DE102014205294A1

DE102014205294A1 - lighting device

Info

Publication number: DE102014205294A1
Application number: DE102014205294.7A
Authority: DE
Inventors: Joachim Knittel
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-09-24
Also published as: WO2015140001A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Laserlichtquelle zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels von Laserlicht mit einer ersten Wellenlänge, mit einen Wellenlängenkonverter, welcher derart angeordnet ist, dass das Primärlichtbündel auf den Wellenlängenkonverter einstrahlbar ist und welcher dazu ausgebildet ist, dass durch das eingestrahlte Primärlichtbündel eine Sekundärlichtverteilung mit wenigstens einer weiteren Wellenlänge ausstrahlbar ist. Im Strahlengang zwischen Laserlichtquelle und Wellenlängenkonverter ist ein diffraktives optisches Element derart angeordnet, dass das Primärlichtbündel vor Auftreffen auf den Wellenlängenkonverter an dem diffraktiven optischen Element gebeugt wird.The invention relates to a lighting device for a motor vehicle, having a laser light source for emitting a primary light beam of laser light having a first wavelength, with a wavelength converter, which is arranged such that the primary light beam can be irradiated onto the wavelength converter and which is designed so that by the irradiated Primary light beam is a secondary light distribution with at least one further wavelength can be emitted. In the beam path between laser light source and wavelength converter, a diffractive optical element is arranged such that the primary light beam is diffracted before impinging on the wavelength converter at the diffractive optical element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge (Kfz) mit einer Laserlichtquelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a lighting device for motor vehicles (motor vehicle) with a laser light source, according to the preamble of claim 1.

Laserlichtquellen (z.B. Halbleiterlaser, Laserdioden) bieten eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften, wie z.B. eine kleine lichtaussendende Fläche, hohe Strahlungsintensitäten, sowie die Ausstrahlung von weitgehend kollimierten Lichtbündeln. Mit Laserlichtquellen können daher optische Systeme mit kleineren Brennweiten und stärker gebündelten Strahlungsverläufen aufgebaut werden, als für konventionelle Lichtquellen wie Glühlampen oder Leuchtdioden. Ferner können Laserlichtquellen hohe Leuchtdichten bereitstellen. Dadurch lassen sich optische Systeme auf vergleichsweise geringem Bauraum und mit kleinen Lichtaustrittsflächen realisieren, wodurch die Gestaltungsfreiheit beim Design der Beleuchtungseinrichtung erhöht werden kann. Laser light sources (e.g., semiconductor lasers, laser diodes) offer a number of advantageous properties, such as e.g. a small light-emitting surface, high radiation intensities, and the emission of largely collimated light bundles. With laser light sources, it is therefore possible to construct optical systems with smaller focal lengths and more focused radiation profiles than for conventional light sources such as incandescent lamps or light-emitting diodes. Furthermore, laser light sources can provide high luminance. As a result, optical systems can be realized in a comparatively small space and with small light exit surfaces, whereby the design freedom in the design of the lighting device can be increased.

Bei der Nutzung von Laserlicht in Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge stellen sich jedoch spezifische Herausforderungen, welche bei Verwendung von anderen Lichtquellen wie LEDs in der Regel nicht bestehen. Zum einen ist das aus der Laserlichtquelle austretende Licht in der Regel stark kollimiert und weist eine hohe zeitliche und räumliche Kohärenz auf, d.h. verschiedene Wellenzüge eines Lichtbündels haben eine feste Phasenbeziehung zueinander. Bei den typischen hohen Strahlungsintensitäten von Laserlichtquellen ist Laserlicht daher potenziell gefährlich, und kann das menschliche Auge schädigen. Diese Gefährdung ist besonders ausgeprägt, wenn das Licht mittels einer bündelnden oder kollimierenden Sekundäroptik in eine Abstrahllichtverteilung projiziert wird, wie es z.B. bei Kfz-Scheinwerfern der Fall ist. Dann kann eine hohe räumliche Kohärenz der Lichtwellen dazu führen, dass nach Bündelung und/oder Kollimierung gefährlich hohe Intensitäten auftreten. However, the use of laser light in automotive lighting devices presents specific challenges that typically do not exist when using other light sources such as LEDs. First, the light emerging from the laser light source is usually highly collimated and has high temporal and spatial coherence, i. different wave trains of a light bundle have a fixed phase relation to one another. Laser light is therefore potentially dangerous at the typical high radiation intensities of laser light sources and can damage the human eye. This hazard is particularly pronounced when the light is projected into a beam light distribution by means of collimating or collimating secondary optics, e.g. in the case of motor vehicle headlamps. Then a high spatial coherence of the light waves can lead to dangerously high intensities after bundling and / or collimation.

Im Bereich der Kfz-Beleuchtungseinrichtung muss das abgestrahlte Licht außerdem eine vorgeschriebene Farbverteilung und/oder Farbtemperatur aufweisen. Für das ausgesandte Licht eines Kfz-Scheinwerfers ist z.B. weißes Mischlicht erwünscht bzw. gesetzlich vorgeschrieben. Ein Laser strahlt jedoch meist monochromatisches Licht (z.B. UV-Licht) oder Licht in einem sehr engen Wellenlängenbereich aus. In the field of automotive lighting equipment, the emitted light must also have a prescribed color distribution and / or color temperature. For the emitted light of a motor vehicle headlight is e.g. white mixed light desired or required by law. However, a laser usually emits monochromatic light (e.g., UV light) or light in a very narrow wavelength range.

Die Umwandlung von monochromatischem Licht in polychromatisches oder weißes Licht kann grundsätzlich mit Wellenlängenkonvertern erfolgen. Dabei ist der Konverter im Strahlengang des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes angeordnet und derart ausgebildet, dass er durch das eingestrahlte Licht zur Abgabe von Licht mit gewünschten spektralen Eigenschaften angeregt wird. Solche Wellenlängenkonverter sind z.B. als Lumineszenzkonverter ausgebildet. Sie weisen z.B. einen Lumineszenzfarbstoff auf, wobei das auf den Lumineszenzkonverter eingestrahlte Primärlicht (z.B. einer blaues Licht ausstrahlenden LED) diesen zur Fotolumineszenz, Fluoreszenz oder Phosphoreszenz anregt. Dadurch gibt der Konverter selbst Licht mit wenigstens einer anderen, in der Regel längeren, Wellenlänge (z.B. gelb) ab, oder wirkt als Mischlichtquelle für Licht mit einem vergrößerten Spektralbereich. The conversion of monochromatic light into polychromatic or white light can in principle be carried out with wavelength converters. In this case, the converter is arranged in the beam path of the light emitted by the light source and is designed such that it is excited by the incident light for emitting light with desired spectral properties. Such wavelength converters are e.g. designed as a luminescence converter. You have e.g. a luminescent dye, wherein the primary light irradiated on the luminescence converter (e.g., a blue light emitting LED) excites it for photoluminescence, fluorescence or phosphorescence. As a result, the converter itself emits light having at least one other, generally longer, wavelength (e.g., yellow), or acts as a mixed light source for light having an increased spectral range.

Vor diesem Hintergrund ist eine Verwendung von Laserlichtquellen in Kfz-Beleuchtungseinrichtungen nur dann möglich, wenn die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften zum Betrieb von Lasereinrichtungen sichergestellt ist und die abgestrahlte Lichtverteilung die vorgeschriebenen Charakteristika aufweist. Insbesondere darf nur Licht mit einer Intensität unterhalb von vorgeschriebenen Grenzwerten austreten. Eine Blendung oder Gefährdung von Verkehrsteilnehmern muss vermieden werden. Dem Wellenlängenkonverter kommt daher eine sicherheitsrelevante Funktion zu. Wird der Wellenlängenkonverter beschädigt, aus dem Strahlengang entfernt oder in seiner Funktion beeinträchtigt, so kann potentiell gefährliche Laserstrahlung ohne Umwandlung in ungefährliches Licht aus der Beleuchtungseinrichtung austreten. Against this background, a use of laser light sources in automotive lighting devices is only possible if compliance with the safety regulations for the operation of laser devices is ensured and the radiated light distribution has the prescribed characteristics. In particular, only light with an intensity below prescribed limits may escape. Glare or danger to road users must be avoided. The wavelength converter therefore has a safety-related function. If the wavelength converter is damaged, removed from the beam path or impaired in its function, potentially dangerous laser radiation can escape from the illumination device without conversion into harmless light.

Um dieses Gefährdungspotential zu mindern, ist z.B. aus der DE 10 2006 029 203 A1 eine Beleuchtungseinrichtung bekannt, bei der das Licht einer Laser-Strahlungsquelle in einen Lichtleiter eingekoppelt wird, an dessen Lichtaustrittsfläche ein Wellenlängenkonverter angeordnet ist. Mittels Detektoren wird die von dem Konverter gestreutes Licht überwacht. To reduce this risk potential, is for example from the DE 10 2006 029 203 A1 a lighting device is known in which the light of a laser radiation source is coupled into a light guide, at the light exit surface, a wavelength converter is arranged. By means of detectors, the light scattered by the converter is monitored.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für KFZ-Beleuchtungseinrichtungen mit Laserlichtquellen eine Sicherheitsvorkehrung bereitzustellen, welche fehlerunanfällig arbeitet und mit welcher eine Gefährdung durch austretende Laserstrahlung möglichst vollständig vermieden werden kann. The invention has for its object to provide for automotive lighting devices with laser light sources a safety precaution, which operates error-prone and with which a risk of leakage of laser radiation can be avoided as completely as possible.

Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug (Kfz) gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Beleuchtungseinrichtung weist wenigstens eine Laserlichtquelle (z.B. Laser-Leuchtdiode) auf, mittels welcher ein Primärlichtbündel von Laserlicht mit einer ersten Wellenlänge bzw. mit Licht in einem ersten Wellenlängenbereich ausstrahlbar ist. Zur Umwandlung des Laserlichts in für die Beleuchtungseinrichtung nutzbares Licht ist ein Wellenlängenkonverter vorgesehen, welcher derart angeordnet ist, dass im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung das Primärlichtbündel auf den Wellenlängenkonverter trifft. Der Wellenlängenkonverter ist derart ausgebildet, dass durch das eingestrahlte Primärlichtbündel eine Sekundärlichtverteilung mit wenigstens einer weiteren Wellenlänge bzw. mit wenigstens einem weiteren Wellenlängenbereich insbesondere unter Ausnutzung von Photolumineszenz ausstrahlbar ist. Im Strahlengang zwischen der wenigstens einen Laserlichtquelle und dem Wellenlängenkonverter ist ein diffraktives optisches Element derart angeordnet, dass das Primärlichtbündel vor Auftreffen auf den Wellenlängenkonverter an dem diffraktiven optischen Element gebeugt wird, d.h. dass das Primärlichtbündel vor Auftreffen auf den Wellenlängenkonverter durch Beugung an dem diffraktiven optischen Element umgeformt wird. This object is achieved by a lighting device for a motor vehicle (motor vehicle) according to claim 1. The illumination device has at least one laser light source (eg, laser light-emitting diode), by means of which a primary light beam of laser light with a first wavelength or with light in a first wavelength range can be emitted. For converting the laser light into usable light for the illumination device, a wavelength converter is provided, which is arranged such that the primary light beam strikes the wavelength converter during operation of the illumination device. The wavelength converter is such that a secondary light distribution with at least one further wavelength or with at least one further wavelength range, in particular utilizing photoluminescence, can be emitted by the irradiated primary light bundle. In the beam path between the at least one laser light source and the wavelength converter, a diffractive optical element is arranged such that the primary light beam is diffracted before impinging on the wavelength converter at the diffractive optical element, ie, that the primary light beam diffracting from the diffractive optical element before impinging on the wavelength converter is transformed.

Im Normalbetrieb ergibt sich bei der Beleuchtungseinrichtung daher folgender Strahlengang:
Ausgehend von der als Primärlichtquelle wirkenden Laserlichtquelle trifft das Primärlichtbündel auf das diffraktive optische Element. Dieses ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das von ihm gebeugte Laserlicht, trotz Beugung und der damit ggf. verbundenen Richtungsänderungen, noch insbesondere im Wesentlichen vollständig auf den Wellenlängenkonverter trifft. Der Wellenlängenkonverter gibt dann die Sekundärlichtverteilung ab, welche durch einen Lichtaustrittsabschnitt der Beleuchtungseinrichtung austritt und eine z.B. um eine Hauptabstrahlrichtung konzentrierte Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung bildet. Hierzu kann die Beleuchtungseinrichtung ferner eine Abstrahloptikeinrichtung aufweisen, die im Strahlengang nach dem Wellenlängenkonverter angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die Sekundärlichtverteilung in die Abstrahllichtverteilung umzuformen, z.B. umzulenken und/oder zu bündeln und/oder zu projizieren. Der Wellenlängenkonverter dient insofern als Sekundärlichtquelle, welche die eigentliche Lichtquelle für Nutzlicht der Beleuchtungseinrichtung darstellt und eine den Sicherheitsvorschriften entsprechende Strahlung abgibt. Das diffraktive optische Element ist insbesondere derart ausgebildet, dass es selbst keine Wellenlängenkonversion vornimmt, insbesondere keinen Einfluss auf die Wellenlänge des Laserlichts hat. Insbesondere ist das diffraktive optische Element kein Bestandteil des Wellenlängenkonverters bzw. der Konverterschicht selbst. In normal operation, therefore, the following optical path results in the illumination device:
Starting from the laser light source acting as a primary light source, the primary light beam strikes the diffractive optical element. This is designed and arranged such that the diffracted by him laser light, in spite of diffraction and the possibly associated changes in direction, in particular substantially completely meets the wavelength converter. The wavelength converter then emits the secondary light distribution, which exits through a light exit section of the illumination device and forms an emission light distribution of the illumination device which is concentrated, for example, around a main emission direction. For this purpose, the illumination device may further comprise an abstraction device which is arranged in the beam path downstream of the wavelength converter and is designed to transform the secondary light distribution into the emission light distribution, for example to divert it and / or to focus and / or project it. The wavelength converter serves insofar as a secondary light source, which represents the actual light source for useful light of the illumination device and emits a radiation corresponding to the safety regulations. The diffractive optical element is in particular designed in such a way that it itself does not carry out any wavelength conversion, in particular has no influence on the wavelength of the laser light. In particular, the diffractive optical element is not part of the wavelength converter or of the converter layer itself.

Falls sich der Wellenlängenkonverter nicht mehr im Strahlengang befindet, z.B. zerstört wurde oder sich aus seiner Position gelöst hat, so wird durch das diffraktive optische Element verhindert, dass das Laserlicht in gefährlicher Weise unverändert aus der Beleuchtungseinrichtung austritt. Das diffraktive optische Element verändert beugungsbedingt die Intensitätsverteilung des Primärlichtbündels derart, dass eine Gefährdung durch das gebeugte Licht auch bei Unwirksamkeit des Wellenlängenkonverters vermieden werden kann. Insbesondere kann das aus der Laserlichtquelle je nach Ausgestaltung austretende Laserlicht mit einer räumlich hochkohärenten, einheitlichen Phasenfront über den gesamten Strahlungsquerschnitt in ein Lichtfeld mit geringerem Gefährdungspotential umgewandelt werden. If the wavelength converter is no longer in the beam path, e.g. has been destroyed or has been released from its position, it is prevented by the diffractive optical element that the laser light in a dangerous manner exits unchanged from the illumination device. The diffractive optical element diffractively changes the intensity distribution of the primary light bundle in such a way that a danger from the diffracted light can be avoided even when the wavelength converter is ineffective. In particular, the laser light emerging from the laser light source depending on the embodiment can be converted with a spatially highly coherent, uniform phase front over the entire radiation cross section into a light field with a lower hazard potential.

Der Wellenlängenkonverter ist grundsätzlich in der eingangs beschriebenen Art ausgebildet. Das Laserlicht des Primärlichtbündels, welches je nach Ausgestaltung der Laserlichtquelle nahezu monochromatisch sein kann, wird in das Licht der Sekundärlichtverteilung umgewandelt, insbesondere in ein polychromatisches oder weißes Licht. Hierzu ist der Wellenlängenkonverter insbesondere als Photolumineszenzelement ausgebildet, welches Licht des Primärlichtbündels mit der ersten Wellenlänge in Licht mit wenigstens einer weiteren Wellenlänge konvertiert. Je nach Ausgestaltung wird zumindest ein Teil des eingestrahlten Lichts in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt. In der Regel streut das Photolumineszenzelement zusätzlich einen Anteil des Primärlichtbündels, wobei ein weiterer Anteil zur Anregung von Photolumineszenz dient. Das gestreute Licht und das durch Photolumineszenz umgewandelte Licht können sich dann additiv überlagern und zu dem gewünschten (z.B. weißen) Mischlicht führen. Je nach Ausgestaltung kann der Konverter auch derart ausgebildet sein, dass er nach Anregung mit dem Primärlichtbündel ein Mischlicht oder Weißlicht mit einer Vielzahl von Wellenlängenkomponenten emittiert. Grundsätzlich ist auch eine vollständige Umwandlung des eingestrahlten Lichts durch Photolumineszenz denkbar. The wavelength converter is basically designed in the manner described above. The laser light of the primary light beam, which may be almost monochromatic depending on the design of the laser light source, is converted into the light of the secondary light distribution, in particular into a polychromatic or white light. For this purpose, the wavelength converter is designed in particular as a photoluminescent element, which converts light of the primary light beam having the first wavelength into light having at least one further wavelength. Depending on the configuration, at least part of the incident light is converted into light of another wavelength range. As a rule, the photoluminescent element additionally scatters a portion of the primary light bundle, with another portion serving to excite photoluminescence. The scattered light and the light converted by photoluminescence may then additively overlap and result in the desired (e.g., white) mixed light. Depending on the embodiment, the converter can also be designed such that it emits a mixed light or white light with a plurality of wavelength components after being excited by the primary light beam. In principle, a complete conversion of the incident light by photoluminescence is conceivable.

Das diffraktive optische Element weist insbesondere eine optisch wirksame Beugungsfläche mit einer Beugungsstrukturierung auf. Die Beugungsstrukturierung kann z.B. als Oberflächenstruktur aus erhabenen und/oder vertieften Bereichen ausgebildet sein. Derartige Strukturen können mit lithografischen Techniken, Pressen und/oder Ätzen auf einem geeigneten Träger erzeugt werden, z.B. auf Glasplättchen oder Kunststoffplättchen. Die Beugungsstrukturierung weist vorzugsweise eine typische Strukturlänge im Bereich der Wellenlänge des Lichts der Laserlichtquelle auf, insbesondere im Submikrometerbereich, beispielsweise zwischen 100 nm und 800 nm. Die Strukturlänge kann beispielsweise eine Periodenlänge der Beugungsstrukturierung sein. In particular, the diffractive optical element has an optically effective diffraction surface with a diffraction structuring. The diffraction structuring may e.g. be formed as a surface structure of raised and / or recessed areas. Such structures can be formed by lithographic techniques, pressing and / or etching on a suitable support, e.g. on glass slides or plastic tiles. The diffraction structuring preferably has a typical structure length in the range of the wavelength of the light of the laser light source, in particular in the sub-micron range, for example between 100 nm and 800 nm. The structure length can be, for example, a period length of the diffraction structuring.

Das diffraktive optische Element ist vorzugsweise als Transmissionselement, insbesondere plattenartig, ausgebildet und weist an einer Oberfläche die Beugungsstrukturierung auf. Anstelle oder zusätzlich zu einer Oberflächenstrukturierung mit erhabenen und/oder vertieften Bereichen ist auch eine lokale Variation des Brechungsindex des Materials denkbar. Dadurch wird für durchgestrahltes Licht lokal die optische Weglänge verändert und so ein Beugungsbild erzielt. The diffractive optical element is preferably designed as a transmission element, in particular plate-like, and has the diffraction structuring on a surface. Instead of or in addition to a surface structuring with raised and / or recessed areas, a local variation of the refractive index of the material is also conceivable. As a result, the optical path length is locally changed for transmitted light, thus achieving a diffraction pattern.

Grundsätzlich kann das diffraktive optische Element auch als Reflexionselement ausgebildet sein, wobei eine reflektierende Beugungsfläche eine entsprechende Beugungsstrukturierung aufweist. In principle, the diffractive optical element can also be designed as a reflection element, wherein a reflective diffraction surface has a corresponding diffraction structuring.

Das diffraktive optische Element ist insbesondere derart ausgestaltet, dass durch die Beugung der von dem Primärlichtbündel ausgeleuchtete Raumwinkelbereich vergrößert wird. Denkbar ist insofern einerseits, dass die Divergenz des zunächst stark kollimierten Laserlichtbündels vergrößert wird. Dadurch können Sättigungseffekte im Wellenlängenkonverter durch hohe lokale Einstrahlung vermieden werden. Auch kann die Lebensdauer des Wellenlängenkonverters erhöht werden. Außerdem kann durch geeignete Aufweitung eine optimale Ausleuchtung des Wellenlängenkonverters sichergestellt werden. Andererseits ist denkbar, dass das Primärlichtbündel durch Beugung in eine Lichtverteilung umgewandelt wird, welche definierte Beugungsmaxima und Beugungsminima aufweist, die unter verschiedenen Beugungswinkeln in Bezug auf die Einstrahlrichtung des Primärlichtbündels auf das diffraktive optische Element erscheinen. The diffractive optical element is in particular designed such that is magnified by the diffraction of the illuminated by the primary light beam solid angle range. It is conceivable on the one hand, that the divergence of the initially highly collimated laser light beam is increased. As a result, saturation effects in the wavelength converter due to high local irradiation can be avoided. Also, the life of the wavelength converter can be increased. In addition, can be ensured by suitable expansion optimal illumination of the wavelength converter. On the other hand, it is conceivable that the primary light beam is converted by diffraction into a light distribution having defined diffraction maxima and diffraction minima, which appear at different diffraction angles with respect to the direction of irradiation of the primary light beam on the diffractive optical element.

Hierzu kann das diffraktive optische Element eine Beugungsfläche mit einer periodischen Beugungsstrukturierung aufweisen, insbesondere als Beugungsgitter ausgebildet sein. For this purpose, the diffractive optical element may have a diffraction surface with a periodic diffraction structuring, in particular be designed as a diffraction grating.

Denkbar ist jedoch auch, dass das diffraktive optische Element eine unregelmäßige, insbesondere nicht periodische Beugungsstrukturierung aufweist. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Beugungsstrukturierung kann das Beugungsbild maßgeschneidert werden. Beispielsweise kann die Beugungsstrukturierung derart an die Laserlichtquelle und den Wellenlängenkonverter angepasst sein, dass das auf das diffraktive optische Element auftreffende Primärlichtbündel in ein Lichtbündel umgeformt wird, dessen Bündelquerschnitt zur optimalen Ausleuchtung des Wellenlängenkonverters an dessen Form angepasst ist. However, it is also conceivable that the diffractive optical element has an irregular, in particular non-periodic diffraction structuring. By suitable design of the diffraction structuring, the diffraction pattern can be tailored. For example, the diffraction patterning can be adapted to the laser light source and the wavelength converter in such a way that the primary light beam impinging on the diffractive optical element is converted into a light bundle whose beam cross section is matched to the shape of the wavelength converter for optimal illumination.

Vorzugsweise sind das diffraktive optische Element sowie der Wellenlängenkonverter und die Laserlichtquelle derart aneinander angepasst, dass nach der Beugung des Primärlichtbündels der Wellenlängenkonverter mit einer im Wesentlichen homogenen Intensitätsverteilung ausgeleuchtet wird. Insbesondere soll eine Intensitätsverteilung derart erzeugt werden, dass das Primärlichtbündel nach Beugung eine nahezu konstante Intensität über den gesamten Bündelquerschnitt aufweist. So kann beispielsweise ein typisches Intensitätsprofil einer Laserlichtquelle (z.B. Gauß'sches Intensitätsprofil mit elliptischem Querschnitt) in eine an den Wellenlängenkonverter angepasste Form, beispielsweise kreisförmig oder rechteckig mit vorzugsweise nahezu konstantem Intensitätsverlauf umgeformt werden. Derartige Ausgestaltungen bieten den Vorteil, dass gewisse Toleranzen hinsichtlich der Positionierung von Wellenlängenkonverter und diffraktiven optischen Element zueinander bestehen, und geringe Verschiebungen dieser Komponenten zueinander die Effizienz der Umwandlung nicht wesentlich beeinträchtigen. Außerdem kann eine gleichmäßige Beanspruchung und Erwärmung des Wellenlängenkonverters erzielt werden. Preferably, the diffractive optical element and the wavelength converter and the laser light source are adapted to each other such that after the diffraction of the primary light beam of the wavelength converter is illuminated with a substantially homogeneous intensity distribution. In particular, an intensity distribution should be generated in such a way that the primary light bundle after diffraction has a nearly constant intensity over the entire bundle cross section. For example, a typical intensity profile of a laser light source (e.g., Gaussian intensity profile with elliptical cross-section) may be converted to a shape adapted to the wavelength converter, such as circular or rectangular with preferably nearly constant intensity characteristics. Such embodiments offer the advantage that there are certain tolerances with regard to the positioning of wavelength converter and diffractive optical element to each other, and slight shifts of these components to each other does not significantly affect the efficiency of the conversion. In addition, a uniform stress and heating of the wavelength converter can be achieved.

Das kollimierte Primärlichtbündel wird insbesondere entlang einer Einstrahlrichtung, um welche im räumlichen Mittel die Intensität verteilt ist, auf das diffraktive optische Element eingestrahlt. Vorzugsweise ist das diffraktive optische Element derart ausgebildet und angeordnet, dass die Einstrahlrichtung des auftreffenden Primärlichtbündels mit einer Vorzugsrichtung des gebeugten Lichtes, um welche im räumlichen Mittel ein Großteil der Intensität des gebeugten Lichtes konzentriert ist, einen nicht verschwindenden Winkel einschließt. Insofern wird ein Großteil der Intensität seitlich ausgelenkt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass gefährliches Laserlicht aus der Beleuchtungseinrichtung austritt, wenn beispielsweise der Konverter zerstört ist oder unwirksam geworden ist. The collimated primary light beam is irradiated onto the diffractive optical element, in particular along an irradiation direction about which the intensity is distributed in the spatial average. Preferably, the diffractive optical element is designed and arranged such that the direction of incidence of the incident primary light beam with a preferred direction of the diffracted light about which a large part of the intensity of the diffracted light is concentrated in the spatial means, a non-vanishing angle. In this respect, a large part of the intensity is deflected laterally. In this way it can be prevented that dangerous laser light exits the illumination device, for example, when the converter is destroyed or has become ineffective.

Wie bereits erläutert, weist die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise eine im Strahlengang nach dem Wellenlängenkonverter angeordnete Abstrahloptikeinrichtung auf, beispielsweise eine Bündeloptik, wie eine Projektionslinse. Die Abstrahloptikeinrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, innerhalb eines Erfassungsraumwinkelbereiches auf die Abstrahloptikeinrichtung einfallendes Licht in die Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung umzuformen, wobei außerhalb des Erfassungsraumwinkelbereiches auf die Abstrahloptikeinrichtung einfallendes Licht nicht von dieser erfasst wird. Das diffraktive optische Element ist dann insbesondere derart ausgebildet, dass bei einem aus dem Strahlengang entfernten Wellenlängenkonverter das von dem diffraktiven optischen Element gebeugte Licht außerhalb des Erfassungsraumwinkelbereiches der Abstrahloptikeinrichtung verläuft. Die Vorzugsrichtung des gebeugten Lichtes verläuft insbesondere derart schräg zur Einstrahlrichtung, dass das gebeugte Licht bei Entfernung des Wellenlängenkonverters aus dem Strahlengang nicht von der Abstrahloptikeinrichtung der Beleuchtungseinrichtung erfasst wird. Vorteilhaft ist insbesondere, wenn zwischen Vorzugsrichtung des gebeugten Lichts und der Einfallsrichtung ein Winkel von größer als 70° eingeschlossen ist. As already explained, the illumination device preferably has an abstraction device arranged in the beam path after the wavelength converter, for example a bundle optical system, such as a projection lens. The Abstrahloptikeinrichtung is particularly adapted to transform within a Erfassungsraumwinkelbereiches on the Abstrahloptikeinrichtung incident light in the Abstrahllichtverteilung the illumination device, wherein outside of the detection space angle range on the Abstrahloptikeinrichtung incident light is not detected by this. The diffractive optical element is then designed in particular in such a way that, in the case of a wavelength converter which is remote from the beam path, the light diffracted by the diffractive optical element extends outside the detection space angle range of the abstraction device. The preferred direction of the diffracted light in particular runs obliquely to the direction of irradiation, that the diffracted light is not detected by the Abstrahloptikeinrichtung the illumination device when removing the wavelength converter from the beam path. In particular, it is advantageous if an angle of greater than 70 ° is included between the preferred direction of the diffracted light and the direction of incidence.

Die Auslenkung des gebeugten Lichts in eine Vorzugsrichtung schräg zur Einstrahlrichtung kann beispielsweise bei einem als Beugungsgitter ausgebildeten diffraktiven optischen Element dadurch erreicht werden, dass die Hauptintensität nicht in die nullte Beugungsordnung, sondern in eine höhere Beugungsordnung gelenkt wird. Beispielsweise kann das diffraktive optische Element als Plättchen mit einer insbesondere periodischen Beugungsstrukturierung ausgestaltet sein, wobei die sich periodisch wiederholenden Bereiche asymmetrisch ausgestaltet sind, beispielsweise eine Sägezahn-Modulation aufweisen. Derartige Beugungsstrukturen, bei welchen die sogenannte "Blaze-Technik" Verwendung findet, können einen Großteil der auf sie eingestrahlten Intensität in eine höhere Beugungsordnung lenken, z.B. in die Beugungsordnung, in die das Nutzlicht gelenkt wird. The deflection of the diffracted light in a preferred direction obliquely to the direction of irradiation can be achieved, for example, in the case of a diffractive optical element designed as a diffraction grating in that the main intensity does not enter the zeroth diffraction order, but is directed into a higher diffraction order. By way of example, the diffractive optical element can be designed as a plate with a particularly periodic diffraction structuring, wherein the periodically repeating regions are configured asymmetrically, for example having a sawtooth modulation. Such diffraction structures, in which the so-called "blaze technique" is used, can direct a majority of the intensity irradiated to them into a higher diffraction order, for example into the diffraction order, in which the useful light is directed.

Zur weiteren Ausgestaltung kann ein Lichtabsorber vorgesehen sein, welcher derart angeordnet ist, dass das in die schräg zur Einstrahlrichtung verlaufende Vorzugsrichtung gebeugte Licht dann von dem Lichtabsorber erfasst werden würde, wenn der Wellenlängenkonverter aus dem Strahlengang entfernt wäre. Der Lichtabsorber bildet insofern eine Lichtfalle für das Laserlicht, welche das gefährliche Laserlicht dann absorbiert, wenn der Wellenlängenkonverter beschädigt, entfernt oder funktionsunfähig geworden ist. So kann ein Austreten von gefährlicher Laserstrahlung zuverlässig vermieden werden. Der Lichtabsorber ist vorzugsweise von dem diffraktiven optischen Element aus betrachtet in der Vorzugsrichtung des gebeugten Lichts derart beabstandet angeordnet, dass der Wellenlängenkonverter zwischen dem diffraktiven optischen Element und dem Lichtabsorber angeordnet ist. For further embodiment, a light absorber may be provided, which is arranged such that the diffracted in the oblique to the direction of irradiation preferred direction light would then be detected by the light absorber when the wavelength converter would be removed from the beam path. The light absorber thus forms a light trap for the laser light, which absorbs the dangerous laser light when the wavelength converter has been damaged, removed or rendered inoperative. Thus, leakage of dangerous laser radiation can be reliably avoided. The light absorber is preferably spaced from the diffractive optical element in the preferential direction of the diffracted light such that the wavelength converter is disposed between the diffractive optical element and the light absorber.

Vorzugsweise ist der Wellenlängenkonverter unmittelbar an dem diffraktiven optischen Element angeordnet. Insbesondere sind Wellenlängenkonverter und diffraktives optisches Element fest miteinander verbunden und bilden ein einstückiges Lichtumwandlungselement. Dieses Lichtumwandlungselement stellt einerseits die Funktion zur Umwandlung des gefährlichen Laserlichts in das Nutzlicht der Beleuchtungseinrichtung bereit, andererseits die Sicherheitswirkung durch das diffraktive optische Element für den Fall, dass der Wellenlängenkonverter funktionsunfähig wird. Durch die direkte Anordnung der beiden Einheiten aneinander ist sichergestellt, dass bei ordnungsgemäßem Betrieb mit funktionsfähigem Wellenlängenkonverter das gebeugte Licht auf den Wellenlängenkonverter trifft auch dann, wenn das diffraktive optische Element derart ausgebildet ist, dass die Hauptintensität schräg zur Einfallsrichtung gebeugt wird, wie oben erläutert. Preferably, the wavelength converter is arranged directly on the diffractive optical element. In particular, wavelength converter and diffractive optical element are fixedly connected to each other and form an integral light conversion element. On the one hand, this light conversion element provides the function for converting the hazardous laser light into the useful light of the illumination device, and on the other hand the security effect through the diffractive optical element in the event that the wavelength converter becomes inoperative. The direct arrangement of the two units together ensures that, when operated properly with a functioning wavelength converter, the diffracted light impinges on the wavelength converter, even if the diffractive optical element is designed such that the main intensity is diffracted obliquely to the direction of incidence, as explained above.

Denkbar ist insbesondere ein schichtartiger Aufbau. Vorzugsweise weist das diffraktive optische Element einen plattenartigen Träger auf, welcher eine optisch wirksame Beugungsfläche mit einer Beugungsstrukturierung aufweist. Der Träger ist vorzugsweise aus einem transparenten Material, beispielsweise Kunststoff oder Glas. Vorzugsweise ist an den Träger anliegend der vorzugsweise ebenfalls plattenartig ausgestaltete Wellenlängenkonverter angeordnet. Denkbar ist z.B. eine Konverterschicht. Dabei kann die Beugungsfläche grundsätzlich an der dem Wellenlängenkonverter zugewandten Seite, oder an der dem Wellenlängenkonverter abgewandten Seite des Trägers vorgesehen sein. Denkbar ist auch, dass die optisch wirksame Beugungsfläche mit einer Deckschicht, beispielsweise einem transparenten Substrat oder Lack, versehen ist. Die Beugungsfläche bzw. die Beugungsstrukturierung können dann an die optischen Eigenschaften der Deckschicht angepasst sein, z.B. wenn diese einen abweichenden Brechungsindex von der Grundstruktur der Beugungsfläche aufweist. Durch die Deckschicht kann die Beugungsfläche vor Verschmutzung geschützt werden. In diesem Fall kann der Wellenlängenkonverter beispielsweise anliegend an diese Deckschicht angeordnet sein. In particular, a layered structure is conceivable. Preferably, the diffractive optical element has a plate-like carrier, which has an optically effective diffraction surface with a diffraction structuring. The carrier is preferably made of a transparent material, for example plastic or glass. Preferably, the preferably also plate-like designed wavelength converter is arranged adjacent to the carrier. It is conceivable, e.g. a converter layer. In this case, the diffraction surface can basically be provided on the side facing the wavelength converter, or on the side of the carrier facing away from the wavelength converter. It is also conceivable that the optically effective diffraction surface is provided with a cover layer, for example a transparent substrate or lacquer. The diffraction surface or pattern can then be adapted to the optical properties of the cover layer, e.g. if it has a different refractive index from the basic structure of the diffraction surface. Through the cover layer, the diffraction surface can be protected from contamination. In this case, the wavelength converter can be arranged, for example, adjacent to this cover layer.

Das Licht einer Laserlichtquelle weist prinzipbedingt in der Regel eine definierte Polarisation auf. Für Laserlichtquellen, die eine linear polarisierte Primärlichtverteilung mit einer definierten Primärpolarisationsrichtung ausstrahlen, kann die Betriebssicherheit mittels einer polarisationsselektiven Sensoranordnung weiter erhöht werden. As a rule, the light of a laser light source generally has a defined polarization. For laser light sources which emit a linearly polarized primary light distribution with a defined primary polarization direction, the operational reliability can be further increased by means of a polarization-selective sensor arrangement.

Das eingangs beschriebene Gefährdungspotential einer Beleuchtungseinrichtung mit Laserlichtquelle und Wellenlängenkonverter kann – auch unabhängig von einer Ausgestaltung mit diffraktiven optischen Elementen – dadurch vermindert werden, dass die Laserlichtquelle zur Ausstrahlung einer Primärlichtverteilung mit linear polarisiertem Licht mit einer Primärpolarisationsrichtung ausgebildet ist, und das eine polarisationsselektive Sensoranordnung vorgesehen ist, welche derart ausgebildet ist, dass sie vorzugsweise ausschließlich auf Licht mit einer Polarisationsrichtung anspricht, welche senkrecht zu der Primärpolarisationsrichtung ist. Dabei ist die Sensoreinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, dass zumindest ein Anteil des von dem Wellenlängenkonverter ausgestrahlten Lichts von der Sensoreinrichtung erfasst wird. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung derart angeordnet, dass von dem Wellenlängenkonverter zurückgestreutes Licht, insbesondere das in der von einem Lichtaustrittsabschnitt der Beleuchtungseinrichtung abgewandten Richtung zurückgestreute Licht, von der Sensoreinrichtung erfasst wird. The hazard potential of an illumination device with laser light source and wavelength converter described above can be reduced - even independently of a design with diffractive optical elements - by designing the laser light source to emit a primary light distribution with linearly polarized light having a primary polarization direction, and providing a polarization-selective sensor arrangement which is designed such that it preferably responds exclusively to light with a polarization direction which is perpendicular to the Primärpolarisationsrichtung. In this case, the sensor device is preferably designed and arranged such that at least a portion of the light emitted by the wavelength converter is detected by the sensor device. In particular, the sensor device is arranged such that light scattered back from the wavelength converter, in particular the light scattered back in the direction away from a light exit section of the illumination device, is detected by the sensor device.

Bei der Umwandlung von Licht im Wellenlängenkonverter kann es zu Mehrfachstreuung und/oder Vielfachstreuung in dem Wellenlängenkonverter kommen. Hierdurch und/oder durch die physikalischen Vorgänge bei der Umwandlung der Wellenlänge wird die Polarisation des eingestrahlten Lichts zumindest anteilig gedreht. Die von dem Wellenlängenkonverter aufgrund der Anregung mit dem Primärlichtbündel ausgestrahlte Sekundärlichtverteilung enthält also Licht mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zu der Primärpolarisationsrichtung. Ein Ansprechen der Sensoreinrichtung im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung zeigt daher an, dass von einer Funktionsfähigkeit des Wellenlängenkonverters ausgegangen werden kann. Wenn der Sensor trotz aktivierter Laserlichtquelle kein Licht mit Polarisationsrichtung senkrecht zur Primärpolarisationsrichtung mehr empfängt, so weist dies darauf hin, dass der Wellenlängenkonverter funktionslos geworden ist oder aus dem Strahlengang entfernt ist. Es können dann Maßnahmen eingeleitet werden, um eine Gefährdung durch Laserlicht auszuschließen, wie unten noch näher erläutert. Durch die polarisationssensitive Überwachung wird ausgeschlossen, dass durch nicht umgewandeltes Laserlicht, welches an anderen Bauteilen der Beleuchtungseinrichtung bzw. an externen Objekten zurückgestreut wird, ein Sensorsignal ausgelöst wird und irrtümlicherweise als Hinweis auf die Funktionsfähigkeit des Wellenlängenkonverters gewertet wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine einfache Reflexion des Laserlichts an spiegelnden Flächen in der Regel nicht mit einer Änderung der Polarisationsrichtung einhergeht. Die Funktionsfähigkeit des Wellenlängenkonverters kann daher zuverlässig überwacht werden. The conversion of light in the wavelength converter can lead to multiple scattering and / or multiple scattering in the wavelength converter. As a result, and / or by the physical processes in the conversion of the wavelength of the polarization of the incident light is at least partially rotated. That of the wavelength converter due to the excitation with the Primary light beam emitted secondary light distribution thus contains light with a polarization direction perpendicular to the Primärpolarisationsrichtung. A response of the sensor device in the operation of the illumination device therefore indicates that a functioning of the wavelength converter can be assumed. If, despite the laser light source being activated, the sensor no longer receives light with a polarization direction perpendicular to the primary polarization direction, this indicates that the wavelength converter has become inoperative or is removed from the beam path. Measures can then be taken to exclude a risk of laser light, as explained in more detail below. The polarization-sensitive monitoring rules out that a sensor signal is triggered by unconverted laser light, which is scattered back on other components of the illumination device or on external objects, and is erroneously evaluated as an indication of the functionality of the wavelength converter. This is due to the fact that a simple reflection of the laser light on reflecting surfaces is generally not accompanied by a change in the polarization direction. The functionality of the wavelength converter can therefore be reliably monitored.

Die polarisationsselektive Sensoreinrichtung wird vorzugsweise dadurch realisiert, dass auf der einem Lichtaustrittsabschnitt (z.B. Abstrahloptikeinrichtung) der Beleuchtungseinrichtung abgewandten Seite eine lichtempfindlicher Sensor angeordnet ist, und dass im Strahlengang zwischen dem Wellenlängenkonverter und dem Sensor ein Polarisationsfilterelement vorgesehen ist, welches für Licht mit Polarisationsrichtung senkrecht zu der Primärpolarisationsrichtung durchlässig ist. Das Polarisationsfilterelement kann darüber hinaus für Licht mit der Primärpolarisationsrichtung nahezu undurchlässig sein. The polarization-selective sensor device is preferably realized in that a light-sensitive sensor is arranged on the side facing away from a light exit section (eg, abstracting device) of the illumination device, and that a polarization filter element is provided in the beam path between the wavelength converter and the sensor, which is perpendicular to the light with polarization direction Primary polarization direction is permeable. The polarizing filter element may also be nearly opaque to light having the primary polarization direction.

Denkbar ist auch, dass im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle und dem Wellenlängenkonverter ein polarisierender Strahlteiler angeordnet ist, welcher derart ausgebildet ist, dass das von der Laserlichtquelle ausgehende Licht mit der Primärpolarisationsrichtung zu dem Wellenlängenkonverter transmittiert wird, und dass von dem Wellenlängenkonverter zurückgestreutes Licht mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zur Primärpolarisationsrichtung durch den Strahlteiler in Richtung zum Sensor abgelenkt wird. Der lichtempfindliche Sensor ist wiederum vorzugsweise auf der einem Lichtaustrittsabschnitt der Beleuchtungseinrichtung abgewandten Seite angeordnet, insbesondere von dem Wellenlängenkonverter aus betrachtet seitlich zur Einstrahlrichtung des Primärlichtbündels versetzt angeordnet. It is also conceivable that in the beam path between the laser light source and the wavelength converter, a polarizing beam splitter is arranged, which is designed such that the outgoing from the laser light source light is transmitted with the Primärpolarisationsrichtung to the wavelength converter, and that of the wavelength converter backscattered light with a polarization direction is deflected perpendicular to the Primärpolarisationsrichtung by the beam splitter in the direction of the sensor. The light-sensitive sensor is in turn preferably arranged on the side facing away from a light exit section of the illumination device, in particular arranged laterally offset from the direction of irradiation of the primary light bundle, viewed in particular by the wavelength converter.

Zur weiteren Ausgestaltung weist die Beleuchtungseinrichtung eine Steuereinrichtung für die Laserlichtquelle auf. Diese ist dazu ausgebildet, die Laserlichtquelle in Abhängigkeit von Messwerten der Sensoreinrichtung anzusteuern. Insbesondere wird die Laserlichtquelle deaktiviert oder zumindest die abgestrahlte Intensität auf ein ungefährliches Niveau reduziert, wenn die gemessene Intensität einen Kontrollschwellwert unterschreitet. For a further embodiment, the illumination device has a control device for the laser light source. This is designed to control the laser light source as a function of measured values of the sensor device. In particular, the laser light source is deactivated or at least the radiated intensity is reduced to a harmless level if the measured intensity falls below a control threshold.

Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung mit einer polarisationsselektiven Sensoreinrichtung kann unabhängig von der Ausgestaltung mit einem diffraktiven optischen Element vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist jedoch, wenn die Ausgestaltung mit polarisationsselektiver Sensoreinrichtung zusätzlich zu dem diffraktiven optischen Element vorgesehen ist. Dadurch wird das Gefährdungsrisiko einerseits passiv durch die Beugungswirkung des diffraktiven optischen Elements reduziert, andererseits kann aktiv bei einer Abnahme der von der polarisationsselektiven Sensoreinrichtung erfassten Intensität die Laserlichtquelle entsprechend angesteuert werden. The configuration described above with a polarization-selective sensor device can be provided independently of the embodiment with a diffractive optical element. However, it is particularly preferred if the configuration with polarization-selective sensor device is provided in addition to the diffractive optical element. As a result, the risk of danger is on the one hand reduced passively by the diffraction effect of the diffractive optical element, and on the other hand, the laser light source can be activated accordingly when the intensity detected by the polarization-selective sensor device decreases.

Weitere Aspekte und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben. Further aspects and embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the figures.

Es zeigen: Show it:

1 skizzierte Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung mit Laserlichtquelle und Wellenlängenkonverter; 1 sketched representation of a lighting device with laser light source and wavelength converter;

2 skizzierte Darstellung einer verbesserten Beleuchtungseinrichtung; 2 sketched representation of an improved lighting device;

3 skizzierte Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer verbesserten Beleuchtungseinrichtung; 3 sketched representation of a further embodiment of an improved illumination device;

4 Detaildarstellung des Lichtumwandlungselementes der Beleuchtungseinrichtung gemäß 3; 4 Detailed representation of the light conversion element of the illumination device according to 3 ;

5 eine weitere Beleuchtungseinrichtung in skizzierter Darstellung; 5 a further lighting device in sketched representation;

6 skizzierte Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung mit polarisationsselektiver Sensoreinrichtung; und 6 sketched representation of a lighting device with polarization-selective sensor device; and

7 eine weitere Beleuchtungseinrichtung mit polarisationsselektiver Sensoreinrichtung. 7 a further illumination device with polarization-selective sensor device.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet. In the following description as well as in the figures, the same reference numerals are used for identical or corresponding features.

Zur Erläuterung des technischen Hintergrundes zeigt die 1 eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Laserlichtquelle 10 (z.B. Halbleiterlaser oder Laserdiode), mittels welcher ein Primärlichtbündel 12 von Laserlicht ausgestrahlt werden kann. Das Primärlichtbündel 12 ist im Wesentlichen monochromatisch und kann, unabhängig von der in 1 angedeuteten Divergenz, hochgradig kollimiert sein. Das Primärlichtbündel 12 weist vorzugsweise Licht einer ersten Wellenlänge bzw. eines ersten Wellenlängenbereichs um die erste Wellenlänge auf. Im weiteren Strahlengang des Primärlichtbündels 12 ist ein Wellenlängenkonverter 14 angeordnet. Dieser ist als Photolumineszenzelement ausgebildet und an einem Träger 16 derart angeordnet, dass das Primärlichtbündel 12 auf den Wellenlängenkonverter 14 trifft. Im dargestellten Beispiel ist eine optionale Bündelungsoptik 18 im Strahlengang zwischen Laserlichtquelle 12 und Wellenlängenkonverter 14 vorgesehen, so dass das Primärlichtbündel 12 vor Auftreffen auf den Wellenlängenkonverter 14 in ein den Abmessungen des Wellenlängenkonverters 14 entsprechendes Primärlichtbündel 12' gebündelt wird. Das Primärlichtbündel 12 bzw. 12' ist beim Auftreffen auf den Wellenlängenkonverter 14 um eine Einstrahlrichtung 20 herum konzentriert, d.h. die Intensität des Primärlichtbündels 12 bzw. 12' ist um die Einstrahlrichtung 20 herum im räumlichen Mittel konzentriert. To explain the technical background shows the 1 a lighting device with a laser light source 10 (For example, semiconductor laser or laser diode), by means of which a primary light beam 12 can be emitted by laser light. The primary light bundle 12 is essentially monochromatic and can, regardless of in 1 indicated divergence, to be highly collimated. The primary light bundle 12 preferably has light of a first wavelength or a first wavelength range around the first wavelength. In the further beam path of the primary light beam 12 is a wavelength converter 14 arranged. This is designed as a photoluminescent element and on a support 16 arranged such that the primary light beam 12 on the wavelength converter 14 meets. In the example shown is an optional bundling optics 18 in the beam path between laser light source 12 and wavelength converter 14 provided so that the primary light beam 12 before hitting the wavelength converter 14 in a the dimensions of the wavelength converter 14 corresponding primary light beam 12 ' is bundled. The primary light bundle 12 respectively. 12 ' is when hitting the wavelength converter 14 around a Einstrahlrichtung 20 concentrated around, ie the intensity of the primary light beam 12 respectively. 12 ' is about the direction of irradiation 20 concentrated around in the spatial mean.

Der Wellenlängenkonverter 14 ist dazu ausgebildet, aufgrund der Anregung durch das Primärlichtbündel 12 bzw. 12' eine Sekundärlichtverteilung 22 auszustrahlen, welche den Anforderungen an das Nutzlicht der Beleuchtungseinrichtung entspricht. Insbesondere ist die Sekundärlichtverteilung nicht mehr nahezu monochromatisch mit der ersten Wellenlänge des Primärlichtbündels 12, sondern polychromatisch mit wenigstens einer weiteren Wellenlänge oder sogar weiß. The wavelength converter 14 is designed to, due to the excitation by the primary light beam 12 respectively. 12 ' a secondary light distribution 22 to emit, which corresponds to the requirements of the useful light of the lighting device. In particular, the secondary light distribution is no longer nearly monochromatic with the first wavelength of the primary light beam 12 but polychromatic with at least one other wavelength or even white.

Die Beleuchtungseinrichtung umfasst außerdem eine Abstrahloptikeinrichtung 24, welche im dargestellten Beispiel eine Projektionslinse umfasst und einen Lichtaustrittsabschnitt 25 der Beleuchtungseinrichtung bildet. Die Abstrahloptikeinrichtung 24 ist im Strahlengang nach dem Wellenlängenkonverter 14 angeordnet und formt die Sekundärlichtverteilung 22 in eine von der Beleuchtungseinrichtung abgegebene Abstrahllichtverteilung 26 um. Die Abstrahllichtverteilung 26 ist z.B. um eine Hauptabstrahlrichtung 28 der Beleuchtungseinrichtung konzentriert. Insofern wirkt der Wellenlängenkonverter 14 als die eigentliche Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung, welche die Abstrahllichtverteilung 26 speist. The illumination device also comprises an abstraction device 24 which in the example illustrated comprises a projection lens and a light exit section 25 the lighting device forms. The Abstrahloptikeinrichtung 24 is in the beam path after the wavelength converter 14 arranged and shapes the secondary light distribution 22 in a light emitted by the illumination device Abstrahllichtverteilung 26 around. The emission light distribution 26 is, for example, a main emission direction 28 the lighting device concentrated. In this respect, the wavelength converter acts 14 as the actual light source of the illumination device, which the Abstrahllichtverteilung 26 fed.

Der Wellenlängenkonverter 14 wandelt im Ergebnis zumindest einen Anteil des Primärlichtbündels 12 von potentiell gefährlichem Laserlicht in ungefährliches Licht einer anderen Wellenlänge um. Je nach Ausgestaltung erfolgt außerdem eine Streuung und/oder Absorption in dem Wellenlängenkonverter 14. Insgesamt führt dies dazu, dass die Sekundärlichtverteilung 22 die potentiell gefährlichen Eigenschaften des Laserlichts nicht mehr aufweist, insbesondere nicht mehr so stark kollimiert ist, nicht mehr die für Laserlicht typische hohe räumliche und zeitliche Kohärenz aufweist und nicht mehr monochromatisch ist. The wavelength converter 14 As a result, it converts at least a portion of the primary light bundle 12 from potentially dangerous laser light to harmless light of a different wavelength. Depending on the configuration, there is also a scattering and / or absorption in the wavelength converter 14 , Overall, this causes the secondary light distribution 22 no longer has the potentially dangerous properties of the laser light, in particular is no longer so much collimated, no longer has the high spatial and temporal coherence typical of laser light and is no longer monochromatic.

Ist in einem Störfall der Wellenlängenkonverter 14 aus dem Strahlengang entfernt (z.B. von dem Träger 16 abgelöst, zerbrochen oder durch zu intensive Bestrahlung abgedampft), so wird das Primärlichtbündel 12 ohne Umwandlung in ungefährliches Licht der Sekundärlichtverteilung mittels der Abstrahloptikeinrichtung 24 nach außen abgegeben. Dadurch können bei der Beleuchtungseinrichtung gefährlich hohe Intensitäten auftreten. Bei Verwendung der Beleuchtungseinrichtung als Kfz-Beleuchtungseinrichtung besteht somit die Gefahr, dass Verkehrsteilnehmer geblendet werden oder durch das austretende Laserlicht Augenschäden hervorgerufen werden. Is in a fault, the wavelength converter 14 removed from the beam path (eg from the carrier 16 detached, broken or vaporized by too intensive irradiation), then the primary light bundle 12 without conversion to harmless light of the secondary light distribution by means of the Abstrahloptikeinrichtung 24 delivered to the outside. As a result, dangerously high intensities may occur in the illumination device. When using the illumination device as a vehicle lighting device there is thus the danger that road users are dazzled or caused by the emerging laser light eye damage.

Um dieses Problem zu beheben, ist bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß 2 im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle 10 und dem Wellenlängenkonverter 14 ein diffraktives optisches Element 30 angeordnet. Das Primärlichtbündel 12 trifft im weiteren Strahlengang zunächst auf das diffraktive optische Element 30 und wird von diesem durch Beugung umgeformt. Im dargestellten Beispiel erfolgt vor Auftreffen auf das diffraktive optische Element eine Bündelung durch die Bündelungsoptik 18, die jedoch grundsätzlich auch entfallen kann. Die Wirkung des diffraktiven optischen Elements 30 beruht insbesondere darauf, dass die Laserstrahlung des Primärlichtbündels 12 bzw. 12' eine hohe zeitliche und räumliche Kohärenz aufweist und daher durch geeignete Ausgestaltung des diffraktiven optischen Elements 30 eine Zwischenlichtverteilung 32 erzeugt werden kann, welche einerseits bestimmte gefährliche Eigenschaften des Primärlichtbündels 12 nicht mehr aufweist, andererseits jedoch eine effiziente Anregung des Wellenlängenkonverters 14 ermöglicht, wie nachfolgend noch näher erläutert. To remedy this problem is in the lighting device according to 2 in the beam path between the laser light source 10 and the wavelength converter 14 a diffractive optical element 30 arranged. The primary light bundle 12 in the further beam path, first encounters the diffractive optical element 30 and is transformed by this by diffraction. In the example shown, a collimation by the bundling optics takes place before impinging on the diffractive optical element 18 , which, however, can be omitted in principle. The effect of the diffractive optical element 30 is based in particular on the fact that the laser radiation of the primary light beam 12 respectively. 12 ' has a high temporal and spatial coherence and therefore by suitable design of the diffractive optical element 30 an intermediate light distribution 32 can be generated, on the one hand certain dangerous properties of the primary light beam 12 no longer has, on the other hand, however, an efficient excitation of the wavelength converter 14 allows, as explained in more detail below.

So kann beispielsweise, wie in 2 angedeutet, das Laserlichtbündel 12 durch die Beugung an dem diffraktiven optischen Element 30 derart umgeformt werden, dass der Wellenlängenkonverter 14 möglichst homogen ausgeleuchtet wird. Je nach Ausgestaltung der Laserlichtquelle 10 weist das Primärlichtbündel 12 einen typischen Intensitätsverlauf über den Bündelquerschnitt auf. Dieser Intensitätsverlauf kann durch Beugung an dem diffraktiven optischen Element 30 für eine optimale Umwandlung und eine erhöhte Lebensdauer des Wellenlängenkonverters 14 optimiert werden. Beispielsweise kann ein im Querschnitt kreisförmiges oder elliptisches Primärlichtbündel 12 durch Beugung in ein homogen ausgeleuchtetes, kreisförmiges oder bei geeigneter Ausgestaltung des diffraktiven optischen Elements 30 auch rechteckiges Zwischenlichtbündel 32 umgeformt werden. Denkbar ist auch, dass durch Beugung die Divergenz des Primärlichtbündels 12 erhöht wird. For example, as in 2 indicated, the laser light beam 12 by the diffraction at the diffractive optical element 30 be transformed so that the wavelength converter 14 is illuminated as homogeneously as possible. Depending on the design of the laser light source 10 has the primary light beam 12 a typical intensity profile over the bundle cross section. This intensity profile can be achieved by diffraction at the diffractive optical element 30 for optimal conversion and increased lifetime of the wavelength converter 14 be optimized. For example, a cross-sectionally circular or elliptical Primary light beam 12 by diffraction into a homogeneously illuminated, circular or suitable design of the diffractive optical element 30 also rectangular intermediate light bundle 32 be transformed. It is also conceivable that by diffraction the divergence of the primary light beam 12 is increased.

Das diffraktive optische Element 30 ist im dargestellten Beispiel plattenartig und aus einem transparenten Material ausgebildet. Es weist eine Beugungsfläche 34 auf, welche mit einer geeigneten Beugungsstrukturierung versehen ist, beispielsweise mit erhabenen und/oder vertieften Bereichen der Beugungsfläche 34 und/oder lokaler Variation des Brechungsindex des Materials des diffraktiven optischen Elements 30. The diffractive optical element 30 In the example shown is plate-like and formed of a transparent material. It has a diffraction surface 34 which is provided with a suitable diffraction structuring, for example, with raised and / or recessed areas of the diffraction surface 34 and / or local variation of the refractive index of the material of the diffractive optical element 30 ,

Das an dem diffraktiven optischen Element 30 gebeugte Licht des Primärlichtbündels 12 bzw. 12' hat im Wesentlichen noch die spektralen Eigenschaften des Primärlichtbündels 12 und ist daher zur Anregung des Wellenlängenkonverters 14 geeignet. Das diffraktive optische Element 30 kann auch derart ausgestaltet sein, dass die gebeugte Lichtverteilung 32 nicht mehr das Gefährdungspotential der Primärlichtverteilung 12 aufweist. Durch Beugungseffekte ist es insbesondere möglich, eine je nach Ausgestaltung der Laserlichtquelle 10 vorliegende einheitliche Phasenfront über den Strahlquerschnitt des Primärlichtbündels 12 in ein entsprechendes Beugungsmuster umzuwandeln. That at the diffractive optical element 30 diffracted light of the primary light beam 12 respectively. 12 ' essentially still has the spectral properties of the primary light beam 12 and is therefore for exciting the wavelength converter 14 suitable. The diffractive optical element 30 can also be designed such that the diffracted light distribution 32 no longer the hazard potential of the primary light distribution 12 having. By diffraction effects, it is particularly possible, depending on the design of the laser light source 10 present uniform phase front over the beam cross section of the primary light beam 12 to transform into a corresponding diffraction pattern.

Wird im Beispiel der 2 der Wellenlängenkonverter 14 aus dem Strahlengang entfernt, beispielsweise aufgrund eines Störfalls mit Zerstörung des Wellenlängenkonverters 14 oder Ablösung vom Träger 16, so wird über die Abstrahloptikeinrichtung 24 nicht das gefährliche Primärlichtbündel 12, sondern die durch Beugung umgeformte Zwischenlichtverteilung 32 nach außen abgestrahlt. In the example of the 2 the wavelength converter 14 removed from the beam path, for example due to an accident with destruction of the wavelength converter 14 or detachment from the carrier 16 , so is about the Abstrahloptikeinrichtung 24 not the dangerous primary light bundle 12 , but the diffracted light distribution formed by diffraction 32 emitted to the outside.

Anhand von 3 werden weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten für das diffraktive optische Element 30 und den Wellenlängenkonverter 14 beschrieben. Based on 3 become further design possibilities for the diffractive optical element 30 and the wavelength converter 14 described.

Grundsätzlich kann es vorteilhaft sein, wenn der Wellenlängenkonverter 14 und das diffraktive optische Element 30 derart aneinander angeordnet sind, dass sie ein zusammenhängendes Lichtumwandlungselement 36 bilden. Eine mögliche Ausgestaltung ist in 3 erkennbar und im Detail in 4 näher gezeigt. Das Lichtumwandlungselement 36 umfasst im dargestellten Beispiel einen im Wesentlichen plattenartigen Träger 38 aus einem transparenten Material, beispielsweise PMMA-Kunststoff oder Glas. Der Träger 38 weist eine Beugungsfläche 34 auf, welche mit einer Beugungsstrukturierung 40 versehen ist, so dass für durch den Träger 38 auf die Beugungsfläche 34 treffendes Licht des Primärlichtbündels 12 eine Beugungswirkung erzielt werden kann. An die Beugungsfläche 34 anliegend, insbesondere diese nahezu vollständig überdeckend, ist eine Deckschicht 42 aus einem transparenten Material ausgebildet. Die Deckschicht 42 kann beispielsweise von einem transparenten Polymer oder Lack gebildet sein. Durch die Deckschicht kann die feine Strukturierung der Beugungsstruktur 40 vor Verschmutzung geschützt werden. Der Wellenlängenkonverter 14 umfasst das eigentliche optisch aktive Konvertermaterial, beispielsweise einen Photolumineszenzfarbstoff, ggf. in einer geeigneten transparenten Trägermatrix aus z.B. Kunststoff. Im dargestellten Beispiel ist der Wellenlängenkonverter 14 ebenfalls plattenartig ausgebildet und liegt an der Deckschicht 42 flach an. Vorzugsweise sind Träger 38, Beugungsstrukturierung 40, Deckschicht 42 und Wellenlängenkonverter 14 fest miteinander verbunden und bilden ein einstückiges Lichtumwandlungselement 36. In principle, it may be advantageous if the wavelength converter 14 and the diffractive optical element 30 are arranged in such a way that they are a coherent light conversion element 36 form. One possible embodiment is in 3 recognizable and in detail in 4 shown closer. The light conversion element 36 In the illustrated example, a substantially plate-like carrier 38 from a transparent material, such as PMMA plastic or glass. The carrier 38 has a diffraction surface 34 on which with a diffraction structuring 40 is provided so for by the carrier 38 on the diffraction surface 34 striking light of the primary light beam 12 a diffraction effect can be achieved. At the diffraction surface 34 adjacent, especially this almost completely covering, is a cover layer 42 formed of a transparent material. The cover layer 42 may be formed for example by a transparent polymer or lacquer. Through the cover layer, the fine structuring of the diffraction structure 40 protected against contamination. The wavelength converter 14 comprises the actual optically active converter material, for example a photoluminescent dye, if appropriate in a suitable transparent carrier matrix of, for example, plastic. In the example shown, the wavelength converter 14 also plate-like and lies on the cover layer 42 flat on. Preferably, carriers 38 , Diffraction structuring 40 , Cover layer 42 and wavelength converter 14 firmly connected together and form a one-piece light conversion element 36 ,

Wie in der Detailansicht gemäß 4 erkennbar, wird im dargestellten Beispiel die Beugungsstrukturierung 40 von erhabenen und vertieften Bereichen in der Beugungsfläche 34 gebildet, welche eine Oberfläche des Trägers 38 ist. Für Licht, welches den Träger 38 durchstrahlt, ergeben sich daher positionsabhängig unterschiedliche optische Weglängen, was bei eingestrahltem kohärentem Licht zu Beugungseffekten führt. Um die Beugungseffekte zu erzielen, weist die Beugungsstrukturierung eine typische Strukturlänge 44 im Bereich der Wellenlänge des eingestrahlten Laserlichtes auf. Im dargestellten Beispiel ist die Beugungsstrukturierung 40 ein periodisches Beugungsgitter und die Strukturlänge 44 eine Periodenlänge von sich regelmäßig wiederholenden, erhabenen und vertieften Bereichen der Beugungsfläche 34. Grundsätzlich kann die Beugungsstrukturierung 40 jedoch auch unregelmäßig und nicht periodisch sein, wobei die Strukturlänge durchschnittliche Abstände zwischen benachbarten Strukturelementen (Erhebungen, Vertiefungen) der Beugungsstrukturierung 40 definiert. As in the detail view according to 4 recognizable, in the example shown, the diffraction structuring 40 of raised and recessed areas in the diffraction surface 34 formed, which is a surface of the carrier 38 is. For light, which is the carrier 38 radiates, therefore, depending on the position result in different optical path lengths, which leads to diffraction effects when irradiated coherent light. To achieve the diffraction effects, the diffraction patterning has a typical structure length 44 in the range of the wavelength of the irradiated laser light. In the example shown, the diffraction structuring 40 a periodic diffraction grating and the structure length 44 a period length of regularly repeating, raised and recessed areas of the diffraction surface 34 , Basically, the diffraction structuring 40 however, it may also be irregular and non-periodic, the structure length being average distances between adjacent structural elements (protrusions, depressions) of the diffraction structuring 40 Are defined.

Bei periodischen Beugungsstrukturierungen 40 ist es möglich, durch geeignete, insbesondere asymmetrische Ausgestaltungen der sich über die Strukturlänge 44 erstreckenden Elementarzelle der Beugungsstrukturierung 40 ein Beugungsmuster zu erzielen, bei dem die Hauptintensität des gebeugten Lichts in eine Vorzugsrichtung 46 gelenkt wird, welche mit der Einstrahlrichtung 20 des Lichtes auf das diffraktive optische Element 30 einen nicht verschwindenden Winkel, insbesondere einen Winkel größer als 45° und vorzugsweise kleiner als 90° einschließt. For periodic diffraction structuring 40 It is possible by suitable, in particular asymmetrical embodiments of the structure over the length 44 extending elementary cell of the diffraction structuring 40 to obtain a diffraction pattern in which the principal intensity of the diffracted light is in a preferred direction 46 is directed, which with the Einstrahlrichtung 20 of the light on the diffractive optical element 30 includes a non-vanishing angle, in particular an angle greater than 45 ° and preferably less than 90 °.

Insbesondere ist mit der sogenannten "Blaze-Technik" möglich, einen Großteil der gebeugten Intensität nicht in das Hauptmaximum (unter einem Beugungswinkel von 0°), sondern in eine höhere Beugungsordnung zu lenken, beispielsweise unter einem Beugungswinkel im Bereich von 70°, wie in den 3 und 4 beispielhaft angedeutet. In particular, it is possible with the so-called "blaze technique", a majority of the diffracted intensity not in the main maximum (at a diffraction angle of 0 °), but in a higher Direction of diffraction to direct, for example, at a diffraction angle in the range of 70 °, as in the 3 and 4 indicated by way of example.

Ist der Wellenlängenkonverter 14 intakt und in der beschriebenen Art und Weise direkt mit dem diffraktiven optischen Element 30 verbunden, so trifft auch das unter einem großen Winkel zur Einstrahlrichtung 20 gebeugte Licht im Wesentlichen vollständig auf den Wellenlängenkonverter 14. Dieser gibt in der beschriebenen Art und Weise die Sekundärlichtverteilung 22 ab, welche als Nutzlicht von der Beleuchtungseinrichtung ausgestrahlt wird. Ist der Wellenlängenkonverter 14 jedoch funktionsunfähig oder aus dem Strahlengang entfernt, so wird bei der beschriebenen Ausgestaltung der wesentliche Anteil der Intensität des Laserlichtes in die Vorzugsrichtung 46 unter einem ausreichend großen Beugungswinkel in Bezug auf die Einstrahlrichtung 20 und/oder in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung 28 seitlich ausgelenkt. Insbesondere ist für die Beleuchtungseinrichtung eine Abstrahloptik 24 vorgesehen, welche eine Apertur 48 derart aufweist, dass nur solche Lichtstrahlen in die Abstrahllichtverteilung 26 umgelenkt werden, welche innerhalb der Apertur 48 auf die Abstrahloptikeinrichtung 24 treffen. Insofern ist ausgehend von dem Wellenlängenkonverter 14 ein Erfassungsraumwinkelbereich für die Abstrahloptikeinrichtung 24 definiert, wobei Lichtstrahlen nur dann in die Abstrahllichtverteilung 26 umgelenkt werden, wenn sie innerhalb des Erfassungsraumwinkelbereiches verlaufen. Is the wavelength converter 14 intact and in the manner described directly with the diffractive optical element 30 connected, so also meets at a large angle to the direction of irradiation 20 diffracted light substantially completely on the wavelength converter 14 , This gives in the manner described, the secondary light distribution 22 from, which is emitted as useful light from the lighting device. Is the wavelength converter 14 However, inoperable or removed from the beam path, so in the described embodiment, the substantial portion of the intensity of the laser light in the preferred direction 46 under a sufficiently large diffraction angle with respect to the irradiation direction 20 and / or in relation to the main emission direction 28 deflected laterally. In particular, for the lighting device is an abstract optics 24 provided which an aperture 48 such that only such light rays in the Abstrahllichtverteilung 26 which are deflected within the aperture 48 on the Abstrahloptikeinrichtung 24 to meet. In this respect, starting from the wavelength converter 14 a detection space angle range for the abstraction device 24 defined, wherein light rays only in the Abstrahllichtverteilung 26 be deflected if they run within the detection space angle range.

Um ein ungewolltes Austreten von Laserstrahlung zuverlässig zu verhindern, kann die Beugungsstrukturierung 40 derart ausgebildet sein, dass die Vorzugsrichtung 46 für die gebeugte Intensität derart verläuft, dass die Hauptintensität des gebeugten Lichtes nicht mehr von der Abstrahloptikeinrichtung 24 erfasst werden würde, wenn der Wellenlängenkonverter 14 nicht im Strahlengang wäre. In order to prevent unwanted leakage of laser radiation reliably, the diffraction structuring 40 be formed such that the preferred direction 46 for the diffracted intensity is such that the main intensity of the diffracted light is no longer from the Abstrahloptikeinrichtung 24 would be detected if the wavelength converter 14 not in the beam path would be.

Zusätzlich oder alternativ hierzu kann ein als Lichtfalle wirkender Lichtabsorber 50 derart angeordnet sein, dass er solche Lichtstrahlen erfasst, die von dem diffraktiven optischen Element 30 aus betrachtet entlang der Vorzugsrichtung 46 verlaufen. Um im Normalbetrieb bei intaktem Wellenlängenkonverter 14 eine Beeinträchtigung der Abstrahllichtverteilung 26 durch den Lichtabsorber 50 zu vermeiden, ist der Lichtabsorber 50 vorzugsweise so weit entlang der Vorzugsrichtung 46 von dem Wellenlängenkonverter 14 beabstandet angeordnet, dass er nicht in dem Erfassungsraumwinkelbereich der Abstrahloptikeinrichtung 24 liegt und keine ungewollte Abschattung durch den Lichtabsorber 50 hervorgerufen wird. Additionally or alternatively, a light absorber acting as a light trap 50 be arranged so that it detects such light rays from the diffractive optical element 30 viewed from along the preferred direction 46 run. In normal operation with intact wavelength converter 14 an impairment of the emission light distribution 26 through the light absorber 50 To avoid is the light absorber 50 preferably as far along the preferred direction 46 from the wavelength converter 14 spaced so as not to be in the detection space angle range of the abstraction device 24 lies and no unwanted shading by the light absorber 50 is caused.

Mögliche weitere Ausgestaltungen für die erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen sind in der 5 gezeigt. Zum einen ist es möglich, die Strahlungsleistung der Beleuchtungseinrichtung dadurch zu erhöhen, dass der Wellenlängenkonverter 14 mit zwei oder mehreren Laserlichtquellen 10a, 10b gespeist wird. Beispielsweise können die Laserlichtquellen 10a, 10b derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sie im Wesentlichen linear polarisiertes Licht mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen ausstrahlen. Die beiden Laserlichtquellen 10a, 10b können derart angeordnet sein, dass das von ihnen abgegebene Licht auf zwei verschiedene Einstrahlabschnitte 52a, 52b eines polarisations-selektiven Strahlteilers 54 trifft. Der polarisations-selektive Strahlteiler 54 vereinigt die beiden von den Laserlichtquellen 10a, 10b abgegebenen Lichtbündel zu einem gemischten Primärlichtbündel 12''. Dieses kann in der vorstehend erläuterten Art und Weise auf ein diffraktives optisches Element 30 und weiter auf einen Wellenlängenkonverter 14 eingestrahlt werden. Im Beispiel der 5 wird das von dem Strahlteiler 54 abgegebene Primärlichtbündel 12'' mittels einer Kollimierungslinse 56 in ein Parallellichtbündel umgewandelt und zu dem diffraktiven optischen Element 30 gelenkt. Das von dem diffraktiven optischen Element gebeugte Licht kann dann, wie beispielhaft in 5 dargestellt, mit einer Bündelungsoptik 18 auf den Wellenlängenkonverter 14 gelenkt werden. Possible further embodiments of the lighting devices according to the invention are in the 5 shown. On the one hand, it is possible to increase the radiant power of the illumination device in that the wavelength converter 14 with two or more laser light sources 10a . 10b is fed. For example, the laser light sources 10a . 10b be formed and arranged so that they emit substantially linearly polarized light with mutually perpendicular polarization directions. The two laser light sources 10a . 10b may be arranged such that the light emitted by them on two different Einstrahlabschnitte 52a . 52b a polarization-selective beam splitter 54 meets. The polarization-selective beam splitter 54 unites the two of the laser light sources 10a . 10b emitted light beams to a mixed primary light beam 12 '' , This can be applied to a diffractive optical element in the manner explained above 30 and on to a wavelength converter 14 be irradiated. In the example of 5 this will be done by the beam splitter 54 emitted primary light bundles 12 '' by means of a collimating lens 56 converted into a parallel light beam and to the diffractive optical element 30 directed. The diffracted by the diffractive optical element light can then, as in Example 5 represented, with a bundling optics 18 on the wavelength converter 14 be steered.

Die 6 und 7 zeigen Ausgestaltungen, mit welchen die Betriebssicherheit von Beleuchtungseinrichtungen mit solchen Laserlichtquellen 10 erhöht werden kann, die zur Ausstrahlung einer linear polarisierten Primärlichtverteilung 12 von Laserlicht mit einer Primärpolarisationsrichtung ausgebildet sind. Das Primärlichtbündel 12 von Laserlicht trifft im weiteren Strahlungsverlauf auf den Wellenlängenkonverter 14, welcher im dargestellten Beispiel an einem plattenartigen, transparenten Träger 16 angeordnet ist. Im Strahlengang zwischen Laserlichtquelle 10 und Wellenlängenkonverter 14 kann außerdem eine Bündelungsoptik 58 angeordnet sein (optional). Der Wellenlängenkonverter 14 wird, wie vorstehend beschrieben, durch das Primärlichtbündel 12 zur Abgabe der Sekundärlichtverteilung 22 angeregt, welche durch einen Lichtaustrittsabschnitt 25 (z.B. über eine Abstrahloptikeinrichtung 24) aus der Beleuchtungseinrichtung austritt. In dem Wellenlängenkonverter 14 wird das Licht dabei in der Regel vielfach gestreut und/oder absorbiert und re-emittiert. Bei diesen Vorgängen kann die Polarisation des Lichtes gedreht werden. Ein Anteil des nach diesen Prozessen von dem Wellenlängenkonverter abgegebenen Lichtes breitet sich als Streulichtverteilung 60 aus. Diese läuft im dargestellten Beispiel in der von dem Lichtaustrittsabschnitt 25 abgewandten Richtung zurück. The 6 and 7 show embodiments with which the reliability of lighting devices with such laser light sources 10 can be increased, the radiation of a linearly polarized primary light distribution 12 are formed by laser light having a Primärpolarisationsrichtung. The primary light bundle 12 of laser light strikes the wavelength converter in the further course of the radiation 14 , which in the example shown on a plate-like, transparent support 16 is arranged. In the beam path between laser light source 10 and wavelength converter 14 can also have a bundling look 58 be arranged (optional). The wavelength converter 14 is, as described above, through the primary light beam 12 for the delivery of the secondary light distribution 22 stimulated, which by a light exit section 25 (eg via an abstraction facility 24 ) exits the lighting device. In the wavelength converter 14 As a rule, the light is often scattered and / or absorbed and re-emitted. In these operations, the polarization of the light can be rotated. A portion of the light emitted by the wavelength converter after these processes spreads as scattered light distribution 60 out. This runs in the example shown in the of the light exit section 25 back away.

Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Wellenlängenkonverters 14 ist eine polarisations-selektive Sensoreinrichtung 62 vorgesehen. Diese ist derart ausgebildet, dass sie auf Licht mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zu der Primärpolarisationsrichtung der Laserlichtquelle 12 anspricht. Die polarisations-selektive Sensoreinrichtung 62 ist derart angeordnet, dass zumindest ein Anteil der Streulichtverteilung 60 erfasst wird. To monitor the functionality of the wavelength converter 14 is a polarization-selective sensor device 62 intended. This is designed to respond to light having a direction of polarization perpendicular to the Primary polarization direction of the laser light source 12 responds. The polarization-selective sensor device 62 is arranged such that at least a portion of the scattered light distribution 60 is detected.

Im dargestellten Beispiel umfasst die polarisations-selektive Sensoreinrichtung 62 einen polarisations-selektiven Strahlteiler 64, welcher im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle 10 und dem Wellenlängenkonverter 14 angeordnet ist. Der Strahlteiler 64 ist insbesondere derart ausgebildet, dass das von der Laserlichtquelle 10 ausgehende Primärlichtbündel 12 mit der Primärpolarisationsrichtung den Strahlteiler 64 entlang einer Haupttransmissionsrichtung im Wesentlichen ungehindert durchstrahlt und auf den Wellenlängenkonverter 14 trifft. Für Licht, welches eine zu der Primärpolarisationsrichtung senkrechte Polarisation aufweist, bewirkt der Strahlteiler 64 eine Ablenkung in eine Nebenstrahlrichtung. Dies führt dazu, dass derjenige Anteil der Streulichtverteilung 60, welcher aufgrund der Vorgänge im Wellenlängenkonverter 14 eine gedrehte Polarisationsrichtung aufweist, in die Nebenstrahlrichtung abgelenkt wird. In the example shown, the polarization-selective sensor device comprises 62 a polarization-selective beam splitter 64 which is in the beam path between the laser light source 10 and the wavelength converter 14 is arranged. The beam splitter 64 is in particular designed such that the of the laser light source 10 outgoing primary light bundles 12 with the Primärpolarisationsrichtung the beam splitter 64 irradiates substantially unhindered along a main transmission direction and onto the wavelength converter 14 meets. For light having a polarization perpendicular to the primary polarization direction, the beam splitter causes 64 a deflection in a secondary beam direction. This leads to that part of the scattered light distribution 60 , which due to the processes in the wavelength converter 14 has a rotated polarization direction, is deflected in the secondary beam direction.

Die Sensoreinrichtung 62 umfasst außerdem einen lichtempfindlichen Sensor 66, welcher derart in Bezug auf den polarisations-selektiven Strahlteiler 64 angeordnet ist, dass nur das Licht mit Polarisationsrichtung senkrecht zur Primärpolarisationsrichtung auf den Sensor 66 trifft. Insbesondere ist der Sensor 66 in der Nebenstrahlrichtung in Bezug auf den Strahlteiler 64 angeordnet. Solange der Sensor 66 einfallende Lichtstrahlen detektiert, weist dies auf das Vorhandensein einer Streulichtverteilung 60 hin, welche aufgrund von Streu- und/oder Umwandlungsvorgängen im Wellenlängenkonverter 14 depolarisiert ist. Insofern kann die Funktionsfähigkeit des Wellenlängenkonverters 14 überwacht werden. The sensor device 62 also includes a photosensitive sensor 66 which is so in relation to the polarization-selective beam splitter 64 is arranged that only the light with polarization direction perpendicular to the Primärpolarisationsrichtung on the sensor 66 meets. In particular, the sensor 66 in the sub-beam direction with respect to the beam splitter 64 arranged. As long as the sensor 66 incident light beams detected, this indicates the presence of a scattered light distribution 60 due to scattering and / or conversion processes in the wavelength converter 14 depolarized. In this respect, the functionality of the wavelength converter 14 be monitored.

Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, kann die Streulichtverteilung 60 mittels der Bündelungsoptik 58 auf den polarisations-selektiven Strahlteiler 64 gebündelt werden. To increase the sensitivity, the scattered light distribution 60 by means of bundling optics 58 on the polarization-selective beam splitter 64 be bundled.

Zur weiteren Ausgestaltung ist eine Steuereinrichtung 68 vorgesehen, welche die Laserlichtquelle 10 in Abhängigkeit von Messsignalen des Sensors 66 ansteuert. To further embodiment is a control device 68 provided which the laser light source 10 depending on measuring signals of the sensor 66 controls.

Im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle 10 und dem Wellenlängenkonverter 14 ist vorzugsweise ein diffraktives optisches Element wie vorstehend beschrieben angeordnet, so dass das Primärlichtbündel 12 vor Auftreffen auf den Wellenlängenkonverter 14 gebeugt wird (in 6 und 7 nicht dargestellt). Insbesondere kann der Wellenlängenkonverter 14 mit dem diffraktiven optischen Element ein zusammenhängendes Lichtumwandlungselement bilden, wie vorstehend zu den 3 und 4 beschrieben. In the beam path between the laser light source 10 and the wavelength converter 14 Preferably, a diffractive optical element is arranged as described above, so that the primary light beam 12 before hitting the wavelength converter 14 is bowed (in 6 and 7 not shown). In particular, the wavelength converter 14 form a coherent light conversion element with the diffractive optical element, as described above with respect to FIGS 3 and 4 described.

Bei der von dem Sensor 66 überwachten Streulichtverteilung 60 muss es sich nicht notwendigerweise um Licht handeln, welches von dem Wellenlängenkonverter 14 entgegen der Ausbreitungsrichtung des Primärlichtbündels 12 zurückgestreut wird. Denkbar sind grundsätzlich auch Anordnungen, bei welchen seitlich gestreutes, depolarisiertes Licht überwacht wird. Die 7 zeigt beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung, bei der das auf den Wellenlängenkonverter 14 eingestrahlte Primärlichtbündel 12 und die von dem Sensor 66 überwachte Streulichtverteilung 60' nicht denselben Lichtweg nehmen. In diesem Fall kann die polarisations-selektive Sensoreinrichtung 62 dadurch gebildet werden, dass im Strahlengang zwischen dem Wellenlängenkonverter 14 und dem Sensor 66 ein Polarisationsfilterelement 70 angeordnet ist, welches für Licht mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zu der Primärpolarisationsrichtung des Primärlichtbündels 12 durchlässig ist, und für Licht mit der Primärpolarisationsrichtung im Wesentlichen undurchlässig ist. Auch bei dieser Ausgestaltung wird von dem Sensor 66 nur dann ein Signal erfasst, wenn der Wellenlängenkonverter 14 im Strahlengang wirksam ist und somit grundsätzlich funktionsfähig ist. At the of the sensor 66 monitored scattered light distribution 60 it does not necessarily have to be light, that of the wavelength converter 14 against the propagation direction of the primary light beam 12 is scattered back. Also conceivable are arrangements in which laterally scattered, depolarized light is monitored. The 7 shows, for example, a lighting device in which the on the wavelength converter 14 irradiated primary light beam 12 and that of the sensor 66 monitored scattered light distribution 60 ' do not take the same light path. In this case, the polarization-selective sensor device 62 be formed by that in the beam path between the wavelength converter 14 and the sensor 66 a polarizing filter element 70 which is arranged for light having a polarization direction perpendicular to the primary polarization direction of the primary light beam 12 is transmissive and substantially impermeable to light having the primary polarization direction. Also in this embodiment is of the sensor 66 only detects a signal when the wavelength converter 14 is effective in the beam path and thus is basically functional.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006029203 A1 [0007]

Claims

Lighting device for a motor vehicle, comprising - at least one laser light source ( 10 ; 10a . 10b ) for the emission of a primary light beam ( 12 ) of laser light having a first wavelength, - a wavelength converter ( 14 ), which is arranged such that the primary light beam ( 12 ) to the wavelength converter ( 14 ) is einstrahlbar and which is adapted to that by the incident primary light beam ( 12 ) a secondary light distribution ( 22 ) can be emitted with at least one further wavelength, characterized in that in the beam path between laser light source ( 10 ; 10a . 10b ) and wavelength converter ( 14 ) a diffractive optical element ( 30 ) is arranged such that the primary light beam ( 12 ) before hitting the wavelength converter ( 14 ) is diffracted at the diffractive optical element.

Lighting device according to claim 1, characterized in that the diffractive optical element ( 30 ) is formed such that after the diffraction a larger solid angle range is illuminated than by the primary light bundle ( 12 ) before striking the diffractive optical element ( 30 ).

Lighting device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the diffractive optical element ( 30 ) a diffraction surface ( 34 ) with a periodic diffraction structuring ( 40 ) having.

Lighting device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the diffractive optical element ( 30 ) a diffraction surface ( 34 ) with an irregular, in particular non-periodic, diffraction structuring ( 40 ) having.

Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the diffractive optical element ( 30 ) is designed such that after the diffraction of the primary light beam ( 12 ) the wavelength converter ( 14 ) is illuminated with a homogeneous intensity distribution.

Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the diffractive optical element ( 30 ) is formed such that the direction of irradiation ( 20 ) of the incident primary light beam ( 12 ) with a preferred direction ( 46 ) of the diffracted light includes a non-vanishing angle.

Lighting device according to the preceding claim, characterized in that a light absorber ( 50 ) is provided for the absorption of laser light, wherein the light absorber ( 50 ) is arranged such that the diffracted primary light beam ( 12 ) is then detected by the light absorber when the wavelength converter ( 14 ) is removed from the beam path or is ineffective or has only limited effectiveness.

Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the wavelength converter ( 14 ) directly on the diffractive optical element ( 30 ) is arranged.

Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the laser light source ( 10 ; 10a . 10b ) is configured to emit linearly polarized light with a primary polarization direction, and in that a polarization-selective sensor device ( 62 ), which is designed such that it responds to light with a polarization direction perpendicular to the primary polarization direction, wherein the sensor device ( 62 ) is arranged such that of the wavelength converter ( 14 ) radiated light from the sensor device ( 62 ) is detected.

Lighting device according to the preceding claim, characterized in that a control device ( 68 ) for the laser light source ( 10 ; 10a . 10b ) is provided, which is adapted to the laser light source ( 10 ; 10a . 10b ) as a function of measuring signals of the sensor device ( 62 ), in particular such that during operation of the illumination device, the laser light source ( 10 ; 10a . 10b ) is deactivated when one of the sensor device ( 62 ) measured intensity falls below a control threshold.