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Die Erfindung betrifft eine Kfz-Beleuchtungsvorrichtung mit einer Laserlichtquelle.
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Laserlichtquellen (z.B. Halbleiterlaser, Laserdioden) bieten für Beleuchtungsanwendungen eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften, wie z.B. eine kleine lichtaussendende Fläche, hohe Strahlungsintensitäten, sowie die Ausstrahlung von weitgehend kollimierten Lichtbündeln. Für Laserlicht können daher optische Systeme mit kleineren Brennweiten stärker gebündelten Strahlverläufen aufgebaut werden, als für weniger stark kollimierte Lichtbündel von zum Beispiel Glühlampen oder Leuchtdioden (LEDs). Ein Vorteil der Verwendung von Laserlicht besteht somit darin, dass sich optische Systeme für Laserlicht mit geringem Bauraum realisieren lassen.
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Diese Vorteile lassen sich jedoch im Bereich der Kfz-Beleuchtung aus verschiedenen Gründen nicht ohne weiteres nutzen.
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Zum einen strahlen Laser in der Regel monochromatisches Licht oder Licht in einem engen Wellenlängenbereich aus. Für das abgestrahlte Licht beispielsweise eines Kfz-Scheinwerfers ist jedoch meist weißes Mischlicht erwünscht oder gesetzlich vorgeschrieben.
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Weitere Probleme bei der Verwendung in der Kfz-Beleuchtung ergeben sich daraus, dass Laser in der Regel kohärentes und stark kollimiertes Licht ausstrahlen. Bei den typischen hohen Strahlungsintensitäten von Laserlichtquellen ist solches Licht potenziell gefährlich, insbesondere für das menschliche Auge. Dies gilt insbesondere bei Strahlungsleistungen von einigen Watt, wie sie im Bereich der Kfz-Beleuchtung erwünscht ist.
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Eine Verwendung von Laserlichtquellen in Kfz-Beleuchtungen ist daher nur dann möglich, wenn die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften zum Betrieb von Lasereinrichtungen sichergestellt ist. Insbesondere darf aus einem Kfz-Scheinwerfer nur Licht mit einer Intensität unterhalb von vorgeschriebenen Grenzwerten austreten. Eine Blendung oder Gefährdung von Verkehrsteilnehmern muss vermieden werden. Ein besonderes Problem besteht darin, dass die Einhaltung der Sicherheitsanforderungen auch dann gewährleistet sein muss, wenn die Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise durch mechanische Einwirkung, Unfall oder Montagefehler verformt oder dejustiert ist. In jedem Fall muss die Beleuchtungsvorrichtung die Sicherheitsvorschriften für den Betrieb von Laseranlagen einhalten.
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Zur Umwandlung von monochromatischem Licht in polychromatisches oder weißes Licht ist im Bereich der weißen Leuchtdioden (LEDs) oder Lumineszenzkonversions-LEDs die Verwendung von Photolumineszenzkonvertern oder Photolumineszenzelementen bekannt. Diese weisen meist einen Photolumineszenzfarbstoff auf. Das Licht einer üblicherweise farbiges (z.B. blaues) Licht ausstrahlenden LED regt den Photolumineszenzfarbstoff zur Photolumineszenz an, worauf der Photolumineszenzfarbstoff selbst Licht anderer Wellenlängen (z.B. gelb) abgibt. Auf diese Weise kann ein Teil des eingestrahlten Lichts eines Wellenlängenbereichs in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt werden. In der Regel wird ein weiterer Anteil des eingestrahlten Lichts von dem Photolumineszenzelement gestreut. Das gestreute Licht und das durch Photolumineszenz ausgestrahlte Licht überlagern sich dann additiv und führen z.B. zu weißem Mischlicht. Der Mechanismus der Photolumineszenz kann je nach Lebensdauer des angeregten Zustands in Fluoreszenz (kurze Lebensdauer) und Phosphoreszenz (lange Lebensdauer) unterschieden werden.
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Wird das erläuterte Prinzip der Photolumineszenzkonversion bei einer Kfz-Beleuchtungsvorrichtung mit Laserlichtquelle eingesetzt, so kommt dem Photolumineszenzelement sicherheitsrelevante Bedeutung zu. Ein Problem besteht darin, dass bei Veränderung der Position des Photolumineszenzelements oder bei Zerstörung des Photolumineszenzelements (z.B. durch mechanische Einwirkung, Unfall, Fertigungsfehler oder Konstruktionsfehler) potenziell gefährliche, stark gebündelte Laserstrahlen aus der Kfz-Beleuchtungsvorrichtung austreten können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Kfz-Beleuchtungsvorrichtungen den Einsatz von Laserlichtquellen unter Einhaltung von Sicherheitsanforderungen zu ermöglichen und eine Gefährdung durch aus der Beleuchtungsvorrichtung austretende, stark kollimierte Laserstrahlen weitestgehend zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kfz-Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Laserlichtquelle zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels in einen Primärraumwinkelbereich um eine Primärabstrahlrichtung ausgehend von der Laserlichtquelle. Ferner ist ein Photolumineszenzelement vorgesehen, welches derart angeordnet ist, dass das mit der Laserlichtquelle ausstrahlbare Primärlichtbündel auf das Photolumineszenzelement auftrifft. Dabei kann eine Zwischenoptik oder ein Strahlführungsmittel, z.B. ein Lichtleiter, vorgesehen sein, um das Laserlicht auf das Photolumineszenzelement zu lenken. Das Photolumineszenzelement ist außerdem derart ausgebildet, dass durch das auftreffende Primärlichtbündel eine Sekundärlichtverteilung mit insbesondere polychromatischem oder weißem Licht unter Ausnutzung von Photolumineszenz ausstrahlbar ist. Ferner ist eine (einteilig oder mehrteilig ausgebildete) Abstrahloptikeinrichtung vorgesehen, welche derart ausgebildet ist, dass die Sekundärlichtverteilung in eine gewünschte Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung umformbar (umlenkbar und/oder reflektierbar und/oder projizierbar) ist. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst außerdem ein Abstrahlhemmungsmittel, welches derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Umformung in die Abstrahllichtverteilung für solche Lichtbündel unterdrückbar ist, welche ausgehend von der Laserlichtquelle in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufen.
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Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann eine Abstrahllichtverteilung erzielt werden, welche den Anforderungen und gesetzlichen Vorgaben für Kfz-Beleuchtungsvorrichtungen entspricht. Mögliche Einsatzgebiete sind Kfz-Scheinwerfer und Kfz-Leuchten, beispielsweise Signalleuchten. Dabei lassen sich die eingangs genannten Vorteile der Laserlichtquelle nutzen, insbesondere die hohe Leuchtdichte, hohe Intensität und hohe Effizienz des Lasersystems. Solche Eigenschaften können insbesondere für Scheinwerfer, beispielsweise mit Fernlichtfunktion vorteilhaft sein.
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Das in der Regel monochromatische Laserlicht wird über das Photolumineszenzelement in Licht mit den gewünschten Eigenschaften umgewandelt, insbesondere in polychromatisches bzw. weißes Licht. Weißes Licht ist dabei insbesondere Licht, welches gesetzlichen Vorgaben (z.B. ECE oder SAE) entspricht, die für die verschiedenen Lichtfunktionen festgelegt sind. Vorzugsweise wird das hochgradig kollimierte und kohärente und damit potenziell gefährdende Laserlicht in ein zumindest teilweise diffuses, weitgehend inkohärentes Mischlicht umgewandelt, welches das Gefährdungspotenzial von Laserlicht im Wesentlichen nicht mehr aufweist. Das Photolumineszenzelement ist insbesondere derart ausgebildet, dass es das Primärlichtbündel streut und dass zumindest ein Anteil des Primärlichtbündels zur Anregung von Photolumineszenz im Photolumineszenzelement dient. Das Photolumineszenzelement kann beispielsweise als Glas- oder Keramikplättchen ausgebildet sein, welches mit einem Lumineszenzfarbstoff beschichtet ist oder diesen enthält. Insbesondere kommen phosphorhaltige Lumineszenzfarbstoffe in Betracht. Mit solchen Farbstoffen kann z.B. im Wesentlichen monochromatisches, blaues Laserlicht (Wellenlänge ca. 450 nm) durch Photolumineszenz im Photolumineszenzelement zumindest teilweise in gelbes (insbesondere inkohärentes) Licht zum Beispiel mit Wellenlängen im Bereich um 570 nm (oder z.B. auch einem breiten Bereich zwischen 450 nm bis 780 nm) umgewandelt werden. Das umgewandelte Licht kann sich mit dem an dem Photolumineszenzelement gestreuten blauen Licht additiv zu weißem Licht mischen. Die Ausstrahlung der Sekundärlichtverteilung erfolgt also z.B. durch teilweise Umwandlung des Primärlichtbündels über Photolumineszenz und durch teilweise (insbesondere diffuse und/oder inkohärente) Streuung des Primärlichtbündels am Photolumineszenzelement.
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Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ergibt sich im normalen Betrieb folgender Strahlengang: Ausgehend von der als Primärlichtquelle wirkenden Laserlichtquelle verläuft ein Primärlichtbündel (Laserlicht) im Wesentlichen in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärstrahlrichtung herum. Dabei kann die Laserlichtquelle neben dem eigentlich lichtausstrahlen Abschnitt (z.B. optisch aktive Fläche einer Laserdiode) auch ein Strahlformungsmittel, eine Zwischenoptik und/oder ein Strahlführungsmittel umfassen, welche das Primärlichtbündel in den Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung lenken. Beispielsweise kann die Laserlichtquelle eine Laserdiode und einen Primärlichtleiter (z.B. Glasfaser) umfassen, wobei das von der Laserdiode ausgestrahlte Licht einkoppelbar ist und durch den Primärlichtleiter in den Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung geführt wird.
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Das Primärlichtbündel trifft im Normalfall auf das Photolumineszenzelement. Dieses gibt durch Anregung zur Photolumineszenz und/oder durch Streuung die Sekundärlichtverteilung ab. Die Lichtstrahlen der Sekundärlichtverteilung treffen auf die Abstrahloptikeinrichtung und werden von dieser in die, in der Regel um eine Hauptabstrahlrichtung konzentrierte, Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung umgeformt.
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Insofern wirkt das Photolumineszenzelement für die Abstrahloptikeinrichtung als die eigentliche Lichtquelle, deren Sekundärlichtverteilung das Gefährdungspotenzial von Laserlicht im Wesentlichen nicht mehr aufweist. Das potenziell gefährliche Laserlicht im Primärlichtbündel gelangt daher nicht direkt in die Abstrahllichtverteilung. Das Photolumineszenzelement gewährleistet somit im Normalbetrieb die Einhaltung der eingangs geschilderten Sicherheitsanforderungen.
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Das Photolumineszenzelement kann direkt an der Laserlichtquelle angeordnet sein. Anders als bei bekannten weißen LEDs kann das Photolumineszenzelement aber auch beabstandet von der Laserlichtquelle angeordnet sein, da die ausgestrahlten Laserlichtbündel aufgrund ihrer engen Fokussierung und Kollimierung (oder durch eine Zwischenoptik) auch auf ein beabstandetes Photolumineszenzelement gerichtet sein können.
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Die Abstrahloptikeinrichtung kann als Reflektor, z.B. parabolischer Reflektor oder als Reflektoranordnung, ausgebildet sein. Ebenso ist möglich, dass die Abstrahloptikeinrichtung als Projektionseinrichtung, z.B. umfassend eine Projektionslinse, ausgebildet ist. Die Abstrahloptikeinrichtung kann auch aus mehreren Optikelementen bestehen, z.B. Primäroptik und Sekundäroptik.
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Ist das Photolumineszenzelement beispielsweise aufgrund mechanischer Einflüsse, einen Unfall oder Konstruktionsfehler nicht im Strahlengang des Primärlichtbündels angeordnet (z.B. zerbrochen oder verschoben), so wird das Laserlicht des Primärlichtbündels durch das Abstrahlhemmungsmittel unterdrückt. Dadurch wird verhindert, dass trotz des nicht mehr wirksamen Photolumineszenzelements potenziell gefährliches Laserlicht aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt. Das Abstrahlhemmungsmittel ist somit derart angeordnet, dass verhindert wird, dass potenziell gefährliches Laserlicht in die Abstrahllichtverteilung gelangt. Insbesondere kann dazu das Abstrahlhemmungsmittel im Strahlengang hinter dem Photolumineszenzelement (und beispielsweise vor der Abstrahloptikeinrichtung) an einem Ort angeordnet sein, welchen das Primärlichtbündel der Laserlichtquelle in Abwesenheit des Photolumineszenzelements durchstrahlen würde.
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Die Primärstrahlrichtung ist im vorliegenden Zusammenhang als eine Primärstrahlachse zu verstehen (d.h. eine in Bezug auf die Laserlichtquelle im räumlichen Verlauf festgelegte Achse). Die Laserlichtquelle ist in diesem Sinne zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels in das Primärraumwinkelelement um die Primärstrahlachse ausgebildet. Das Abstrahlhemmungsmittel ist dazu eingerichtet, dass die Umformung in die Abstrahllichtverteilung für solche Lichtbündel unterdrückbar ist, welche in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärstrahlachse verlaufen.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann jeder Laserstrahl in einem Abstrahlhemmungsmittel im Innern der Beleuchtungsvorrichtung beendet werden. Auch in einem Störfall wird daher auf einfach zu realisierende Weise eine Gefährdung durch abgestrahlte Laserstrahlen vermieden. Diese Schutzeinrichtung weist eine hohe Funktionssicherheit auf, da insbesondere bewegliche mechanische Bauteile oder aufwändige elektronische Steuerungen nicht zwingend erforderlich sind.
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Die genannte Unterdrückung der Abstrahlung erfolgt insofern, als die Umformung für die in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufenden Lichtbündel gehemmt oder geschwächt oder zumindest im Wesentlichen unterbunden oder gänzlich unterbunden wird. Das Abstrahlhemmungsmittel ist insbesondere derart ausgebildet, dass die maximale Intensität eines in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufenden Lichtbündels auf einen vorgegebenen Bruchteil, insbesondere im Bereich von 0,01% bis 30% der ursprünglichen maximalen Lichtstärke reduziert wird.
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Das Abstrahlhemmungsmittel kann insbesondere derart auf die Laserlichtquelle abgestimmt ausgebildet sein, dass die Intensität eines in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufenden Lichtbündels unter einen vorgegebenen Sicherheitswert absenkbar ist.
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Im Normalbetrieb ist der Einfluss des Abstrahlhemmungsmittels auf die Abstrahllichtverteilung gering oder vernachlässigbar. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Abstrahlhemmungsmittel vorzugsweise in seiner Ausdehnung derart bemessen ist, dass das kollimierte und hochintensive Laserlicht des Primärlichtbündels für den Fall unterdrückt wird, in dem es direkt (ohne Photolumineszenzelement) auftrifft. Wenn das Photolumineszenzelement jedoch wirksam ist, wird die Abstrahllichtverteilung im Wesentlichen durch die Sekundärlichtverteilung erzeugt. Diese ist weniger kollimiert und stärker diffus. Die Leistung der Sekundärlichtverteilung ist daher homogener im Raum verteilt. Eine Unterdrückung von Lichtstrahlen in dem vergleichsweise kleinen Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung führt daher im Normalbetrieb nicht zu einem nennenswerten Leistungsverlust oder Störungen der Abstrahllichtverteilung.
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Vorzugsweise ist das Abstrahlhemmungsmittel an der Abstrahloptikeinrichtung selbst angeordnet. Möglich ist insbesondere eine Anordnung in einer Eintrittsposition der Abstrahloptikeinrichtung. Die Eintrittsposition ist dabei diejenige, in welcher ein (ausgehend von der Laserlichtquelle) in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufendes Lichtbündel erstmals auf die Abstrahloptikeinrichtung auftrifft. Alternativ oder zusätzlich kann das Abstrahlhemmungsmittel in einer Austrittsposition der Abstrahloptikeinrichtung angeordnet sein. Diese Austrittsposition ist diejenige, durch welche ein ausgehend von der Laserlichtquelle in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufendes Lichtbündel nach Auftreffen auf oder eintretend in die Abstrahloptikeinrichtung aus dieser wieder austritt. Selbstverständlich kann ein Abstrahlhemmungsmittel sowohl in der Eintrittsposition, als auch in der Austrittsposition angeordnet sein.
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Das Abstrahlhemmungsmittel ist vorzugsweise im Strahlengang zwischen dem Photolumineszenzelement und der Abstrahloptikeinrichtung angeordnet. Dadurch wird von vorneherein verhindert, dass potenziell gefährliches Laserlicht von der Abstrahloptikeinrichtung in Richtung der Abstrahllichtverteilung umgelenkt oder umgeformt wird. Grundsätzlich kann das Abstrahlhemmungsmittel im Strahlengang auch erst nach einer Eintrittsposition der Abstrahloptikeinrichtung angeordnet sein, beispielsweise in oder nach einer Austrittsposition der Abstrahloptikeinrichtung. Auch dadurch wird im Ergebnis die Umformung des von dem Abstrahlhemmungsmittel beeinflussten Lichtbündels in die Abstrahllichtverteilung unterdrückt.
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Das Abstrahlhemmungsmittel ist vorzugsweise von dem Photolumineszenzelement und von der Abstrahloptikeinrichtung beabstandet angeordnet. Dies kann von Vorteil sein, da sich das Abstrahlhemmungsmittel bei Einstrahlung von hochintensivem Laserlicht erwärmen kann.
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Vorzugsweise ist das Abstrahlhemmungsmittel als reflektierende oder absorbierende Blende realisiert. Die Blende kann als ein mit einer lichtabsorbierenden oder reflektierenden Beschichtung versehener Bereich der Abstrahloptikeinrichtung, beispielsweise einer Projektionslinse oder eines Reflektors der Abstrahloptikeinrichtung, ausgebildet sein.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Abstrahlhemmungsmittel ein Umlenkprisma oder ein Facettenelement, welches derart ausgebildet ist, dass ein auf das Umlenkprisma oder Facettenelement auftreffendes Lichtbündel derart abgelenkt werden kann, dass es nicht zu der Abstrahllichtverteilung beiträgt. Denkbar ist insbesondere eine Ausgestaltung derart, dass ein auftreffendes Lichtbündel in einen Absorber oder eine Lichtfalle, vorzugsweise im Innern der Beleuchtungsvorrichtung, abgelenkt wird. Die Ablenkung erfolgt vorzugsweise in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung der Beleuchtungsvorrichtung.
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Denkbar sind auch Ausgestaltungen, bei welchen das Abstrahlhemmungsmittel als Lichtstreuelement derart ausgebildet ist, dass ein auftreffendes Lichtbündel im Wesentlichen homogen in alle Richtungen gestreut wird, so dass potenziell gefährliche Laserlichtstrahlen in der Abstrahllichtverteilung unterdrückt werden.
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Bei einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine Abstrahloptikeinrichtung mit einer Reflektorfläche aufweist, kann das Abstrahlhemmungsmittel auf einfache Weise als Loch in der Reflektorfläche realisiert werden. Hinter dem Loch kann beispielsweise ein Lichtabsorber angeordnet sein.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass die Abstrahloptikeinrichtung eine Projektionslinse umfasst, wobei das Abstrahlhemmungsmittel als Umlenkprisma ausgebildet ist, welches einstückig an eine Lichtdurchtrittsfläche der Projektionslinse angeformt ist. Diese Lichtdurchtrittsfläche kann eine Lichteintrittsfläche oder eine Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse sein. Das Umlenkprisma ist insbesondere derart ausgebildet, dass ein durch das Umlenkprisma verlaufendes Lichtbündel derart abgelenkt wird, dass es nicht zu der Abstrahllichtverteilung beiträgt (z.B. in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung der Beleuchtungsvorrichtung).
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Zur weiteren Ausgestaltung kann das Umlenkprisma zumindest eine konvex oder konkav gewölbte Fläche derart aufweisen, dass ein durch das Umlenkprisma abgelenktes (insbesondere anfangs kollimiertes) Lichtbündel in ein divergierendes Lichtbündel umgeformt wird. Dies verringert die Lichtstärke in dem umgelenkten Lichtbündel und ist vorteilhaft, wenn ein mit dem Umlenkprisma abgelenkter Laserstrahl beispielsweise in einem Absorber oder einer Lichtfalle beendet werden soll, da die Leistung auf eine größere Fläche verteilt werden kann.
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Zur weiteren Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung ist im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle und der Abstrahloptikeinrichtung eine Schutzblende vorgesehen.
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Diese kann im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle und dem Photolumineszenzelement und/oder zwischen dem Photolumineszenzelement und der Abstrahloptikeinrichtung angeordnet sein. Die Schutzblende ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass solche Lichtbündel absorbiert oder reflektiert werden, welche ausgehend von der Laserlichtquelle außerhalb eines Sicherheitsraumwinkelbereichs um die Primärabstrahlrichtung der Laserlichtquelle verlaufen.
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Vorzugsweise ist der Sicherheitsraumwinkelbereich gerade gleich dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung gewählt, d.h. die Schutzblende ist insbesondere derart ausgebildet, dass Lichtbündel absorbiert oder reflektiert werden, welche außerhalb des Primärraumwinkelbereichs um die Primärabstrahlrichtung verlaufen.
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Durch die genannten Maßnahmen kann vermieden werden, dass Laserstrahlen über die Abstrahloptikeinrichtung oder direkt in die Abstrahllichtverteilung gelangen, wenn die Laserlichtquelle nicht mehr auf das Photolumineszenzelement ausgerichtet ist, z. B. aufgrund mechanischer Einflüsse oder Montagefehler dejustiert ist.
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Die Schutzblende ist vorzugsweise als Lochblende ausgebildet. Die Schutzblende kann von Laserlichtquelle und Photolumineszenzelement beabstandet angeordnet sein. Denkbar ist jedoch auch, dass die Schutzblende anliegend an dem Photolumineszenzelement oder an der Laserlichtquelle angeordnet ist.
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Bei den erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen ist die Laserlichtquelle vorzugsweise als Halbleiterlaser, insbesondere als Laserdiode, ausgebildet. Es können Laserlichtquellen gewählt werden, die im Wesentlichen monochromatisches Licht ausstrahlen. Beispielsweise kann eine blaue Laserdiode zum Einsatz kommen, die Licht mit Wellenlänge im Bereich von 450 nm ausstrahlt. Vorzugsweise kommen Laserlichtquellen mit Abstrahlleistungen im Bereich von 0,1 Watt bis 10 Watt, vorzugsweise 1 Watt bis 5 Watt zum Einsatz.
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Wenn sich das Photolumineszenzelement in einem Störfall nicht mehr im Strahlengang des Primärlichtbündels befindet, so besteht die Gefahr, dass durch den Laserstrahl weitere Beschädigungen der Beleuchtungsvorrichtungen hervorgerufen werden. Beispielsweise können sich Teile der Beleuchtungsvorrichtung oder das Abstrahlhemmungsmittel selbst durch den im Störfall auftreffenden Laserstrahl stark erwärmen, was zur Brandgefahr führen kann. Weitere Schäden der Beleuchtungsvorrichtung können dadurch vermieden werden, dass eine Deaktivierung der Laserlichtquelle erfolgt, wenn ein Störfall vorliegt. Hierzu kann eine Detektionseinrichtung vorgesehen sein, mittels welcher die Intensität von Laserlicht in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärstrahlrichtung überwacht werden kann. Ein starker Anstieg der erfassten Intensität kann auf einen Störfall hinweisen. Es kann dann vorgesehen sein, dass die Laserlichtquelle aufgrund eines Detektorsignals der Detektionseinrichtung abgeschaltet wird. Da eine Gefährdung von Verkehrsteilnehmern durch austretende Laserstrahlung durch das Abstrahlhemmungsmittel im Störfall unverzüglich vermieden werden kann, kann die Abschaltung der Laserlichtquelle im Hinblick auf die Verkehrssicherheit gegebenenfalls mit längerer Reaktionszeit erfolgen. Es kann daher auf eine einfache Detektionseinrichtung mit ggf. einfacher Steuerelektronik zurückgegriffen werden.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
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Es zeigen:
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1 skizzierte Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung im Normalbetrieb;
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2 skizzierte Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung im Normalbetrieb;
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3 die Beleuchtungsvorrichtung gemäß 2 im Störfall;
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4 weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung im Störfall;
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5 wiederum weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung im Störfall;
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6 skizzierte Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Normalbetrieb; und
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7 skizzierte Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung im Störfall.
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In den 1 bis 7 sind erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen skizziert, die beispielsweise als Kfz-Scheinwerfer Verwendung finden können. Entsprechende Ausgestaltungen sind auch für Kfz-Leuchten oder andere Kfz-Beleuchtungsvorrichtungen möglich.
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In sämtlichen Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Bauteile und Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine Kfz-Beleuchtungsvorrichtung 10 mit einer Laserlichtquelle 12. Diese strahlt ein Primärlichtbündel 14 an Laserlicht aus, welches um eine Primärabstrahlrichtung 16 in einem kleinen Primärraumwinkelbereich kollimiert und konzentriert verläuft.
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Im Strahlengang auf die Laserlichtquelle 12 folgend ist eine als Lochblende ausgebildete Schutzblende 18 angeordnet. Diese kann bei sämtlichen Ausführungsformen vorhanden sein oder entfallen. Die Schutzblende 18 dient dazu, Laserstrahlen, welche außerhalb eines durch die Lochblendenöffnung der Schutzblende 18 definierten Sicherheitsraumwinkelbereichs verlaufen, möglichst unmittelbar nach Ausstrahlung durch die Laserlichtquelle 12 zu unterdrücken.
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Im Strahlengang nach der Laserlichtquelle 12 und der Schutzblende 18 ist ein Photolumineszenzelement 20 derart angeordnet, dass das Primärlichtbündel 14 auf das Photolumineszenzelement 20 trifft. Dieses wird durch das Laserlicht des Primärlichtbündels 14 zur Photolumineszenz angeregt und streut gegebenenfalls einen Teil des Laserlichts des Primärlichtbündels diffus. Durch das auftreffende Primärlichtbündel 14 wird daher das Photolumineszenzelement 20 zur Ausstrahlung einer Sekundärlichtverteilung 22 veranlasst, welche einen im Vergleich zum Primärraumwinkelbereich deutlich größeren Sekundärraumwinkelbereich ausfüllt. Das Licht der Sekundärlichtverteilung 22 ist vorzugsweise inkohärent, polychromatisch bzw. weiß und weist insbesondere nicht mehr die potenziell gefährlichen Eigenschaften von Laserlicht auf.
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Eine im dargestellten Beispiel als Reflektor ausgebildete Abstrahloptikeinrichtung 24 dient dazu, die Lichtbündel der Sekundärlichtverteilung 22 in eine Abstrahllichtverteilung 26 umzuformen (hier: umzulenken), welche im Wesentlichen um eine Hauptabstrahlrichtung 28 der Beleuchtungsvorrichtung 10 konzentriert ist.
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Wird bei der Beleuchtungsvorrichtung 10 das Photolumineszenzelement 20 beispielsweise durch mechanische Beeinflussung, durch einen Unfall oder durch einen Montagefehler aus seiner dargestellten Position entfernt, so trifft das Laserlicht des Primärlichtbündels 14 entlang der Primärabstrahlrichtung 16 auf die Abstrahloptikeinrichtung 24 (Reflektor), und wird in die Abstrahllichtverteilung 26 umgelenkt. In einem solchen Störfall wären daher bei der Beleuchtungsvorrichtung 10 in der Abstrahllichtverteilung 26 potenziell gefährliche, hochintensive Laserstrahlen enthalten.
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Um dieses Problem zu vermeiden, weist die in der 2 dargestellte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 40 ein Abstrahlhemmungsmittel 30 auf, welches derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Umformung in die Abstrahllichtverteilung 26 für solche Lichtbündel unterdrückt wird, welche ausgehend von der Laserlichtquelle 12 in der Primärabstrahlrichtung 16 oder einem kleinen Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 herum verlaufen.
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Zur Realisierung des Abstrahlhemmungsmittels 30 weist die als Reflektor ausgebildete Abstrahloptikeinrichtung 24 der Beleuchtungsvorrichtung 40 ein Loch 42 in der Reflektorfläche an dem Ort auf, an welchem die in Primärabstrahlrichtung 16 oder in den kleinen Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 herum verlaufenden Lichtbündel auf die Reflektorfläche der Abstrahloptikeinrichtung 24 treffen. Die im Bereich des Lochs 42 auftreffenden Lichtbündel werden daher nicht von der Abstrahloptikeinrichtung 24 in die Abstrahllichtverteilung 26 umgelenkt, was aufgrund ausgedehnten und stärker divergierenden Natur der Sekundärlichtverteilung 22 einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Abstrahllichtverteilung 26 hat.
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Die 3 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung 40 in einem beschädigten Zustand, in welchem das Photolumineszenzelement 20 nicht mehr im Strahlengang des Primärlichtbündels 14 angeordnet ist. Das Primärlichtbündel 14 pflanzt sich in der Primärabstrahlrichtung 16 (bzw. in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16) in Richtung der Abstrahloptikeinrichtung 24 fort. Da das Loch 42 an der Stelle in der Reflektorfläche der Abstrahloptikeinrichtung 24 angeordnet ist, in welcher das sich in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 ausbreitende Primärlichtbündel 14 auf die Abstrahloptikeinrichtung 24 trifft, wird eine Umlenkung des Laserlichts in die Abstrahllichtverteilung 26 der Beleuchtungsvorrichtung 40 unterbunden. Das Loch 42 ist in seiner Ausdehnung zumindest so bemessen, dass sämtliche bzw. der größte Teil der sich ausgehend von der Laserlichtquelle 12 in den Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 ausbreitende Lichtstrahlen durch das Loch 42 hindurchtreten und daher nicht mittels der Abstrahloptikeinrichtung 24 umgelenkt werden.
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Die 4 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 50. Bei dieser weist die Abstrahloptikeinrichtung 24 eine Reflektorfläche auf, an welcher ein Facettenelement 52 vorgesehen ist. Das Facettenelement 52 ist derart an der Reflektorfläche der Abstrahloptikeinrichtung 24 angeordnet, dass sich in einem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 ausbreitende Lichtbündel auf das Facettenelement 52 treffen.
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Das Facettenelement 52 ist derart ausgebildet, dass die auftreffenden Lichtstrahlen in einen der Hauptabstrahlrichtung 28 der Beleuchtungsvorrichtung 50 abgewandten Bereich gelenkt werden und somit nicht zu der Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung 50 beitragen. Das Facettenelement 52 wirkt somit als Abstrahlhemmungsmittel 30.
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In der 4 ist wiederum ein Störfall dargestellt, bei dem ein Photolumineszenzelement 20 im Strahlengang des Primärlichtbündels 14 fehlt. Das potenziell gefährliche Laserlichtbündel trifft ausgehend von der Laserlichtquelle 12 auf das Facettenelement 52 und wird von diesem in ein Störlichtbündel 54 mit einer Richtungskomponente entgegengesetzt zur Hauptabstrahlrichtung 28 umgelenkt.
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Um den Laserstrahl des Störlichtbündels 54 in kontrollierter Weise zu beenden, kann die Beleuchtungsvorrichtung 50 ein Absorberelement 56 oder eine sonstige, als Lichtfalle wirkende Einrichtung aufweisen. Das Absorberelement 56 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass für sämtliche von dem Facettenelement 52 umgelenkte Lichtstrahlen das zugeordnete Störlichtbündel 54 auf das Absorberelement 56 trifft.
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Bei der in der 5 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung 60 ist das Abstrahlhemmungsmittel 30 von einer z.B. absorbierenden Blende 62 gebildet. Diese ist derart angeordnet und in ihrer Ausdehnung bemessen, dass solche Lichtbündel von der Blende 62 absorbiert werden, welche ausgehend von der Laserlichtquelle 12 in einem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 verlaufen. Im dargestellten Beispiel ist die Blende 62 im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle 12 und der Abstrahloptikeinrichtung 24 angeordnet, wobei die Blende 62 sowohl von der Abstrahloptikeinrichtung 24 als auch von der Laserlichtquelle 12 beabstandet ist. Denkbar ist jedoch auch, dass die Blende 62 an der Abstrahloptikeinrichtung 24 angeordnet ist und dort die unerwünschten Lichtbündel vor Umlenkung in die Abstrahllichtverteilung absorbiert.
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Im Falle der 5 fehlt wiederum ein im Strahlengang des Primärlichtbündels 14 angeordnetes Photolumineszenzelement 20. Eine unerwünschte Umlenkung von Laserstrahlen in die Abstrahllichtverteilung wird jedoch durch die Blende 62 unterdrückt. Vorzugsweise ist die Blende 62 auch so angeordnet, dass sie von dem Photolumineszenzelement 20 beabstandet ist, wenn dieses wie vorgesehen im Strahlengang des Primärlichtbündels 14 angeordnet ist.
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Die 6 und 7 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen die Abstrahloptikeinrichtung 24 eine Projektionslinse umfasst oder von dieser gebildet ist. Selbstverständlich kann die Abstrahloptikeinrichtung bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung auch Kombinationen von Projektionslinse und Reflektor oder von mehreren Projektionslinsen und/oder mehreren Reflektoren umfassen.
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Die 6 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung 70 mit einer als Projektionslinse 74 ausgebildeten Abstrahloptikeinrichtung 24. Ausgehend von der Laserlichtquelle 12 trifft ein Primärlichtbündel aus Laserlicht 14 auf das Photolumineszenzelement 20 und veranlasst dieses in der vorstehend beschriebenen Art und Weise zur Abgabe einer Sekundärlichtverteilung 22. Diese wird über die Projektionslinse 74 in die Abstrahllichtverteilung 26 projiziert.
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Die Projektionslinse 74 weist als Lichtdurchtrittsflächen eine Lichteintrittsfläche 75a auf, durch welche Lichtbündel der Sekundärlichtverteilung 22 in die Projektionslinse 74 eintreten können, sowie eine Lichtaustrittsfläche 75b, durch welche Lichtbündel aus der Projektionslinse 74 austreten können.
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Auf der Lichteintrittsfläche 75a ist eine Eintrittsposition 76 als derjenige Bereich definiert, in welchem ein ausgehend von der Laserlichtquelle 12 in Primärabstrahlrichtung 16 (oder einen Primärraumwinkelbereich um diese Primärabstrahlrichtung 16) verlaufendes Lichtbündel erstmals auf die Abstrahloptikeinrichtung 24 (Projektionslinse 74) auftrifft. In diesem Bereich weist die Lichteintrittsfläche 75a eine Blende 72 zur Absorption von Lichtstrahlen auf. Denkbar ist auch, dass die Lichteintrittsfläche 75a in der Eintrittsposition 76 ein Lichtstreuelement aufweist, mittels welchem potenziell gefährliches Laserlicht in unschädliches Streulicht umgewandelt werden kann. Die Blende 72 bildet ein Abstrahlhemmungsmittel 30 im Sinne der Erfindung, da durch die Blende 72 die Umformung in die Abstrahllichtverteilung 26 für solche Lichtbündel unterdrückt wird, welche in den Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 verlaufen.
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Befindet sich aufgrund eines Störfalls das Photolumineszenzelement 20 nicht mehr im Strahlengang des Primärlichtbündels 14, so wird das potenziell schädliche Laserlicht des Primärlichtbündels 14 von der Blende 72 absorbiert.
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Zusätzlich zu der Blende 72 oder anstelle der Blende 72 kann die Projektionslinse 74 auch an ihrer Lichtaustrittsfläche 75b eine entsprechende Blende oder ein entsprechendes Lichtstreuelement aufweisen. Dieses ist an der Austrittsposition 78 angeordnet, in welcher Lichtstrahlen aus der Projektionslinse 74 austreten, welche ausgehend von der Laserlichtquelle 12 in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 verlaufend über die Lichteintrittsfläche 75 in die Projektionslinse 74 eingekoppelt wurden. Auch in diesem Fall ist die Blende bzw. das Lichtstreuelement derart angeordnet und bemessen, dass die Umformung (Projektion) in die Abstrahllichtverteilung 26 für all jene Lichtstrahlen unterdrückt wird, welche auf sich ausgehend von der Laserlichtquelle 12 im Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 verlaufende Primärlichtbündel zurückzuführen sind.
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Zur weiteren Ausgestaltung ist bei der Beleuchtungsvorrichtung 70 (für sämtliche Ausführungsformen der Erfindung denkbar) eine als Lochblende ausgebildete Schutzblende 80 vorgesehen. Im Falle der 6 ist diese, anders als bei 1, im Strahlengang nach dem Photolumineszenzelement 20 angeordnet ist. Die Schutzblende 80 weist eine Blendenöffnung auf, welche derart ausgebildet ist, dass Lichtbündel absorbiert werden, welche außerhalb eines Sicherheitsraumwinkelbereiches um die Primärabstrahlrichtung 16 verlaufen. Dadurch kann verhindert werden, dass schädliche Laserstrahlen im Falle einer Dejustierung der Laserlichtquelle 12 in Bezug auf das Photolumineszenzelement 20 über die Projektionslinse 74 in die Abstrahllichtverteilung 26 gelangen.
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Bei der in der 7 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung 90 weist die wiederum als Projektionslinse 74 ausgebildete Abstrahloptikeinrichtung 24 an ihrer Lichtaustrittsfläche 75b ein Umlenkprisma 92 auf. Das Umlenkprisma 92 ist einstückig an die Projektionslinse 74 angeformt. Das Umlenkprisma 92 ist derart ausgebildet und in seiner Größe bemessen, dass solche in der Projektionslinse 74 verlaufende Lichtbündel, welche auf ausgehend von der Laserlichtquelle 12 in einem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 16 verlaufende Lichtbündel zurückzuführen sind, in eine Störlichtverteilung 94 umgelenkt werden können. Diese Störlichtverteilung 94 breitet sich im dargestellten Beispiel im Wesentlichen senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 28 der Beleuchtungsvorrichtung 90 aus. Daher trägt die Störlichtverteilung 94 nicht zur Abstrahllichtverteilung bei.
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Fehlt wie in dem in der 7 dargestellten Fall das Photolumineszenzelement 20 im Strahlengang ausgehend von der Laserlichtquelle 12 (z.B. aufgrund eines Unfalls oder eines Konstruktionsfehlers), so wird das Laserlicht des Primärlichtbündels 14 nach Eintritt durch die Lichteintrittsfläche 75a in die Projektionslinse 74 durch das Umlenkprisma 92 in die Störlichtverteilung 94 umgelenkt und ist daher nicht in der Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung 90 enthalten. Das Umlenkprisma 92 wirkt daher als Abstrahlhemmungsmittel im oben genannten Sinne.
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Das Umlenkprisma 92 kann zur weiteren Ausgestaltung eine Umlenkfläche und/oder eine Lichtaustrittsfläche mit einer konvexen oder konkaven Wölbung aufweisen, welche derart gewählt ist, dass die Störlichtverteilung 94 derart divergierend ist, dass keine potenziell gefährlichen Lichtintensitäten auftreten.
