Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer

halbleiterbasierten Lichtquelle, insbesondere einem Laser zur Abgabe einer elektromagnetischen Primärstrahlung und mit einem in Hauptabstrahlrichtung vor der halbleiterbasierten Lichtquelle angeordneten Lumineszenzkonversionselement, das insbesondere eine Lichteinkoppelfläche zur Einkopplung der Primärstrahlung auf weist, das einen Leuchtstoff zur Konvertierung der gesamten oder eines Teils der Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung aufweist, die eine andere Wellenlänge aufweist als die Primärstrahlung, und das insbesondere eine Lichtauskoppelfläche zur Auskopplung der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung aufweist und wobei eine vom Frequenzkonverter abgegebene Lichtstrahlung in eine Optik eingekoppelt wird.

STAND DER TECHNIK

In verschiedensten Anwendungen der Beleuchtungsindustrie werden neue

Lichtquellen eingesetzt, um Bauraum, Effizienz, Lebensdauer und viele weitere Kriterien zu optimieren. Die neuesten Innovationen beschäftigen sich derzeit stark mit LASER-Dioden als neue Halbleiterlichtquelle. Diese zeichnen sich neben einer langen Lebensdauer, kleinem Bauraum, der Eigenschaft als Punktlichtquelle und hohen Leistungseigenschaften durch eine Emission von monochromatischer Strahlung aus. Speziell bei der Erzeugung von breitbandigem Licht (weiß) ist eine Abstrahlung von energiereicher Strahlung (kurzwellig) mit geringer Halbwertsbreite der Wellenlängen von Vorteil.

Über das Prinzip der Frequenzkonvertierung wird z.B. mit heutigen Phosphoren unterschiedlicher Ausprägung (Pulver, Keramik, Verguss etc.) eine Veränderung des Spektrums und damit der elektromagnetischen Energie je Spektralanteil

vorgenommen. Die derzeitige Einordnung einer solchen Lichtquelle erfolgt äquivalent zu LEDs. Insbesondere durch die mechanischen Belastungen im automobilen Sektor kann es jedoch zur Beschädigung des Phosphors kommen (Bruch, Splitterung, Abfall etc.). Im Fall der Beschädigung kann es gleichfalls zu einem Austritt kohärenter LASER- Strahlung kommen, die wiederum der Laserschutzbestimmung und damit der

Laserschutzklassen unterliegt.

In der WO 2014 / 072227 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge beschrieben. Eine Laserlichtquelle dient zur Ausstrahlung eines Laserlichtbündels in ein Photolumineszenzelement. Durch das in dem Photolumineszenzelement auftreffende Licht wird ein Sekundärlicht in einer spezifischen Lichtverteilung erzeugt. Eine Abstrahloptikeinrichtung formt das Sekundärlicht in eine Abstrahlverteilung um. Lichtbündel, die in einem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufen, werden durch ein Abstrahlungshemmungsmittel unterdrückt. Hierdurch soll verhindert werden, dass bei einer Beschädigung des Photolumineszenzelements unkonvertiertes Laserlicht aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt.

Insbesondere in der automobilen Beleuchtungsindustrie werden Lichtquellen genutzt, welche hohe Lichtstärken bei kleinen Dimensionen erzeugen müssen. Um die optischen Abbildungseigenschaften zu optimieren, ist die Eigenschaft der

„Punktlichtquelle" favorisiert. Im Zuge dessen werden oft Halbleiterelemente (LED) vor ein frequenzkonvertierendes Element geschaltet.

Derzeit wird vor allem der Einsatz von Keramiken zur Strahlungskonvertierung untersucht (Granate z.B. Y3AI5O12:Ce3+ Verbindungen). Teilchenphysikalisch wird der energiereiche, kurzwellige Strahl beim Durchdringen des Phosphors vom

Kristallgitter absorbiert, innerhalb der atomaren Energieniveaus in energieärmere Zustände transformiert und vom Kristallgitter in Form kurzwelliger Strahlung isotrop emittiert. Die emittierte Strahlung ist breitbandiger Natur und wird vom Menschen in Überlagerung mit der nicht absorbierten energiereichen Strahlung als weißes Licht empfunden.

Dadurch, dass es sich bei dem Phosphor um eine kristalline Struktur handelt, ist die Betrachtung der Möglichkeit der Beschädigung, des Bruchs etc. vorhanden. Derzeit existieren in einzelnen Modulen diverse Möglichkeiten zur Vorhersage einer

Veränderung der Strahlungseigenschaften und somit die Feststellung, ob eine

Gefährdung durch Laserstrahlung vorliegt. Gängige Verfahren sind die Bestimmung des reflexiven Anteils von Strahlungskomponenten in/aus einem Lichtleiter (OSRAM) oder auch der Detektion von austretenden Strahlungskomponenten aus der

Gesamtlichtverteilung der Lichtquelle durch partielle Messung im Lichtkegel, reflexive Messung eines Anteils aus dem Lichtkegel etc.

Solche Techniken sind durchführbar, jedoch nicht für alle Lichtsysteme (Reflexion, Projektion) nutzbar und weisen zum Teil eine hohe Justageanforderung an den Sensor und die Lichtquelle, bzw. Einkoppelstelle auf. Hinsichtlich der Nutzung von „Blendenstrukturen" bei einer reflexiven Lösung sind auch Veränderungen im

Reflektor vorhanden, die sich auf die Abbildungsgenauigkeit auswirken können.

Außerdem ist zu gewährleisten, dass alle Fehlerfälle detektierbar sind, was derzeit nicht der Fall ist.

Derzeit existiert keine allgemeingültige technische Lösung für laserbasierte

Scheinwerfersysteme verschiedener Ausprägung, die eine Lasersicherheit unterstützt und das Abschalten des Lichtsystems im Gefahrenfall durchführt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für

Fahrzeuge mit einer halbleiterbasierten Lichtquelle derart weiterzubilden, dass betriebssicher Licht über eine relativ kleine Lichtauskoppelflächen bei hoher

Leuchtdichte mit hoher Konversionseffizienz abgestrahlt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lichtsensor zur Analyse von Teilen der in die Optik eingekoppelten Lichtstrahlung vorgesehen ist. Der Lichtsensor ist dabei vorzugsweise eingerichtet, die erfassten Lichtstrahlen

hinsichtlich einer Gefährdung für das menschliche Auge zu analysieren. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zusätzlich nun ein Gesamtkonzept für die Augensicherheit der gesamten Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Das vorgeschlagene leuchtenherstellerseitige Augensicherheitskonzept bietet den Vorteil, dass es keine vom Lampen hersteiler verwendeten Sensoren benötigt und eine Augengefährdung der Ausgangslichtverteilung sofort erkennt, ohne über

Sensoren zur Erkennung jeder einzelnen Fehlerursache zu verfügen. Es kann darüber hinaus Fehler erkennen, deren Ursache nicht unmittelbar durch einen Sensor detektiert werden kann, wie z.B. ein Bruch in der Kristallstruktur des Konverters.

Ferner bietet das Konzept den Vorteil der Anwendbarkeit auf beliebige optische Konzepte. Insbesondere ist es zur Erkennung der Augengefährdung für alle

Lichtquellen (beispielsweise Laser) anwendbar, deren Spektrum sich von einem nicht augengefährdenden in einen augengefährdenden Zustand verändern kann.

Aus der durch den Lichtsensor erfassten Strahlung kann nun eine Aussage darüber getroffen zu können, ob das Lasermodul (Laser und konvertierende Einheit) noch wie gewünscht arbeitet, oder einen Defekt aufweist und somit die Sicherheitsmerkmale zur Zulassung nicht erfüllt. Es ist sowohl eine Modifikation des abbilden Systems als auch des nichtabbildenden Systems (Lichtleitkörper) möglich.

Derzeit finden für die Herstellung der Optiken einzelne Materialien vermehrt Einsatz (z.B. Glas, Thermoplaste wie PMMA & PC, Elaste wie Silikone). Jedes dieser

Materialien verfügt über einen bestimmten Brechungsindex, der in Verbindung mit Erfindungsinhalten genutzt werden kann, um emittierte Strahlung der Lichtquelle mittels Totaler Innerer Reflexion (TIR) zu einem Analysesensor zu leiten.

Bei der Optik kann es sich um einen Reflektor und/oder ein Refraktor handeln. Ein verwendeter Reflektor weist vorzugsweise in Verlängerung der Strahlungsrichtung der Primärstrahlung eine Öffnung auf. Sollte das Lumineszenzkonversionselement defekt sein, kann ein großer Anteil an Primärstrahlung unkonvertiert durch das

Lumineszenzkonversionselement hindurchstrahlen, was eine besonders hohe

Augenfährdung darstellt. Die unkonvertierte Primärstrahlung wird aber so nicht durch den Reflektor nach außen reflektiert wird, sondern in die Öffnung eingeleitet. Hier kann diese Primärstrahlung unschädlich gemacht werden. Zudem kann hinter der Öffnung der Lichtsensor (ggf. unter Zwischenschaltung eines Umlenkelements) angeordnet sein.

Vorzugsweise ist zumindest ein optisches Umlenkelement vorgesehen, welches zumindest Teile der in der Optik verlaufenden Lichtstrahlung in Richtung auf den, insbesondere außerhalb, der Optik angebrachten Lichtsensor umlenkt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer ersten

Ausgestaltung, eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer zweiten

Ausgestaltung,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer dritten

Ausgestaltung,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer vierten

Ausgestaltung, eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer fünften

Ausgestaltung, eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer sechsten Ausgestaltung, eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer siebten

Ausgestaltung. Die erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen nach den Figuren 1 bis 7 umfassen jeweils als Lichtquelle einen kurzwelligen Halbleiterlaser 1 und einen nachgelagerten Konverter 2, der die kurzwellige Laserstrahlung in weißes Licht umwandelt. Ferner ist ein lichtformendes Element, in den Figuren 1 bis 6 einen Reflektor 3 bzw. in Figur 7 ein disperses refraktierendes Element 8, und mindestens ein Lichtsensor 4 vorgesehen, der das konvertierte Licht hinsichtlich seiner

Augengefährlichkeit bewertet und ab einem bestimmten Schwellwert einen

Sicherheitsmechanismus, im einfachsten Fall Abschalten, aktiviert.

Der Lichtsensor 4 kann ein Fotoelement sein, welches über den gesamten

Empfindlichkeitsbereich des Auges integriert, über den Blaupeak der Laserstrahlung integriert und/oder über den Gelbbereich des konvertierten Weißlichtes integriert. Eine beliebige Kombination, in der Schwellwerte für verrechnete Sensorausgangsgrößen definiert sind, ist ebenfalls denkbar.

Der Lichtsensor 4 kann derart in der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein, dass dieser Streulicht erfasst und analysiert, welches außerhalb des eigentlichen

Strahlenganges verläuft (siehe Figuren 1 und 2 und 7).

Der Lichtsensor 4 kann derart in der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein, dass dieser Streulicht erfasst und analysiert, welches außerhalb des eigentlichen

Strahlenganges verläuft und insbesondere von einer etwaigen Abschlussscheibe 7 reflektiert wird (Fresnelreflexion) (siehe Figur 3).

Der Lichtsensor 4 kann derart hinter einer Öffnung 9 im Reflektor 3 angeordnet sein, dass dieser direkt von der Laserdiode abgestrahltes Licht erfasst und bewertet (siehe Figur 4).

Der Lichtsensor 4 kann derart angeordnet sein, dass dieser von einem

Umlenkelement 5, welches hinter einer Öffnung 9 im Reflektor 3 angeordnet ist, umgelenktes indirektes Licht erfasst und bewertet (siehe Figur 5). Der Lichtsensor 4a kann derart angeordnet sein, dass dieser spektrale Anteile, in die das Licht zuvor durch ein disperses Element 8 zerlegt wurde, erfasst und bewertet. Vorzugsweise wird dabei zumindest ein weiterer spektraler Anteil durch mindestens einen zusätzlichen Sensor 4b erfasst und bewertet (siehe Figur 6).

Der Lichtsensor 4 kann derart angeordnet sein, dass dieser aus einem lichtleitenden/- formenden refraktiven Element 6 austretendes Licht erfasst und bewertet (siehe Figur 7); Vorzugsweise wird solches Licht erfasst, welches nicht an einer definierten

Lichtaustrittsfläche der Leuchte austritt, welches also nicht für die definierte

Ausleuchtung der Straße vorgesehen ist.

Eine beliebige Kombination der vorgestellten Varianten ist denkbar. Ein Vorteil der in den Figuren 4, 5 und 6 dargestellten Varianten ist, dass im Falle eines

Konverterschadens, z.B. durch Bruch oder Sättigung, das vom Laser abgestrahlte kurzwellige Licht (Primärstrahlung), welches als besonders augengefährlich eingestuft wird, schon vor der Aktivierung des Sicherheitsmechanismus faktisch in einer Art Lichtfalle absorbiert und somit für das Auge unschädlich gemacht wird. Dafür ist die Öffnung 9 des Reflektors 3 in Verlängerung des unkonvertierten Laserstrahls angeordnet.

Bezugszeichenliste

1 Laser

2 Frequenzkonverter

3 Reflektor

4 Lichtsensor

5 Umlenkelement

6 refraktives Element

7 Abschlussscheibe

8 dispersives Element

9 Öffnung