist ein Operationsverstärker-Integrierglied 24a, eine Diode 24b, einen Fehlerverstärker 24c und einen Schalter 24d auf. Gemäß einer Ausführungsform kann der Schalter 24d als Tran sistor ausgebildet sein. Wie dargestellt, ist ein Steuergerät 32 mit der Stromquelle (B+) und einem Eingang 30 verbunden. Das Steuergerät 32 kann Datenverarbeitungs- und Speicherfähigkeiten haben. Die Stromquelle liefert Betriebsstrom für das Steuergerät 32.
Das Steuergerät 32 ist dahingehend ausgebildet, als Antwort auf Signale, die am Eingang 30 empfangen werden, PWM-Signale zu erzeugen. Der Eingang 30 kann Eingangssignale, die als Antwort auf das Öffnen einer Tür erzeugt werden, oder auch Signale von einem Fahrzeugschlüsselanhänger oder einem Deckenlampenschalter enthalten. Es ist ersichtlich, dass zusätzlich zu diesen speziell aufgezählten Eingangssignalen auch andere Eingangssignale von dem Steuergerät 32 empfangen werden können, je nach der speziellen Realisierung der beschriebenen Ausführungsformen.
Sobald die Eingangssignale vom Steuergerät 32 empfangen worden sind, erzeugt das Steuergerät 32 PWM-Signale mit einem gewünschten Einschaltverhältnis (duty cycle) und einer gewünschten Frequenz. Die PWM-Signale werden vom Integrierglied 24a empfangen. Das Integrierglied 24a integriert die vom Steuergerät 32 empfangenen PWM-Signale über die Zeit. Das Ausgangsignal des Integrierglieds 24a kann ein Sägezahnsignal mit einer progressiv zunehmenden Spannung sein, welches sich durch die Diode 24b hindurch fortpflanzt. Die Diode 24b verhindert einen Stromfluss in Richtung auf das Integrierglied 24a.
Der Fehlerverstärker 24c empfängt das Sägezahnsignal und außerdem Signale von einem Knotenpunkt 25. Der Fehlerverstärker 24c bewertet die Spannungen des Sägezahnsignals und eines von dem Knotenpunkt 25 empfangenen Signals. Auf Basis der Spannungsdifferenzen erzeugt der Fehlerverstärker 24c ein Steuersignal für den Schalter 24d. Wie dargestellt, kann das Steuersignal ein Basisstrom für die Transistorausführung des Schalters 24d sein, der den Stromfluss vom Anschluss B+ über den Schalter 24d zur Lichtquelle 22 steuert. Dementsprechend wird die Lichtquelle 22 auf eine im Wesentlichen lineare Weise erregt, ohne direkt von einem PWM-Signal gespeist zu werden.
Ein Schalter 34 und eine Diode 36, die mit der Stromquelle verbunden sind, können ebenfalls mit dem Regler 24 verbunden sein. Der Schalter 34 kann als ein Schalter in einem Fahrzeug ausgebildet sein, so beispielsweise – ohne aber hierauf beschränkt zu sein – als Kartenlichtschalter, Leselichtschalter od. dgl.. Gemäß einer Ausführungsform kann der Schalter 34 von einem Benutzer von Hand betätigt werden. Wenn der Schalter 34 geschlossen ist, fließt Strom von der Stromquelle (B+) durch die Diode 36. Die Diode 36 verhindert den Stromfluss in einer unerwünschten Richtung (z. B. in Richtung auf den Schalter 34). Der Fehlerverstärker 24c empfängt das Signal, das als Folge des Schließens des Schalters 34 gesendet wird. Als Antwort erzeugt der Fehlerverstärker 24c ein Steuersignal für den Schalter 24d, um den Stromfluss quer durch den Schalter 24d freizugeben, wodurch die Lichtquelle 22 erregt wird.

Claims

Beleuchtungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst: – eine Lichtquelle (22), die dahingehend ausgebildet ist, Licht zu emittieren; und – einen Regler (24), der mit der Lichtquelle elektrisch verbunden ist, wobei der Regler dahingehend ausgebildet ist, ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal zu empfangen und auf Basis des PWM-Signals ein Sägezahnsignal zu erzeugen, das die Lichtquelle erregt und eine Emission von Licht bewirkt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler aufweist: – einen Schalter (24d), der dahingehend ausgebildet ist, es zu ermöglichen, dass die Lichtquelle (22) erregt wird; – ein Integrierglied (24a), das das PWM-Signal empfängt und das Sägezahnsignal erzeugt, wobei das Sägezahnsignal das über die Zeit integrierte PWM-Signal ist, und – einen Verstärker (24c), der eine Spannung des Sägezahnsignals und eine Spannung eines dritten Signals bewertet und auf Basis von Differenzen zwischen der Spannung des Sägezahnsignals und der Spannung des dritten Signals ein Steuersignal für den Schalter erzeugt, um zu ermöglichen, dass die Lichtquelle erregt und Emission von Licht bewirkt wird.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Integrierglied (24a) empfangene PWM-Signal als Antwort auf ein Eingangssignal von einem Schlüsselanhänger-, Tür- und/oder Deckenlampenschalter od. dgl. erzeugt wird.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (32) vorgesehen ist, das das Eingangssignal empfängt und das PWM-Signal für das Integrierglied (24a) erzeugt.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichstromquelle (B+) vorgesehen ist, die mit dem Steuergerät (32) verbunden ist und es dem Steuergerät ermöglicht, das PWM-Signal auf einen Empfang des Eingangssignals hin zu erzeugen.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtleiteinrichtung (14) vorgesehen ist, die nahe an der Lichtquelle (22) angeordnet ist, und dass die Lichtleiteinrichtung (14) das von der Lichtquelle emittierte Licht lenkt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiteinrichtung (14) eine hyperbolische Sammellinse (14c) aufweist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Linse (12) vorgesehen ist, die von dem mittels der Lichtleiteinrichtung (14) gelenkten Licht (21) durchquert wird.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (22) eine Leuchtdiode (LED) ist.
Beleuchtungssystem für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das System aufweist: – ein Steuergerät (32), das ein Eingangssignal empfängt und ein PWM-Signal erzeugt, wobei das Eingangssignal von einem Tür-, Schlüsselanhänger- und/oder Deckenlampenschalter erzeugt wird; – einen Reflektor (26, 28); – eine äußere Linse (12); – eine Lichtquelle (22), die dahingehend ausgebildet ist, Licht zu emittieren; – einen Regler (24), der mit dem Steuergerät kommuniziert und mit der Lichtquelle elektrisch verbunden ist, wobei der Regler aufweist: – einen Schalter (24d), der dahingehend ausgebildet ist, eine Erregung der Lichtquelle zu ermöglichen, – ein Integrierglied (24a), das das PWM-Signal empfängt und ein Sägezahnsignal erzeugt, wobei das Sägezahnsignal das über die Zeit integrierte PWM-Signal ist, und – einen Verstärker (24c), der eine Spannung des Sägezahnsignals und eine Spannung eines dritten Signals bewertet und auf Basis von Differenzen zwischen der Spannung des Sägezahnsignals und der Spannung des dritten Signals ein Steuersignal für den Schalter erzeugt, um zu ermöglichen, dass die Lichtquelle erregt wird, was die Emission von Licht bewirkt; und – eine Lichtleiteinrichtung (14), die eine hyperbolische Sammellinse (14c) aufweist und nahe an der Lichtquelle, dem Reflektor und der äußeren Linse angeordnet ist und das von der Lichtquelle emittierte Licht auf den Reflektor lenkt, wobei der Reflektor das Licht durch die äußere Linse hindurch reflektiert.