Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in einem Kraftfahrzeug eine scannende Beleuchtungsvorrichtung zu verwenden, bei der über eine Scan-Bewegung ein oder mehrere Lichtbündel einer Lichtquelle abgelenkt werden und hierüber ein Lichtspot bewegt wird, um eine vorbestimmte Lichtverteilung, wie z.B. ein Abblendlicht, im Fernfeld des Kraftfahrzeugs zu erzeugen. In solchen Beleuchtungsvorrichtungen kommen häufig sog.

MEMS-Bauteile (MEMS = Micro-Electro-Mechanical System) zum Einsatz, bei denen die Ablenkung des oder der Lichtbündel über einen in einem Halbleiterchip integrierten, kontinuierlich bewegbaren Spiegel erfolgt.

Bei herkömmlichen scannenden Beleuchtungsvorrichtungen mit darin enthaltenen MEMS- Bauteilen besteht das Problem, dass bei der Erzeugung der abzulenkenden Lichtbündel über eine Laserlichtquelle eine hohe thermische Belastung des Spiegels im MEMS-Bau- teil auftritt, die zu einer reduzierten Lebensdauer der Beleuchtungsvorrichtung bzw. gegebenenfalls auch zu deren Beschädigung führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine scannende Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem oder mehreren MEMS-Bauteilen zu schaffen, deren thermische Belastung reduziert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und umfasst eine Laserlichtquelle aus einer Anzahl von Laserdioden (d.h. mindestens einer Laserdiode) sowie einen Vektorscanner, auf den ein oder mehrere Lichtbündel fallen, die aus dem Licht der Laserlichtquelle hervorgehen.

Der Vektorscanner ist derart ausgestaltet, dass er im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung die Lage des oder der Lichtbündel verändert und hierdurch einen Lichtspot, der aus dem oder den Lichtbündeln erzeugt wird, in einem Abstand von der Beleuchtungsvorrichtung bewegt, um eine vorgegebene Lichtverteilung zu generieren. Die Besonderheit eines Vektorscanners besteht dabei darin, dass die Scan-Geschwindigkeit, mit der der Lichtspot bewegt wird, und/oder der Scan-Pfad, entlang dem der Lichtspot bewegt wird, durch den Vektorscanner variierbar sind. Es können somit sehr flexibel unterschiedliche Lichtverteilungen generiert werden. In diesem Merkmal unterscheidet sich ein Vektorscanner von einem herkömmlichen Zeilenscanner. Zur Variation der Scan-Geschwindigkeit bzw. des Scan-Pfads enthält der Vektorscanner eine geeignete Steuereinheit, welche gegebenenfalls in der weiter unten beschriebenen Steuereinrichtung integriert sein kann.

Der Vektorscanner der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein oder mehrere MEMS-Bauteile, welche jeweils einen Halbleiterchip beinhalten, der von einem Gehäuse umgeben ist und in dem ein einzelner Spiegel integriert ist, auf den zumindest ein Lichtbündel von dem oder den Lichtbündeln fällt. Das MEMS-Bauteil ist dabei derart ausgestaltet, dass der Spiegel zur Bewegung des Lichtspots kontinuierlich verkippt wird. In einer bevorzugten Variante weist der Spiegel in Draufsicht eine maximale Ausdehnung zwischen 1 mm und 6 mm auf. Zur Verkippung des Spiegels im MEMS-Bauteil kann eine an sich bekannte Aktorik verwendet werden, z.B. eine elektrostatische und/oder magnetische Aktorik und/oder eine Piezoaktorik. Aufgrund des Merkmals der kontinuierlichen Verkippung sowie der Verwendung eines einzelnen Spiegels unterscheidet sich das in der Erfindung verwendete MEMS-Bauteil von digitalen Lichtmodulen aus Mikrospiegeln, bei denen die Spiegel nur zwei diskrete Positionen einnehmen können.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass an einem jeweiligen MEMS-Bauteil, insbesondere innerhalb des Gehäuses eines jeweiligen MEMS-Bauteils, jedoch ggf. auch außerhalb des Gehäuses, ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des jeweiligen MEMS-Bauteils vorgesehen ist. Darüber hinaus enthält die Beleuchtungsvorrichtung eine Steuereinrichtung, welche derart ausgestaltet ist, dass sie die elektrische Leistung der Laserlichtquelle und/oder eines am MEMS- Bauteil angeordneten und elektrisch betriebenen Kühlelements (z.B. Peltier-Element) in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur des jeweiligen MEMS-Bauteils derart steuert, dass die erfasste Temperatur einen vorgegebenen Temperaturschwellwert nicht überschreitet. Sofern vorhanden, ist das Kühlelement Bestandteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung. Wird in der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung nur die elektrische Leistung der Laserlichtquelle (d.h. nicht die elektrische Leistung eines Küh- lelements) gesteuert, muss die Beleuchtungsvorrichtung auch kein Kühlelement umfassen.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist den Vorteil auf, dass auf einfache Weise über einen Temperatursensor in den jeweiligen MEMS-Bauteilen und einer darauf basierenden Temperatursteuerung eine thermische Überhitzung vermieden wird. Je nach Ausgestaltung kann der Temperatursensor auf verschiedene Weise realisiert sein. In einer bevorzugten Variante handelt es sich bei dem Temperatursensor um einen sog.

Thermistor, bei dem die Erfassung der Temperatur auf einer Widerstandsmessung beruht. Im Besonderen können auch Halbleiterbauelemente als Temperatursensoren verwendet werden.

Die elektrische Leistung der Laserlichtquelle kann je nach Variante der Beleuchtungsvorrichtung unterschiedlich groß sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die maximal einstellbare Leistung der Laserlichtquelle zwischen 100 mW und 6 W. Je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann mit deren Laserlichtquelle monochromatisches Laserlicht, wie z.B. mit einer Wellenlänge von 450 nm, oder gegebenenfalls auch weißes Laserlicht generiert werden. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, dass hinter einer monochromatischen Laserlichtquelle ein Konvertierungselement, z.B. aus Phosphor, angeordnet ist, um das monochromatische Licht in ein Lichtbündel aus Weißlicht zu wandeln.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist der Temperatursensor für zumindest ein MEMS-Bauteil innerhalb des Gehäuses des entsprechenden MEMS-Bauteils integriert.

In einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist der Temperatursensor für zumindest ein MEMS-Bauteil in dem Halbleiterchip integriert. Nichtsdestotrotz besteht auch die Möglichkeit, dass der Temperatursensor für zumindest ein MEMS-Bauteil am Gehäuse des Bauteils befestigt ist und somit kein Bestandteil des Halbleiterchips ist.

In einer weiteren bevorzugten Variante liegt der Temperaturschwellwert, der aufgrund der Steuerung durch die Steuereinrichtung nicht überschritten wird, in einem Temperaturinter- vall, das einer Temperatur des Gehäuses des MEMS-Bauteils zwischen 60 'Ό und 100°C, vorzugsweise zwischen 60 'Ό und 80 °C, entspricht. Durch eine solche Wahl des Temperaturschwellwerts wird effizient eine Überhitzung des Spiegels vermieden.

In einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie in einem vorbestimmten Temperaturbereich der erfassten Temperatur, der vorzugsweise am Temperaturschwellwert endet, die elektrische Leistung der Laserlichtquelle umso stärker vermindert, je stärker die erfasste Temperatur zunimmt. Die Stärke der Verminderung der elektrischen Leistung bzw. die Stärke der Zunahme der erfassten Temperatur wird insbesondere durch die Veränderung dieser Größen in einem vorbestimmten Zeitintervall repräsentiert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung derart ausgestaltet, dass sie die Laserlichtquelle abschaltet, wenn die erfasste Temperatur den vorgegebenen Temperaturschwellwert oder den vorgegebenen Temperaturschwellwert abzüglich eines Toleranzwerts erreicht. Hierdurch wird effizient eine thermische Überbelastung der Beleuchtungsvorrichtung vermieden.

Je nach Variante kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für unterschiedliche Zwecke im Kraftfahrzeug vorgesehen sein. In einer Ausgestaltung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung einen Scheinwerfer, der dazu eingerichtet ist, als vorgegebene Lichtverteilung eine Abblendlicht- und/oder Fernlichtverteilung zu generieren. Der Scheinwerfer ist vorzugsweise ein Frontscheinwerfer. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Fahrzeugsignalleuchte, insbesondere ein Rücklicht und/oder ein Bremslicht, umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Signalfunktion durch die vorgegebene Lichtverteilung zu erzeugen.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst der Vektorscanner ein einzelnes MEMS-Bauteil, auf dessen Spiegel das oder die Lichtbündel fallen, wobei vorzugsweise ein einzelnes Lichtbündel auf den Spiegel fällt. Je nach Verwendungszweck der Beleuchtungsvorrichtung kann dieses einzelne Lichtbündel aus Weißlicht bestehen oder auch eine andere Farbe aufweisen. Mit dieser Variante der Erfindung wird ein kompakter Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung erreicht. In einer weiteren Variante der Erfindung umfasst der Vektorscanner mehrere MEMS-Bauteile, auf deren Spiegel jeweils ein separates Lichtbündel aus mehreren Lichtbündeln fällt, wobei alle separaten Lichtbündel nach Passieren der MEMS-Bauteile zu dem Lichtspot überlagert werden. Vorzugsweise ergibt diese Überlagerung der separaten Lichtbündel Weißlicht, so dass sich diese Beleuchtungsvorrichtung sehr gut als Scheinwerfer eignet. Die separaten Lichtbündel weisen in diesem Fall vorzugsweise die jeweiligen Farben rot, grün und blau auf.

Neben der obigen Beleuchtungsvorrichtung betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, welches eine oder mehrere erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten dieser Beleuchtungsvorrichtungen umfasst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Fig. 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt in schematischer Seitenansicht eine Variante einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1 in der Form eines Frontscheinwerfers eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Diese Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Laserlichtquelle 2, welche eine und gegebenenfalls auch mehrere RGB-Laserdioden zur Erzeugung eines einzelnen weißen Laserlichtbündels L umfasst. Dieses Laserlichtbündel ist in Fig. 1 schematisch durch entsprechende Pfeile angedeutet. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ferner einen Vektorscanner 3, der als ein einzelnes MEMS-Bauteil ausgebildet ist. Solche MEMS-Bauteile sind an sich bekannt und umfassen einen einzelnen Halbleiterchip, in dem eine Aktorik zur Bewegung von zumindest einem Element im Halbleiterchip integriert ist.

Das MEMS-Bauteil beinhaltet in der Ausführungsform der Fig. 1 den gerade genannten Halbleiterchip 5 umfassend ein Siliziumsubstrat 4, auf dem sich ein Spiegel 7 mit einer oberen reflektierenden Beschichtung befindet. Darüber hinaus ist in dem Halbleiterchip 5 ein Temperatursensor 8 in der Form eines Thermistors integriert, der weiter unten näher erläutert wird. Das MEMS-Bauteil beinhaltet ferner ein rechteckiges Gehäuse 6, das um den Halbleiterchip 5 herum angeordnet ist und auf dessen Oberseite ein transparentes Fenster 10 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist dabei der Raum zwischen Halbleiterchip 5 und Gehäuse 6 mit einem Gas, wie z.B. Helium, gefüllt.

Durch das Fenster 10 fällt das von der Laserlichtquelle 2 stammende Laserlichtbündel auf den Spiegel 7. An dem Spiegel wird das Laserlichtbündel reflektiert und gelangt wieder über das Fenster 10 nach au ßen, um einen Lichtspot SP im Fernfeld des Kraftfahrzeugs zu generieren. Der Spiegel 7 ist dabei kontinuierlich mittels der Aktorik im Halbleiterchip bewegbar, um hierdurch eine Scan-Bewegung des Lichtspots SP zu bewirken.

Im Unterschied zu Zeilenscannern kann der Vektorscanner 3 die Scan-Geschwindigkeit, mit der der Lichtspot SP bewegt wird, sowie den Scan-Pfad, entlang dem der Lichtspot bewegt wird, variieren. Hierzu ist eine (nicht gezeigte) Steuereinheit vorgesehen, die gegebenenfalls auch in der schematisch dargestellten Steuereinrichtung 9 integriert sein kann. Über die Bewegung des Lichtspots mittels des Spiegels 7 kann variabel eine geeignete Lichtverteilung, wie z.B. eine Abblendlichtverteilung oder eine Fernlichtverteilung, durch den Scheinwerfer erzeugt werden. Die bereits erwähnte Steuereinrichtung 9 ist kommunikationstechnisch mit dem Vektorscanner 3 und auch mit einer Laserlichtquelle 2 verbunden, wie durch den Doppelpfeil P angedeutet ist.

Bei herkömmlichen Vektorscannern mit Laserlichtquelle besteht das Problem, dass es aufgrund der hohen Leistung des Laserlichts zu einer Überhitzung des MEMS-Bauteils kommen kann, da ein Teil der Laserstrahlen (in der Regel 5% oder weniger) durch den Spiegel absorbiert wird. Um einer Überhitzung des MEMS-Bauteils und einer damit verbundenen evtl. Beschädigung bzw. Zerstörung des Bauteils entgegenzuwirken, wird in der hier beschriebenen Ausführungsform der Temperatursensor 8 verwendet. Dieser Temperatursensor erfasst die Temperatur T des MEMS-Bauteils und überträgt diese an die Steuereinrichtung 9. In der Steuereinrichtung ist ein Temperaturschwellwert TS hinterlegt, der im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung nicht überschritten werden darf. Demzufolge beinhaltet die Steuereinrichtung eine Regelung, die ein Überschreiten dieses Temperaturschwellwerts verhindert. Der Temperaturschwellwert liegt vorzugsweise in einem Temperaturintervall, das einer Temperatur des Gehäuses des MEMS-Bauteils zwischen 60 °C und 100°C, vorzugsweise zwischen 60 'Ό und 80 °C, entspricht. Mit anderen Worten wird durch die Steuereinrichtung 9 sichergestellt, dass die erfasste Temperatur T unter dem Temperaturschwellwert TS bleibt. Dies wird in der hier beschriebenen Ausführungsform dadurch erreicht, dass die Steuereinrichtung die elektrische Leistung der Laserlichtquelle 2 verändern kann. Gelangt die erfasste Temperatur T dabei in die Nähe des Temperaturschwellwerts TS, wird die elektrische Leistung der Laserlichtquelle 2 vermindert und gegebenenfalls die Laserlichtquelle auch abgeschaltet, so dass es nicht zu einer Überhitzung des MEMS-Bauteils kommt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Regelung wird die Leistung der Laserlichtquelle durch die Steuereinrichtung 9 umso stärker vermindert, je stärker die erfasste Temperatur zunimmt. Die Stärke der Verminderung der Leistung wird dabei durch die Abnahme der Leistung in einem vorgegebenen Zeitintervall (z.B. 1 Sekunde) repräsentiert. Analog wird die Stärke der Zunahme der Temperatur durch den Temperaturanstieg in dem gleichen vorgegebenen Zeitintervall repräsentiert. Analog kann bei einer Abnahme der er- fassten Temperatur die Leistung der Laserlichtquelle in Abhängigkeit von der Größe der Abnahme auch wieder erhöht werden. Hierdurch kann eine Regelung der Temperatur auf einen Sollwert erreicht werden, der unterhalb des Temperaturschwellwerts TS liegt.

In einer speziellen Anordnung kann das Temperatursignal des Temperatursensors auch dazu benutzt werden, um ein aktives, am MEMS-Bauteil vorgesehenes Kühlelement, wie beispielsweise ein Peltier-Element, anzusteuern, mit dem ein weiterer Temperaturanstieg verhindert werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann das Temperatursignal auch dazu benutzt werden, um bei niedrigen Temperaturen, wie beispielsweise für Temperaturen unter -ßO'O, eine am MEMS-Bauteil angeordnete Heizung anzusteuern, um den Vektorscanner in einem günstigen Arbeitsbereich zu halten.

Im Vorangegangenen wurde die Erfindung anhand einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer RGB-Laserlichtquelle beschrieben, welche Weißlicht generiert, das auf ein einzelnes MEMS-Bauteil fällt. Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass die Laserlichtquelle eine monochromatische Laserlichtquelle, wie z.B. eine blaue Laserlichtquelle, ist. Das Licht dieser Laserlichtquelle kann dabei über eine Phosphorschicht in weißes Laserlicht gewandelt werden, welches anschließend analog zur Ausführungsform der Fig. 1 auf ein MEMS-Bauteil fällt. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass drei Laserlichtbündel mit den Farben rot, grün und blau erzeugt werden, wobei jedes dieser Laserlichtbündel auf ein separates MEMS-Bauteil mit entsprechendem Spiegel fällt. Durch synchrone Bewegung der Spiegel werden die einzelnen Lichtbündel dann zu einem gemeinsamen Lichtspot zusammengeführt, der durch die Mischung der Farben rot, grün und blau in weißer Farbe erscheint.

Darüber hinaus muss der Temperatursensor 8 nicht zwangsläufig direkt in dem Halbleiterchip des MEMS-Bauteils integriert sein. Vielmehr kann der Temperatursensor auch außerhalb des Halbleiterchips, jedoch innerhalb des MEMS-Bauteils befestigt sein, z.B. auf der Innenseite des Gehäuses 6. Gegebenenfalls kann der Temperatursensor auch am MEMS-Bauteil an einem Ort außerhalb des Gehäuses 6 befestigt sein.

Die Erfindung ist ferner auch nicht auf eine Beleuchtungsvorrichtung in der Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfers beschränkt. Vielmehr kann es sich bei der Beleuchtungsvorrichtung auch um eine Fahrzeugsignalleuchte, wie z.B. das Rücklicht eines Kraftfahrzeugs, handeln, wobei in diesem Fall vorzugsweise ein farbiger Lichtspot, z.B. in roter Farbe, generiert wird.

Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird in einer Beleuchtungsvorrichtung, welche einen variabel einstellbaren Vektorscanner und eine Laserlichtquelle umfasst, in geeigneter Weise sichergestellt, dass es nicht zu einer Überhitzung des als MEMS-Bauteil ausgestalteten Vektorscanners kommt. Dies wird durch einen Temperatursensor im MEMS-Bauteil erreicht. In Abhängigkeit von der durch diesen Temperatursensor erfassten Temperatur wird dabei mittels einer Regelung bewirkt, dass ein Temperaturschwellwert nicht überschritten wird.

Bezugszeichenliste

1 Beleuchtungsvorrichtung

2 Laserlichtquelle

3 Vektorscanner

4 Substrat

5 Halbleiterchip

6 Gehäuse

7 Spiegel

8 Temperatursensor

9 Steuereinrichtung

10 Fenster

P Doppelpfeil

T erfasste Temperatur

TS Temperaturschwellwert

L Lichtbündel

SP Lichtspot