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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Lichtquelle zum Abstrahlen von Strahlung mit einer ersten Wellenlänge, einem Wandlerelement zum Wandeln der von der Lichtquelle abgestrahlten Strahlung in eine Strahlung mit zumindest einer zweiten Wellenlänge und einem Gehäuse, in dem die Lichtquelle angeordnet ist. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind Beleuchtungsvorrichtungen bekannt, die als Lichtquelle einen entsprechenden Halbleiterlaser umfassen. Derartige Beleuchtungsvorrichtungen umfassen zudem ein Wandlerelement, mit dem die von der Lichtquelle ausgesendete Strahlung in eine Strahlung mit einer anderen Wellenlänge oder anderen Wellenlängen gewandelt werden kann. Als Wandlerelement bzw. Konverterelement kann beispielsweise ein Element aus Phosphor verwendet werden. Auf diesen Konversionsphosphoren laserbasierende Weißlichtquellen weisen den Vorteil auf, dass mit ihnen sehr hohe Leuchtdichten erzeugt werden können. Allerdings stellt der Laser im Fall einer fehlerhaften oder fehlenden Konversion ein sehr großes Risiko für die Augen und/oder die Haut dar, wenn die Laserstrahlen nach außen dringen.
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Zu diesem Zweck werden Systeme verwendet, bei denen das Wandlerelement mittels einer Photodiode überwacht wird. Nachteilig hierbei ist, dass die Photodiode kleinen Risse oder eventuelle mechanische Verschiebungen des Phosphors in einem Gehäuse nur mit großem Aufwand detektieren kann. Des Weiteren ist auch eine Überwachung der Temperatur des Phosphors denkbar. Die Temperaturüberwachung ist ebenfalls kaum in der Lage, kleine Fehler zu detektieren. Außerdem ist die konversionsbasierende Temperaturänderung relativ langsam. Somit besteht weiterhin ein großes Sicherheitsrisiko beim Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung, die einen Laser als Lichtquelle umfasst.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
EP 2 294 462 B1 eine Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest zwei Lasermodifizierungseinheiten, um Laserlicht in modifiziertes Licht zu modifizieren. Die Lasermodifizierungseinheiten sind zwischen zwei Schichten angeordnet. Des Weiteren umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine Rissdetektionseinheit, um einen Riss in zumindest einer der Schichten zu detektieren. Zudem ist eine Steuereinheit vorgesehen, die den Laser ausschaltet, wenn die Rissdetektionseinheit einen Riss detektiert hat.
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Des Weiteren beschreibt die
JP 05096018 A eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von Laserdioden umfasst, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. In dem Gehäuse ist ein Anschlusselement vorgesehen, über welches die Luft aus dem Gehäuse gesaugt werden kann. Darüber hinaus ist in dem Gehäuse ein Drucksensor zum Erfassen des Drucks innerhalb des Gehäuses vorgesehen.
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Überdies beschreibt die
JP 2009-146938 A eine Beleuchtungsvorrichtung, bei der ein Halbleiterlaser und ein Phosphorelement in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Innerhalb der Dichtung des Gehäuses ist eine Überwachungsvorrichtung angeordnet, mit der überwacht werden kann, ob Luft von außerhalb in das Gehäuse eindringt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine Lichtquelle in Form eines Lasers umfasst, sicherer zu betreiben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Strahlung mit einer ersten Wellenlänge, ein Wandlerelement zum Wandeln der von der Lichtquelle abgestrahlten Strahlung in eine Strahlung mit zumindest einer zweiten Wellenlänge und ein Gehäuse, in dem die Lichtquelle angeordnet ist, wobei das Wandlerelement einen Teil des Gehäuses bildet, in das Gehäuse ein vorbestimmtes Gas eingebracht ist und innerhalb des Gehäuses eine Sensoreinrichtung zum Erfassen zumindest einer Eigenschaft des eingebrachten Gases angeordnet ist.
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Die Beleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug dienen. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelle, mit der Strahlung abgegeben werden kann. Beispielsweise kann Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich ausgesendet werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich ausgesendet wird. Die von der Lichtquelle abgegebene Strahlung trifft auf ein Wandlerelement. Das Wandlerelement wird durch die Strahlung der Lichtquelle angeregt und strahlt Licht mit einer Wellenlänge, die von der Wellenlänge der Strahlung der Lichtquelle verschieden sein kann, aus. Die von dem Wandlerelement abgestrahlte Strahlung kann auch mehrere Wellenlängen umfassen. Beispielsweise kann die abgestrahlte Strahlung ein breitbandiges Lichtspektrum bereitstellen. Insbesondere ist das Wandlerelement so ausgebildet, dass es Licht im weißen Wellenlängenbereich abstrahlt. Das von der Beleuchtungseinrichtung abgegebene Licht kann sich auch durch eine Überlagerung der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlung und der von dem Wandlerelement erzeugten Strahlung ergeben.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst zudem ein Gehäuse, in dem die Lichtquelle angeordnet ist. Vorliegend bildet das Wandlerelement einen Teil des Gehäuses. Beispielsweise kann das Wandlerelement als eine der Gehäusewände dienen. In dem Innenraum des Gehäuses ist ein vorbestimmtes Gas angeordnet. Das vorbestimmte Gas kann auch ein Gasgemisch, beispielsweise Luft, sein. Alternativ dazu kann das vorbestimmte Gas ein von Luft verschiedenes Gas sein. Darüber hinaus ist in dem Innenraum des Gehäuses eine Sensoreinrichtung angeordnet, mit der zumindest eine Eigenschaft des Gases erfasst werden kann. Insbesondere kann mit der Sensoreinrichtung die zumindest eine Eigenschaft des Gases im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung erfasst werden.
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Damit kann überprüft werden, ob sich das eingebrachte Gas während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung in dem Gehäuse befindet. Falls das Gehäuse eine Undichtigkeit aufweist, kann dies mit der Sensoreinrichtung festgestellt werden. Eine solche Undichtigkeit kann beispielsweise durch einen Riss in dem Wandlerelement, durch eine fehlerhafte Dichtung oder einen sonstigen Spalt in dem Gehäuse hervorgerufen werden. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Strahlung von der Lichtquelle nach außen dringt, was wiederum zu photobiologischen Schäden führen kann. Beispielsweise können die Augen und/oder die Haut von Lebewesen verletzt werden. Durch die Sensoreinrichtung und das in den das Gehäuse eingebrachte Gas können Beschädigungen des Gehäuses und des Wandlerelements sofort detektiert und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Somit kann die Beleuchtungsvorrichtung sicherer und zuverlässiger betrieben werden.
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In einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, als zumindest eine Eigenschaft des Gases einen Druck des Gases innerhalb des Gehäuses zu erfassen. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise als Drucksensor ausgebildet sein. Somit kann zuverlässig überwacht werden, ob sich das Gas während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung in dem Gehäuse befindet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, als zumindest eine Eigenschaft des Gases eine Konzentration des Gases innerhalb des Gehäuses zu erfassen. Zu diesem Zweck kann die Sensoreinrichtung beispielsweise als Gassensor ausgebildet sein. Anhand der Konzentration des Gases kann festgestellt werden, ob das Gas während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung aus dem Gehäuse entweicht oder ob beispielsweise Umgebungsluft von außen in das Gehäuse eindringt. Auch durch die Erfassung der Konzentration des Gases kann zuverlässig überprüft werden, ob eine Beschädigung des Gehäuses vorliegt.
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Bevorzugt ist das Gehäuse hermetisch dicht ausgebildet und das Gas ist derart in das Gehäuse eingebracht, dass ein Druck des Gases in dem Gehäuse größer oder kleiner als ein Atmosphärendruck außerhalb des Gehäuses ist. Das Gas kann derart in das Gehäuse eingebracht sein, dass innerhalb des Gehäuses ein Unterdruck oder ein Überdruck im Vergleich zum Atmosphärendruck außerhalb des Gehäuses herrscht. Somit kann beispielsweise mittels eines Drucksensors besonders zuverlässig überwacht werden, ob das Gas aus dem Gehäuse strömt oder Umgebungsluft in das Gehäuse eindringt.
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Bevorzugt ist innerhalb des Gehäuses eine elektronische Steuereinrichtung zum Steuern der Lichtquelle angeordnet. Mittels der Steuereinrichtung kann die Lichtquelle eingeschaltet, ausgeschaltet oder gedimmt werden. Hierbei kann das vorbestimmte Gas innerhalb des Gehäuses derart gewählt werden, dass es eine Alterung der elektronischen Steuereinrichtung beziehungsweise der Elektronik vermindert. Insbesondere kann durch die Wahl des Gases die Alterung der Sensoreinrichtung, der elektronischen Steuereinrichtung und/oder des Trägerelements im Vergleich zu einer Alterung, die von Luft bewirkt wird, verringert werden. Beispielsweise kann ein entsprechendes Schutzgas in dem Gehäuse vorgesehen sein. Somit kann erreicht werden, dass die Lebensdauer der Elektronik zur Ansteuerung der Lichtquelle erhöht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform deaktiviert die elektronische Steuereinrichtung die Lichtquelle, falls die Sensoreinrichtung beim Erfassen der zumindest einen Eigenschaft des Gases einen Wert erfasst, der einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet oder überschreitet. Wenn die Sensoreinrichtung als Drucksensor ausgebildet ist, kann die Lichtquelle deaktiviert werden, wenn der Druck innerhalb des Gehäuses einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet oder überschreitet. Falls die Sensoreinrichtung als Gassensor ausgebildet ist, kann die Lichtquelle mittels der elektronischen Steuereinrichtung deaktiviert werden, falls die Konzentration des Gases in dem Gehäuse einen vorbestimmten Konzentrationswert unterschreitet oder überschreitet. Somit kann sichergestellt werden, dass die Lichtquelle deaktiviert wird, falls die Möglichkeit besteht, dass Strahlung von der Lichtquelle nach außen dringen kann.
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Bevorzugt sind die Sensoreinrichtung und die elektronische Steuereinrichtung auf einem gemeinsamen Trägerelement angeordnet, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Beispielsweise können die Sensoreinrichtung und die elektronische Steuereinrichtung auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein. Somit kann eine stabile und bauraumsparende Anordnung der Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht werden.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Lichtquelle zumindest einen Halbleiterlaser. Dabei ist es auch denkbar, dass die Lichtquelle mehrere Halbleiterlaser umfasst. Zudem kann die Beleuchtungsvorrichtung eine entsprechende Ablenkeinrichtung umfassen, mit der die Strahlung der Lichtquelle abgelenkt und auf vorbestimmte Bereiche des Wandlerelements gerichtet werden kann.
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Bevorzugt ist das Wandlerelement zumindest teilweise aus Phosphor gebildet. Beispielsweise kann das Wandlerelement aus einer Phosphorkeramik gebildet sein. Wenn ein derartiges Material mit einem Halbleiterlaser beleuchtet wird, können hohe Leuchtdichten erreicht werden, die dazu genutzt werden können, eine Lichtverteilung vor einem Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst das Bereitstellen eines Gehäuses, in dem eine Lichtquelle angeordnet ist, das Abstrahlen von Strahlung mit einer ersten Wellenlänge mit einer Lichtquelle und das Wandeln der von der Lichtquelle abgestrahlten Strahlung in eine Strahlung mit einer von der ersten verschiedenen, zweiten Wellenlänge mit einem Wandlerelement, das Bereitstellen des Gehäuses derart, dass das Wandlerelement einen Teil des Gehäuses bildet, das Einbringen eines vorbestimmten Gases in das Gehäuse und das Erfassen zumindest einer Eigenschaft des eingebrachten Gases innerhalb des Gehäuses mit einer Sensoreinrichtung.
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Die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen gelten sinngemäß für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht; und
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2 die Beleuchtungseinrichtung gemäß 1 in einer Perspektivdarstellung.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug in einer geschnittenen Seitenansicht. 2 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß 1 in einer Perspektivansicht. Die Beleuchtungsvorrichtung 10 kann beispielsweise als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug verwendet werden. Die Beleuchtungsvorrichtung 10 umfasst eine Lichtquelle 12, die beispielsweise als Halbleiterlaser oder Laser ausgebildet ist. Mit der Lichtquelle 12 kann Strahlung mit einer ersten Wellenlänge ausgesendet werden. Dies ist vorliegend schematisch durch den Pfeil 14 dargestellt. Mit der Lichtquelle 12 kann beispielsweise Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich ausgesendet werden. Alternativ dazu kann mit der Lichtquelle 12 Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich ausgesendet werden.
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Die von der Lichtquelle 12 ausgesendete Strahlung trifft auf ein Wandlerelement 16. Das Wandlerelement 16 ist dazu ausgebildet, die von der Lichtquelle 12 ausgesendete Strahlung in eine Strahlung mit einer anderen Wellenlänge oder anderen Wellenlängen zu wandeln. Das Wandlerelement 16 kann durch die Strahlung der Lichtquelle 12 entsprechend angeregt werden, wodurch das Wandlerelement 16 eine Strahlung abstrahlt. Das Wandlerelement 16 ist insbesondere derart ausgebildet, dass es Strahlung beziehungsweise Licht im weißen Wellenlängenbereich aussendet. Dies ist vorliegend schematisch durch den Pfeil 18 verdeutlicht. Das Wandlerelement 16 kann beispielsweise aus einem Nitrid-Phosphor oder einem Cerium-dotierten YAG(Yttrium-Aluminium-Granat)-Phosphor gebildet sein.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 20, in dessen Innenraum 22 die Lichtquelle 12 angeordnet ist. Dabei ist das Gehäuse 20 derart ausgestaltet, dass das Wandlerelement 16 einen Teil des Gehäuses 20 bildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet das Wandlerelement 16 eine Seitenwand des Gehäuses 20. Insbesondere ist das Gehäuse 20 hermetisch dicht ausgebildet. Bei der Fertigung oder im Betrieb des Kraftfahrzeugs kann das Gehäuse 20 beschädigt werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Dichtung des Gehäuses 20 nicht mehr funktionstüchtig ist. Darüber hinaus ist es denkbar, dass sich das Wandlerelement 16 bezüglich der übrigen Gehäusewände des Gehäuses 20 verschiebt. Dies hat zur Folge, dass sich ein Spalt in dem Gehäuse 20 ausbildet. Darüber hinaus können Risse in dem Wandlerelement 16 vorliegen. Die oben beschriebenen Fehler hätten zur Folge, dass die Strahlung der Lichtquelle 12 vom Inneren 22 des Gehäuses 20 nach außen dringt. Insbesondere wenn die Lichtquelle 12 als Laser ausgebildet ist, kann dies Schäden der Augen und/oder der Haut zur Folge haben.
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In dem Innenraum 22 des Gehäuses 20 ist ein vorbestimmtes Gas angeordnet. Das Gas kann beispielsweise Sauerstoff sein. Es kann auch ein Gasgemisch wie Luft verwendet werden. Alternativ dazu kann das Gas ein von Luft verschiedenes Gas sein. Darüber hinaus ist im Innenraum 22 des Gehäuses 20 eine Sensoreinrichtung 24 angeordnet, mit der zumindest eine Eigenschaft des Gases im Innenraum 22 des Gehäuses 20 erfasst werden kann. Beispielsweise ist die Sensoreinrichtung 24 als Drucksensor ausgebildet. Somit kann ein Druck des Gases im Innenraum 22 des Gehäuses 20 erfasst werden. Alternativ dazu kann die Sensoreinrichtung 24 dazu ausgebildet sein, eine Konzentration des Gases im Innenraum 22 des Gehäuses 20 zu erfassen. Mit der Sensoreinrichtung 24 kann zuverlässig erfasst werden, ob sich das Gas während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung 10 weiterhin im Innenraum 22 des Gehäuses 20 befindet oder ob Umgebungsluft von außen in den Innenraum 22 des Gehäuses 20 eindringt.
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Des Weiteren umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 10 eine elektronische Steuereinrichtung 26. Mittels der Steuereinrichtung 26 kann die Lichtquelle 12 gesteuert, das heißt aktiviert, deaktiviert und/oder gedimmt werden. Die Steuereinrichtung 26 ist zusammen mit der Sensoreinrichtung 24 auf einem gemeinsamen Trägerelement 28, insbesondere einer Platine, angeordnet. Falls mit der Sensoreinrichtung 24 erfasst wird, dass der Druck des Gases im Innenraum 22 des Gehäuses 20 einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet oder überschreitet, kann mit der Sensoreinrichtung ein entsprechendes Steuersignal an die elektronische Steuereinheit 26 übertragen werden, infolge dessen mit der Steuereinrichtung 26 die Lichtquelle 12 deaktiviert wird. Die Deaktivierung kann ebenfalls erfolgen, falls mit der Sensoreinrichtung 24 erfasst wird, dass die Konzentration des Gases im Innenraum 22 des Gehäuses 20 einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet oder überschreitet. Somit kann sichergestellt werden, dass die Lichtquelle 12 beziehungsweise der Laser deaktiviert wird, falls die Möglichkeit besteht, dass für die Augen und/oder Haut gefährliche Strahlung nach außen dringen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2294462 B1 [0004]
- JP 05096018 A [0005]
- JP 2009-146938 A [0006]
