DE102014222775A1

DE102014222775A1 - Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Laserlichtmodul

Info

Publication number: DE102014222775A1
Application number: DE102014222775.5A
Authority: DE
Inventors: Joachim Knittel; Martin Licht; Christian Buchberger
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Vorgestellt wird ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Laserlichtmodul, das eine Laserstrahlungsquelle und einen im Strahlengang der Laserstrahlungsquelle angeordneten Konverter sowie einen strahlungsempfindlichen Detektor und ein Steuergerät aufweist. Der Scheinwerfer zeichnet sich dadurch aus, dass das Lichtmodul eine Prüfstrahlungsquelle aufweist, die so angeordnet ist, dass von ihr ausgehende Prüfstrahlung auf den Konverter einfällt, wobei die Prüfstrahlung sich in ihrer Wellenlänge von der Laserstrahlung und daraus generiertem Licht unterscheidet und wobei der Detektor so im Lichtmodul angeordnet ist, dass er von dem Konverter, wenn dieser nicht beschädigt ist, gegen die Prüfstrahlung abgeschirmt wird, und wobei der Detektor durch einen zwischen dem Konverter und dem Detektor liegenden Filter, der für die Prüfstrahlung durchlässiger ist als für die Laserstrahlung und daraus generiertes Licht, gegen die Laserstrahlung und daraus generiertes Licht abgeschirmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Laserlichtmodul weist eine Laserstrahlungsquelle und einen im Strahlengang der Laserstrahlungsquelle angeordneten Konverter sowie einen strahlungsempfindlichen Detektor und ein Steuergerät auf, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, Ausgangssignale des Detektors mit einem Schwellenwert zu vergleichen und die Laserstrahlungsleistung zu drosseln, wenn das Ausgangssignal des Detektors einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Ein solcher Scheinwerfer ist aus der DE 10 2012 220 481 A1 bekannt.
Die mit Lasern angeregte Lichterzeugung mit fluoreszierenden Leuchtmitteln ermöglicht die Realisierung von kompakten weißen Lichtquellen mit hoher Leuchtdichte.
Diese Technik ist unter der Abkürzung LARP (Laser Activated Remote Phosphor) bekannt. Mit dieser Technik können Scheinwerfer mit extrem hoher Beleuchtungsstärke gebaut werden, die erste Anwendungen im Automobilbereich finden. Weitere Vorteile der Technik sind, dass die hohe Leuchtdichte eine Reduzierung der geometrischen Abmessungen erlaubt.
Bei solchen Laserscheinwerfern wird Laserstrahlung aus dem ultravioletten oder blauen Spektralbereich mittels eines Strahlformungsmittels wie einer Linse auf einen Konverter gerichtet. Dieser verwandelt das kohärente, parallele und monochromatische Laserlicht in inkohärentes, teilweise diffuses und weißes Licht, das aus einer Mischung von gestreutem Laserlicht (z.B. blau) und Fluoreszenzlicht (z.B. gelb oder gelb-rot) besteht. Als Konverter werden oft Lumineszenzfarbstoffe wie z.B. mit Cer-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat-Pulver oder Phosphorverbindungen verwendet, die vom Laser zur Emission von Fluoreszenzlicht angeregt werden.
Bei den bekannten Scheinwerfern ist die zur Mischung mit dem gelben oder gelb-roten Fluoreszenzlicht verwendete Strahlung ein Teil der Laserstrahlung, mit der der Konverter bestrahlt wird. Der Konverter schwächt die Intensität der Laserstrahlung durch Streuung und durch eine Konversion eines Teils der Laserstrahlung zu gelbem oder gelb-rotem Fluoreszenzlicht. Der nicht konvertierte Rest der Laserstrahlung mischt sich mit dem Fluoreszenzlicht zu weißem Licht. Der genannte Rest der Laserstrahlung im Strahlengang des weißen Lichts hat dann nur noch eine ungefährlich geringe Intensität.
Ein großer Nachteil der Laserscheinwerfer ist die potenzielle Gefahr, dass das Licht der eingesetzten Laser bei beschädigtem Scheinwerfer auch ungeschwächt aus dem Laserscheinwerfer austreten kann und so gegebenenfalls zu Augenschäden und Verkehrsunfällen durch Blendung führen könnte. Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn das fluoreszierende Leuchtmittel beschädigt wird. Solche Beschädigungen können insbesondere in Form von Rissen und einer Ablösung des Konverters von der Trägerplatte auftreten, die aufgrund von Alterungsprozessen, durch Erschütterungen und Temperaturschwankungen oder durch Verformungen bei Unfällen auftreten.
Als unerwünschte Folge kann Laserstrahlung aus dem Scheinwerfer austreten, die im Vergleich zu dem im Normalfall austretenden weißen Licht sehr viel energiereicher ist und daher zu den genannten Risiken führt.
Aus diesem Grund muss der Scheinwerfer so ausgelegt sein, dass selbst bei einer Beschädigung des Konverters keine Laserstrahlung aus dem Scheinwerfer austritt.
Die DE 10 2012 220 481 A1 beschreibt eine Einrichtung, welche die Betriebssicherheit eines Laserscheinwerfers verbessern soll. Lichtempfindliche Detektoren sollen erkennen ob zu viel Laserlicht aus dem Scheinwerfer austritt. Die Detektoren messen und vergleichen die Intensität von blauem Laserlicht mit dem vom Konverter generierten Fluoreszenzlicht. Die Analyse basiert auf der Annahme, dass die Intensität des blauen Laserlichts im Vergleich zur Intensität des Fluoreszenzlichts signifikant zunimmt, wenn der Konverter beschädigt ist.
Es hat sich gezeigt, dass eine geringfügige Beschädigung, z.B. ein kleines Loch im Konverter, mit dieser Methode nicht zuverlässig erkannt werden kann. Da bei dieser Methode auch bei unbeschädigtem Konverter ein signifikanter Anteil von Laser- und Fluoreszenzlicht auf die Detektoren fällt, ist die relative Änderung der Ausgangssignale der Detektoren bei einer Beschädigung des Konverters gering.
Die typische optische Leistung eines für Scheinwerfer verwendeten Lasers liegt im Bereich von einigen Watt. Bei solchen Leistungen kann bereits eine kleine Beschädigung des Konverters, bei der zum Beispiel nur 1% der Laserstrahlungsleistung ungeschwächt aus dem Scheinwerfer austritt, die oben genannten Risiken begründen. Es besteht daher ein Bedarf für eine zuverlässige Erkennung auch von kleinen Beschädigungen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in einer Verbesserung der Zuverlässigkeit, mit der auch kleinere Beschädigungen des Konverters bei einem Laserscheinwerfer erkannt werden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Von dem eingangs genannten Stand der Technik unterscheidet sich die vorliegende Erfindung dadurch, dass das Lichtmodul eine Prüfstrahlungsquelle aufweist, die so angeordnet ist, dass von ihr ausgehende Prüfstrahlung auf den Konverter einfällt, wobei die Prüfstrahlung sich in ihrer Wellenlänge von der Laserstrahlung und daraus generiertem Licht unterscheidet und wobei der Detektor so im Lichtmodul angeordnet ist, dass er von dem Konverter, wenn dieser nicht beschädigt ist, gegen die Prüfstrahlung abgeschattet wird.
Dadurch, dass die Prüfstrahlung sich in ihrer Wellenlänge von der Laserstrahlung und daraus generiertem Licht unterscheidet, kann sie durch Filterung von der Laserstrahlung und daraus generiertem Licht separiert werden.
Dadurch, dass der Detektor so im Lichtmodul angeordnet ist, dass er von dem Konverter, wenn dieser nicht beschädigt ist, gegen die Prüfstrahlung abgeschirmt wird, wird das Ausgangssignal des Detektors in diesem Fall nicht von der Prüfstrahlung beeinflusst, so dass bei nicht beschädigtem Konverter im Idealfall keine Prüfstrahlung auf den Detektor ein. Der Konverter ist damit so zwischen der Prüfstrahlungsquelle und dem Detektor angeordnet, dass die Transmission des Konverters gemessen werden kann. Der Detektor ist im Lichtmodul so angeordnet, dass der Konverter zwischen dem Detektor und der Prüfstrahlungsquelle angeordnet ist. Mit Bezug auf die von der Prüfstrahlungsquelle ausgehende Prüfstrahlung ist der Detektor im Strahlungsschatten des Konverters angeordnet.
Die durch den unbeschädigten Konverter erfolgende Abschirmung oder auch Abschattung des Detektors gegen die Prüfstrahlung erfolgt durch eine hohe Absorption und/oder eine hohe Reflexion der Prüfstrahlung durch den Konverter.
Durch eine Beschädigung, bei der zum Beispiel eine Lücke im Konverter entsteht, durch welche die Prüfstrahlung ungeschwächt oder nur wenig geschwächt durch den Konverter hindurch gelangt, ergibt sich dann eine deutliche Änderung im Ausgangssignal des Detektors.
Im Ergebnis wird durch das Zusammenwirken dieser Merkmale ein Sicherheitskonzept für Laserscheinwerfer bereitgestellt, mit dem sich selbst eine geringfügige Beschädigung des Konverters zuverlässig detektieren lässt.
Der erfindungsgemäße Laserscheinwerfer zeichnet sich durch eine hohe Betriebssicherheit, geringe Kosten und eine nur geringe Beeinträchtigung der Effizienz, mit der aus der Laserstrahlung weißes Mischlicht erzeugt wird, aus.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Detektor durch einen zwischen dem Konverter und dem Detektor liegenden Filter, der für die Prüfstrahlung durchlässiger ist als für die Laserstrahlung und daraus generiertes Licht, gegen die Laserstrahlung und daraus generiertes Licht abgeschirmt ist.
Durch diese Abschirmung wird das Ausgangssignal des Detektors nur wenig von einfallender Laserstrahlung und daraus generiertem Licht beeinflusst. Als Folge werden unerwünschte Einflüsse auf die Messung der auf die Prüfstrahlung bezogenen Transmission des Konverters minimiert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Detektor durch einen zwischen dem Konverter und dem Detektor liegenden Filter, der für die Prüfstrahlung durchlässiger ist als für die Laserstrahlung und daraus generiertes Licht, gegen die Laserstrahlung und daraus generiertes Licht abgeschirmt ist.
Bevorzugt ist auch, dass der Scheinwerfer einen Reflektor mit einer Ausnehmung aufweist, die dort angeordnet ist, wo die Laserstrahlung bei fehlendem Konverter und sich dann geradlinig ausbreitender Laserstrahlung auf eine Reflexionsfläche des Reflektors treffen würde, und dass der Detektor im Scheinwerfer in einem Strahlengang hinter dem Konvertereinbauort dort angeordnet ist, wo sich die Prüfstrahlung bei fehlendem Konverter geradlinig ausbreiten würde.
Ferner ist bevorzugt, dass die Prüfstrahlungsquelle dazu eingerichtet ist, eine gerichtete Prüfstrahlung mit einer Wellenlänge zu erzeugen, die sich von der Wellenlänge der Laserstrahlung der Laserstrahlungsquelle und den Wellenlängen des daraus durch die Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem Konverter generierten Lichtes unterscheidet.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch einen wellenlängenselektiven Spiegel aus, der in dem Strahlengang der sich von der Laserstrahlungsquelle zum Konverter ausbreitenden Laserstrahlung und in dem Strahlengang der sich von der Prüfstrahlungsquelle ausgehenden Prüfstrahlung befindet und der für die Laserstrahlung eine hohe Transmission bei niedriger Reflexion und für die Prüfstrahlung eine hohe Reflexion bei niedriger Transmission aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass der wellenlängenselektive Spiegel ein dichroitischer Spiegel ist.
Ferner ist bevorzugt, dass die Prüfstrahlungsquelle so angeordnet ist, dass sie den Konverter schräg von der Seite und direkt mit der Prüfstrahlung beleuchtet.
Bevorzugt ist auch, dass die Prüfstrahlungsquelle eine Halbleiterstrahlungsquelle, insbesondere eine IR-LED oder IR-Laserdiode oder eine UV-LED oder UV-Laserdiode ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch eine Prüfstrahlungsquelle aus, die eine Prüfstrahlung mit einer Wellenlänge emittiert, die nicht in den Wellenlängenbereich des von der Laserstrahlungsquelle und dem Konverter erzeugten weißen Lichts fällt.
Ferner ist bevorzugt, dass der Detektor nur für die Prüfstrahlung, nicht aber für die Laserstrahlung und das aus der Laserstrahlung erzeugte Licht empfindlich ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass im Strahlengang der auf den Detektor ggf. einfallenden Strahlen ein wellenlängenselektives Filter angeordnet ist, das die Prüfstrahlung bevorzugt transmittiert und die Laserstrahlung und das aus der Laserstrahlung generierte sichtbare Licht bevorzugt reflektiert oder absorbiert und insofern blockiert.
Bevorzugt ist auch, dass der Detektor von dem Konverter, wenn dieser nicht beschädigt ist, gegen die Prüfstrahlung abgeschirmt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch eine Linse aus, die im Strahlengang der Prüfstrahlung zwischen der Prüfstrahlungsquelle und dem Konverter angeordnet ist und die Prüfstrahlung auf einen Teilbereich des Konverters konzentriert.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Wenn im Folgenden von einer Kupferlage oder Kupferschicht die Rede ist, soll damit jeweils sowohl reines Kupfer als auch eine Kupferlegierung gemeint sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 ein Beispiel eines bekannten Kraftfahrzeugscheinwerfers;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers;
3 den Gegenstand der 2 mit einem beschädigten Konverter;
4 ein Lichtmodul eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserscheinwerfers;
5 eine geschlossene Wirkungsschleife aus einer Prüfstrahlungsquelle, einem Detektor und einem Steuergerät; und
6 eine Bildung eines Steuersignals im Steuergerät.
Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente.
Die 1 zeigt im Einzelnen einen Scheinwerfer 10 mit einem Gehäuse 12 und einer transparenten Abdeckscheibe 14, welche eine Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses 12 abdeckt. In dem Gehäuse ist ein Laserlichtmodul 16 angeordnet.
Das Laserlichtmodul 16 weist eine Laserstrahlungsquelle 18 und einen im Strahlengang der Laserstrahlungsquelle angeordneten Konverter 20 auf. Die Laserstrahlungsquelle 18 ist bevorzugt ein Halbleiterlaser, der gerichtete Laserstrahlung 21 mit einer Wellenlänge zwischen 440 nm und 470 nm emittiert.
Zwischen der Laserstrahlungsquelle 18 und dem Konverter 20 befindet sich bevorzugt noch eine Strahlformungsoptik, beispielsweise eine Linse 22.
Der Konverter besteht bevorzugt aus einem Material, das von der Laserstrahlung zur Fluoreszenz angeregt wird und dabei Fluoreszenzlicht aus dem gelb-roten Spektralbereich zwischen 490 nm und 700 nm emittiert. Beispiele solcher Materialen sind die eingangs genannten Lumineszenzfarbstoffe wie z.B. mit Cer-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat-Pulver oder Phosphorverbindungen. Der Konverter ist in Bezug auf seine Abmessungen so dimensioniert, dass er die einfallende Laserstrahlung zu einem Teil in Fluoreszenzlicht konvertiert und zu einem Teil streut. Durch eine Vermischung des gelb-roten Fluoreszenzlichtes mit der gestreuten Laserstrahlung ergibt sich das gewünschte Mischlicht 24 weißer Lichtfarbe.
Von dem Konverter 20 ausgehendes Mischlicht 24 wird von einer Umlenkoptik 26 gesammelt. Die Umlenkoptik 26 ist dazu eingerichtet, aus dem weißen Mischlicht 24 eine regelkonforme Lichtverteilung zu erzeugen. Die Umlenkoptik 26 weist dazu mindestens einen Reflektor 28 und/oder mindestens eine Linse und/oder mindestens eine katadioptrische Optik und ggf. eine oder mehrere Blenden zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umlenkoptik 16 ein einzelner Reflektor 28.
In der dargestellten Ausgestaltung weist der Reflektor 28 als passives Sicherheitsmerkmal eine Ausnehmung 30 auf, durch welche Laserstrahlung 21 im Falle eines beschädigten oder fehlenden Konverters 20 aus dem Reflektor 28 austreten kann, ohne durch den Reflektor 28 in Richtung zur transparenten Abdeckscheibe 14 umgelenkt zu werden. Die Ausnehmung 30 ist dort angeordnet, wo die Laserstrahlung 21 bei fehlendem Konverter 20 und sich dann geradlinig ausbreitender Laserstrahlung 21 auf eine Reflexionsfläche 28.1 des Reflektors 28 treffen würde.
Die 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers 100. Der Scheinwerfer 100 weist zunächst die gleichen Elemente wie der Scheinwerfer 10 aus der 1 auf. Die Erläuterungen zu der 1 gelten insofern auch für den Gegenstand der 2, sofern im Folgenden nicht darauf hingewiesen wird. Dies gilt analog für die Gegenstände der weiteren 3 und 4.
Das Lichtmodul 16 des Scheinwerfers 100 weist eine Prüfstrahlungsquelle 32 auf. Die Prüfstrahlungsquelle 32 erzeugt eine gerichtete Prüfstrahlung 34 mit einer Wellenlänge, die sich von der Wellenlänge der Laserstrahlung 21 der Laserstrahlungsquelle und den Wellenlängen des daraus durch die Wechselwirkung der Laserstrahlung 21 mit dem Konverter 20 generierten Lichtes 24 unterscheidet. Die Prüfstrahlungsquelle 32 ist so angeordnet, dass von ihr ausgehende Prüfstrahlung 34 auf den Konverter 20 einfällt. Es ist bevorzugt, dass die Prüfstrahlung 24 eine Wellenlänge besitzt, die von dem Konverter 20 so stark absorbiert wird, dass auf einer der Prüfstrahlungsquelle 32 abgewandten Rückseite eines unbeschädigten Konverters 20 nur ein sehr geringer Prozentsatz der Intensität einer auf seiner der Prüfstrahlungsquelle 32 zugewandten Vorderseite einfallenden Prüfstrahlung 34 messbar ist. Dabei ist bevorzugt, dass der Prozentsatz kleiner als 1 % ist. Das Lichtmodul 100 weist ferner einen Detektor 38 auf, der für die Prüfstrahlung 34 empfindlich ist. Dieser Detektor 38 ist im Lichtmodul 100 in einem Strahlengang hinter dem Konvertereinbauort dort angeordnet, wo sich die Prüfstrahlung 34 bei fehlendem Konverter 20 geradlinig ausbreiten würde. Der Detektor 38 wird dadurch von dem unbeschädigten Konverter gegen die Prüfstrahlung abgeschattet oder auch abgeschirmt.
Bei der dargestellten Ausgestaltung wird die Prüfstrahlung 34 mit einem wellenlängenselektiven Spiegel 36 in den Strahlengang der sich von der Laserstrahlungsquelle 18 zum Konverter 20 ausbreitenden Laserstrahlung 21 eingespeist. Der wellenlängenselektive Spiegel 36 ist bevorzugt ein dichroitischer Spiegel, der für die Laserstrahlung 21 eine hohe Transmission bei niedriger Reflexion und für die Prüfstrahlung 34 eine hohe Reflexion bei niedriger Transmission aufweist.
Es ist auch möglich, den Konverter 20 schräg von der Seite und direkt mit der Prüfstrahlung 34 zu beleuchten. In diesem Fall kann auf den wellenlängenselektiven Spiegel 36 verzichtet werden.
Die Prüfstrahlung 34 besitzt bevorzugt eine Wellenlänge aus dem infraroten Spektralbereich, also eine Wellenlänge, die insbesondere größer als die Wellenlänge der Laserstrahlung 21 und des aus dieser erzeugten gelb-roten Fluoreszenzlichtes ist. Die Prüfstrahlungsquelle 32 ist in diesem Fall bevorzugt eine Halbleiterstrahlungsquelle, insbesondere eine IR-LED oder IR-Laserdiode. In einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Prüfstrahlung 34 eine Wellenlänge aus dem ultravioletten Spektralbereich, also eine Wellenlänge, die insbesondere kleiner als die Wellenlänge der Laserstrahlung 21 und des aus dieser erzeugten gelb-roten Fluoreszenzlichtes ist. Die Prüfstrahlungsquelle 32 ist auch in diesem Fall bevorzugt eine Halbleiterstrahlungsquelle, insbesondere eine UV-LED oder UV-Laserdiode.
Die Wellenlänge der Prüfstrahlung 34 ist also insbesondere so gewählt, dass sie nicht in den Wellenlängenbereich des von der Laserstrahlungsquelle 21 und dem Konverter 20 erzeugten weißen Lichts fällt, das spektrale Anteile des Laserlichts 21 und des gelb-roten Fluoreszenzlichtes aufweist.
Der Konverter 20 ist so zwischen der Prüfstrahlungsquelle 34 und dem Detektor 38 angeordnet, dass die Transmission des Konverters 20 für die Prüfstrahlung 34 gemessen werden kann. Bei unbeschädigtem Konverter 20 wird der überwiegende Teil der Prüfstrahlung 34 im Konverter 20 absorbiert (oder gestreut).
In der dargestellten Ausgestaltung ist der Detektor 38 im Strahlengang hinter der Ausnehmung 30 des Reflektors 28 angeordnet, die als passives Sicherheitsmerkmal dient, indem sie Laserstrahlung 21 im Falle eines beschädigten oder fehlenden Konverters 20 aus dem Reflektor 28 austreten lässt, ohne dass die Laserstrahlung 21 durch den Reflektor 28 in Richtung zur transparenten Abdeckscheibe 14 umgelenkt wird. Wie bereits erwähnt, ist diese Ausnehmung 30 dort angeordnet, wo die Laserstrahlung 21 bei fehlendem Konverter 20 und sich dann geradlinig ausbreitender Laserstrahlung 21 auf eine Reflexionsfläche 28.1 des Reflektors 28 treffen würde.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Detektor 38 nur für die Prüfstrahlung 34, nicht aber für die Laserstrahlung 21 und das aus der Laserstrahlung 21 erzeugte Licht 24 empfindlich. In diesem Fall bildet sich nur die Intensität einer auf den Detektor einfallenden Prüfstrahlung 34, nicht aber die Intensität der Laserstrahlung 21 und des aus der Laserstrahlung 21 erzeugten Lichtes 24 im Ausgangssignal des Detektors 38 ab. Die Wellenlänge der Prüfstrahlung 34 ist so gewählt, dass der Konverter 20 den überwiegenden Anteil der Prüfstrahlung 34 daran hindert auf den Detektor 20 zu gelangen.
Dieser erwünschte Effekt, der darin besteht, dass sich nur die Prüfstrahlung 34 im Ausgangssignal des Detektors 38 abbildet, wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dadurch erzielt, dass im Strahlengang der auf den Detektor 38 ggf. einfallenden Strahlen ein wellenlängenselektives Filter 40 angeordnet ist, das die Prüfstrahlung 34 bevorzugt transmittiert und die Laserstrahlung 21 und das aus der Laserstrahlung generierte sichtbare Licht 24 bevorzugt reflektiert oder absorbiert und insofern blockiert.
Der Detektor 38 wird bei dieser Ausgestaltung durch den zwischen dem Konverter 20 und dem Detektor 38 liegenden Filter 40, der für die Prüfstrahlung 34 durchlässiger ist als für die Laserstrahlung 21 und daraus generiertes Licht 24, gegen die Laserstrahlung 21 und daraus generiertes Licht 24 abgeschirmt.
Auf das Filter 40 kann verzichtet werden, wenn der Detektor 38 für die spektralen Anteile des weißen Mischlichtes 24 und der Laserstrahlung 21 unempfindlich ist.
In Bezug auf den Detektor 38 ist die Prüfstrahlungsquelle 32 insbesondere so angeordnet, dass Prüfstrahlung 34 nicht am Konverter 20 vorbei zum Detektor 38 gelangen kann. Der Detektor 38 ist im Lichtmodul 42 so angeordnet, dass er von dem Konverter 20, wenn dieser nicht beschädigt ist, gegen die Prüfstrahlung 34 abgeschirmt oder abgeschattet wird. Um im fehlerfreien Normalfall zu verhindern, dass Prüfstrahlung 34 an dem Konverter 20 vorbei auf den Detektor 38 gelangen kann, sind die Prüfstrahlungsquelle 32 und der Detektor 38 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Konverters 20 angeordnet. Geometrisch mögliche Strahlengänge zwischen Detektor 38 und Prüfstrahlungsquelle 32 sind durch andere Elemente 44, zum Beispiel durch Bestandteile der Umlenkoptik oder durch eine oder mehrere Blenden, die zwischen Detektor 38 und Prüfstrahlungsquelle 32 liegen, blockiert.
Das Lichtmodul 42 weist ferner ein Steuergerät 46 auf, das die Laserstrahlungsquelle 18 und die Prüfstrahlungsquelle 32 steuert und das Ausgangssignale des Detektors 38 verarbeitet und auswertet. Das Steuergerät 46 ist insbesondere dazu eingerichtet, Ausgangssignale des Detektors 38 mit einem Schwellenwert zu vergleichen und die Laserstrahlungsleistung zu drosseln, wenn das Ausgangssignal des Detektors 38 einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Das Steuergerät ist insbesondere dazu eingerichtet, aus wenigstens einem Ausgangssignal des Detektors ein Maß für die Menge der auf den Detektor einfallenden Strahlung zu bilden. Das Maß kann das Ausgangssignal oder ein verarbeitetes, zum Beispiel ein zeitlich gemitteltes und/oder von Störstrahlungsanteilen bereinigtes Signal sein. Der Schwellenwert kann fest vorgegeben sein oder in Abhängigkeit von Störstrahlungsanteilen an der vom Detektor erfassten Strahlung korrigiert vorgegeben werden.
Die 3 zeigt das Lichtmodul 42 der 2 mit einem beschädigten Konverter 20. Bei der Beschädigung handelt es sich hier um einen Riss im Konverter 20 oder ein Ablösung eines Teils des Konverters von seinem Träger, so dass der beschädigte Konverter im Ergebnis eine höhere Transmission für die Laserstrahlung 21 aufweist als der unbeschädigte Konverter 20. In diesem Fall tritt auch ein vom Ausmaß der Beschädigung des Konverters 20 abhängiger Anteil an der von der Prüfstrahlungsquelle 32 emittierten Prüfstrahlung 34 durch den beschädigten Konverter 20 hindurch und fällt auf den Detektor 38 ein. Dieser Einfall der Prüfstrahlung 34 bildet sich im Ausgangssignal des Detektors 38 ab und wird von dem Steuergerät 46 ausgewertet. Dabei ist bevorzugt, dass das Steuergerät 46 die Strahlungsleistung der Laserstrahlungsquelle 18 drosselt oder die Laserstrahlungsquelle 18 ausschaltet, wenn die Intensität der auf den Detektor 38 einfallenden Prüfstrahlung 34 so groß ist, dass das Ausgangssignal des Detektors 38 größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Als Folge der Beschädigung des Konverters 20 steigt die Transmission des Konverters 20 an. Dies gilt nicht nur für die Prüfstrahlung 34, sondern auch für die Laserstrahlung 21. Mit der Erfindung wird dieser mit den eingangs genannten Risiken einhergehende Zustand durch eine Messung und Auswertung der Prüfstrahlungsintensität erfasst. Das hat den Vorteil, dass auch kleine Beschädigungen des Konverters 20 zuverlässig erkannt werden können. Als Folge daraus können die auch bei kleinen Beschädigungen auftretenden Risiken, die sich aus einem Austritt von energiereicher Laserstrahlung 21 ergeben würden, minimiert oder vermieden werden.
Die Vorteile der Erfindung lassen sich vor dem Hintergrund der bis hier erfolgten Darstellung noch einmal durch einen Vergleich mit dem Stand der Technik verdeutlichen. Bei dem Stand der Technik, bei dem die Intensität des weißen Mischlichts 24 oder des blauen Laserlichts 21 detektiert und ausgewertet wird, hat den Nachteil, dass der Detektor 38 bereits im unbeschädigten Zustand des Konverters 20 eine nicht vernachlässigbare Intensität misst, so dass vor diesem Hintergrund Intensitätsänderungen, die durch kleine Beschädigungen hervorgerufen werden, nur kleine Signaländerungen erzeugen.
Im Gegensatz dazu können mit der Erfindung auch kleine Beschädigungen des Konverters 20 erkannt werden, da im Normalfall des unbeschädigten Konverters 20 keine oder nur wenig Prüfstrahlung 34 auf den Detektor 38 fällt. So bewirkt eine im Fehlerfall dann auftretende kleine Strahlungsleistung auf dem Detektor 38 bereits eine deutliche Signaländerung.
Wird der Konverter 20 durch einen Riss beschädigt (z.B. ein Riss mit einer Flächenausdehnung von 1% des Konverters), so erhöht sich die Lichtstärke auf dem Detektor beträchtlich (sie verdoppelt sich im angegebenen Fall). Eine so deutliche Erhöhung (z.B. eine Verdopplung) der detektierten Leistung ist selbst unter Berücksichtigung von Temperaturschwankungen und anderen Umwelteinflüssen zuverlässig messbar.
Die Detektionsempfindlichkeit kann durch eine Fokussierung der Prüfstrahlung 34 auf die von der Laserstrahlungsquelle 18 besonders intensiv bestrahlten Bereiche des Konverters 20 verbessert werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht daher eine zusätzliche Linse 31 vor, die im Strahlengang der Prüfstrahlung zwischen der Prüfstrahlungsquelle 32 und dem Konverter 20 angeordnet ist und die Prüfstrahlung 34 auf einen Teilbereich des Konverters 20 konzentriert.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls 50 eines erfindungsgemäßen Laserscheinwerfers. Auch hier gilt, dass gleiche Bezugszeichen wie in den anderen Figuren gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach gleiche Elemente darstellen. Das Lichtmodul der 4 unterscheidet sich von dem Lichtmodul der 3 durch eine vertauschte Anordnung von Prüfstrahlungsquelle und Detektor 38, und zusätzlich dadurch, dass die Prüfstrahlungsquelle den Konverter 20 direkt bestrahlt. Die Einfallsrichtung der Prüfstrahlung auf den Konverter bildet dabei mit der Richtung, in der sich die Laserstrahlung bei fehlendem Konverter im Reflektor 28 ausbreiten würde, einen Winkel, der größer als 0 ° und kleiner als 90°, insbesondere größer als 10° und kleiner als 80°, insbesondere größer als 20° und kleiner als 70° ist.
Wichtig ist auch hier, dass im fehlerfreien Normalfall keine Prüfstrahlung 34 an dem Konverter 20 vorbei auf den Detektor 38 gelangen kann. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, erfolgt dies auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Prüfstrahlungsquelle 32 und der Detektor 38 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Konverters 20 angeordnet sind, und dass geometrisch mögliche Strahlengänge zwischen Detektor 38 und Prüfstrahlungsquelle 32 durch andere Elemente, zum Beispiel durch Bestandteile 44 der Umlenkoptik 26 oder eine oder mehrere Blenden, die zwischen Detektor 38 und Prüfstrahlungsquelle 32 liegen, blockiert sind.
Beim Gegenstand der 2 und 3 liegen die Laserstrahlungsquelle 18 und die Prüfstrahlungsquelle 32 auf derselben, dem Reflexionsvolumen des Reflektors 28 abgewandten Seite des Konverters 20. Beim Gegenstand der 4 liegen die Laserstrahlungsquelle 18 und der Detektor 38 auf derselben, dem Reflexionsvolumen des Reflektors abgewandten Seite des Konverters.
Die 5 veranschaulicht die geschlossene Wirkungsschleife aus der Prüfstrahlungsquelle 32, dem Detektor 38 und dem Steuergerät 46. Das Steuergerät 46 steuert die Strahlungsleistung der Laserstrahlungsquelle 18. Die hinter dem Konverter 20 auftretende Strahlungsleistung der Prüfstrahlungsquelle 32 bildet sich im Ausgangssignal des Detektors 38 ab. Das Ausgangssignal des Detektors 38 wird in einer Signalaufbereitungsstufe I des Steuergeräts für die weitere Verarbeitung im Steuergerät aufbereitet. In einer CPU wird aus dem aufbereiteten Signal nach Maßgabe von im Steuergerät gespeicherten Programmen und Daten ein Steuersignal gebildet, das in einer Endstufe O verstärkt und anschließend an die Laserstrahlungsquelle 18 übergeben wird.
Die 6 veranschaulicht die Bildung des Steuersignals im Steuergerät 46. In einem Schritt 50 wird das Ausgangssignal S(38) des Detektor eingelesen, in dem sich die auf den Detektor einfallende Strahlungsleistung oder auch die Intensität der Prüfstrahlung 34 abbildet. Im Schritt 52 erfolgt ein Vergleich des Signals S(38) mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Solange die vom Detektor 38 erfasste Intensität oder Strahlungsleistung noch für einen unbeschädigten Konverter typisch ist, wird der Schwellenwert nicht überschritten und die Schleife aus den Schritten 50 und 52 wird ggf. wiederholt durchlaufen. Der Schwellenwert ist so vorbestimmt, dass er bei beschädigtem Konverter überschritten wird. In diesem Fall verzweigt das Verfahren in den Schritt 54, in dem ein Signal S(18) an die Laserstrahlungsquelle 18 ausgegeben wird, mit dem die Strahlungsleistung der Laserstrahlungsquelle gedrosselt wird oder mit dem die Laserstrahlungsquelle abgeschaltet wird.
Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Prüfstrahlung 34 durch Steuereingriffe des Steuergeräts 46 auf die Prüfstrahlungsquelle 32 moduliert und die auf den Detektor 38 einfallende Prüfstrahlung wird in Abhängigkeit von der Modulation ausgewertet. So kann die Prüfstrahlung intermittierend emittiert werden, so dass sich Phasen mit Prüfstrahlung und ohne Prüfstrahlung abwechseln. Dies erfolgt bevorzugt mit einem Tastverhältnis, dessen Frequenz zwischen 1 Hz und 200 Hz liegt. Vom Detektor in den Prüfstrahlungspausen empfangene Strahlungsanteile, welche die Wellenlänge der Prüfstrahlung besitzen, bilden eine Störstrahlung. Die Störstrahlung stammt aus Störquellen. Störquellen sind zum Beispiel die Sonne und/oder Infrarotstrahlung emittierende Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge. Das in den Prüfstrahlungspausen gebildete Detektorsignal wird von dem bei aktivierter Prüfstrahlung gebildeten Detektorsignal subtrahiert, um den Störstrahlungsanteil zu eliminieren. Alternativ wird das in den Prüfstrahlungspausen gebildete Detektorsignal zu dem Schwellenwert addiert, mit dem das bei aktivierter Prüfstrahlung gebildete Detektorsignal verglichen wird.
Weitere Verbesserungen der Detektionsempfindlichkeit können durch intelligente Algorithmen erreicht werden, die die zeitliche Änderung des transmittierten Prüfsignals überwachen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Steuergerät dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, eine sprunghafte Erhöhung der Intensität der transmittierten Prüfstrahlung als Beschädigung des Konverters 20 zu werten. Eine sprunghafte Erhöhung liegt zum Beispiel dann vor, wenn sich die Intensität um mehr als 20% in weniger als 0.1 sec ändert. Eine Änderung um mehr als 20% könnte auch durch Temperaturschwankungen auftreten. Diese würden sich aber sehr viel langsamer auf die Intensität auswirken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012220481 A1 [0002, 0010]

Claims

Kraftfahrzeugscheinwerfer (100) mit einem Laserlichtmodul (42), das eine Laserstrahlungsquelle (18) und einen im Strahlengang der Laserstrahlungsquelle angeordneten Konverter (20) sowie einen strahlungsempfindlichen Detektor (38) und ein Steuergerät (46) aufweist, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, aus wenigstens einem Ausgangssignal des Detektors ein Maß für die Menge der auf den Detektor einfallenden Strahlung zu bilden und mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen und die Laserstrahlungsleistung zu drosseln, wenn das genannte Maß einen vorbestimmten Schwellenwert (S) überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul eine Prüfstrahlungsquelle (32) aufweist, die so angeordnet ist, dass von ihr ausgehende Prüfstrahlung (34) auf den Konverter einfällt, wobei die Prüfstrahlung sich in ihrer Wellenlänge von der Laserstrahlung (21) und daraus generiertem Licht (24) unterscheidet und wobei der Detektor so im Lichtmodul angeordnet ist, dass er von dem Konverter, wenn dieser nicht beschädigt ist, gegen die Prüfstrahlung abgeschattet wird.
Scheinwerfer (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (38) durch einen zwischen dem Konverter (20) und dem Detektor liegenden Filter (40), der für die Prüfstrahlung (34) durchlässiger ist als für die Laserstrahlung (21) und daraus generiertem Licht (24), gegen die Laserstrahlung und daraus generiertem Licht abgeschirmt ist.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer einen Reflektor (28) mit einer Ausnehmung (30) aufweist, die dort angeordnet ist, wo die Laserstrahlung (21) bei fehlendem Konverter (20) und sich dann geradlinig ausbreitender Laserstrahlung (21) auf eine Reflexionsfläche (28.1) des Reflektors (28) treffen würde, und dass der Detektor (38) im Scheinwerfer in einem Strahlengang hinter dem Konvertereinbauort dort angeordnet ist, wo sich die Prüfstrahlung (34) bei fehlendem Konverter (20) geradlinig ausbreiten würde.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfstrahlungsquelle (32) dazu eingerichtet ist, eine gerichtete Prüfstrahlung (34) mit einer Wellenlänge zu erzeugen, die sich von der Wellenlänge der Laserstrahlung (21) der Laserstrahlungsquelle (18) und den Wellenlängen des daraus durch die Wechselwirkung der Laserstrahlung (21) mit dem Konverter (20) generierten Lichtes (24) unterscheidet.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen wellenlängenselektiven Spiegel (36), der in dem Strahlengang der sich von der Laserstrahlungsquelle (18) zum Konverter (20) ausbreitenden Laserstrahlung (21) und in dem Strahlengang der sich von der Prüfstrahlungsquelle (32) ausgehenden Prüfstrahlung (34) befindet und der für die Laserstrahlung (21) eine hohe Transmission bei niedriger Reflexion und für die Prüfstrahlung (34) eine hohe Reflexion bei niedriger Transmission aufweist.
Scheinwerfer (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wellenlängenselektive Spiegel (36) ein dichroitischer Spiegel ist.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfstrahlungsquelle (32) so angeordnet ist, dass sie den Konverter (20) schräg von der Seite und direkt mit der Prüfstrahlung (34) beleuchtet.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfstrahlungsquelle (32) eine Halbleiterstrahlungsquelle, insbesondere eine IR-LED oder IR-Laserdiode oder eine UV-LED oder UV-Laserdiode ist.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Prüfstrahlungsquelle (32), die eine Prüfstrahlung (34) mit einer Wellenlänge emittiert, die nicht in den Wellenlängenbereich des von der Laserstrahlungsquelle (21) und dem Konverter (20) erzeugten weißen Lichts (24) fällt.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (38) nur für die Prüfstrahlung (34), nicht aber für die Laserstrahlung (21) und das aus der Laserstrahlung (21) erzeugte Licht (24) empfindlich ist.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der auf den Detektor (38) ggf. einfallenden Strahlen ein wellenlängenselektives Filter (40) angeordnet ist, das die Prüfstrahlung (34) bevorzugt transmittiert und die Laserstrahlung (21) und das aus der Laserstrahlung generierte sichtbare Licht (24) bevorzugt reflektiert oder absorbiert und insofern blockiert.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (38) von dem Konverter (20), wenn dieser nicht beschädigt ist, gegen die Prüfstrahlung (34) abgeschirmt wird.
Scheinwerfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Linse (31), die im Strahlengang der Prüfstrahlung zwischen der Prüfstrahlungsquelle (32) und dem Konverter (20) angeordnet ist und die Prüfstrahlung (34) auf einen Teilbereich des Konverters (20) konzentriert.