DE102015116211A1 - Scheinwerfer, Fahrzeug mit Scheinwerfer und Verfahren zur Überwachung eines Scheinwerfers - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer (1) aufweisend – eine Laserlichtquelle (2), – einen Konverter (3) zum Konvertieren einer von der Laserlichtquelle (2) erzeugten kurzwelligen Laserstrahlung in weißes Licht, – ein lichtformendes Element (4) zur Erzeugung eines Strahlengangs (12, 13) aus dem weißen Licht der Laserlichtquelle (2) und einen IR-Sensor (5) zur Messung einer vom Konverter (3) erzeugten IR-Strahlung (10, 11).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug aufweisend den Scheinwerfer. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung des Scheinwerfers.
  • In Scheinwerfern von Fahrzeugen werden die unterschiedlichsten optischen Systeme eingesetzt, wobei als Lichtquellen sowohl Glühlampen, LED-Lichtquellen als auch Laserlichtquellen verwendet werden. Als Standard-Optiksysteme finden sich immer wieder Reflektoren, als direkte oder indirekte Reflektoren, Fresneloptiken oder andere Linsenoptiken und Lichtleiteroptiken in unterschiedlichster Form.
  • Mit Laserlichtquellen kann aus einer sehr kleinen Fläche ein im Vergleich mit anderen Lichtquellen sehr hoher Lichtstrom, folglich eine sehr hohe Leuchtdichte, erzeugt werden. Aus optisch-lichttechnischer Sicht bietet diese Eigenschaft viele Vorteile in der Beleuchtungstechnik. Für die Beleuchtungstechnik sind Laserlichtquellen besonders dann relevant, wenn die vom Laser abgestrahlte schmalbandige Strahlung (z.B. blau) mit Hilfe eines Konverterelements (z.B. gelber Phosphor) in breitbandigere Strahlung (z.B. weiß) umgewandelt wird.
  • Laserstrahlung kann jedoch in bestimmten Zuständen das Auge schädigen oder sogar zur Erblindung führen. Dies kann dann der Fall sein, wenn die Schicht des Konverters in irgendeiner Form beschädigt ist.
  • Der bekannte Stand der Technik verwendet Photodioden zur Detektion eines Schadensfalles im Scheinwerfer. Hierbei kann nur aus dem Gesamtlichtstrom über einen bestimmten Wellenlängenbereich detektiert werden. Nachteil des aktuellen Stands ist, dass immer ein opakes Bauteil, d. h. Filter und Sensor, mitten im Lichtbild stehen muss oder gezielt ein Anteil aus der Gesamtlichtstärkeverteilung zum Zweck der Schadensdetektion heraus genommen werden muss und folglich verloren geht.
  • Eine weitere Möglichkeit des bekannten Standes der Technik sieht die Verwendung von Streulicht zur Überwachung vor, da dieses ohnehin schon für den Nutzlichtstrom verloren ist. Diese Variante hat allerdings den Nachteil, dass das Signal-Rausch-Verhältnis relativ groß ist und es sich somit um eine eher ungenaue Vorgehensweise handelt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Eine Überwachung der Sicherheit eines Scheinwerfers soll dabei mit einfach herstellbaren und kostengünstigen Komponenten erfolgen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß Patentanspruch 1 ein Scheinwerfer vorgesehen, aufweisend
    • – eine Laserlichtquelle,
    • – einen Konverter zum Konvertieren einer von der Laserlichtquelle erzeugten kurzwelligen Laserstrahlung in weißes Licht,
    • – ein lichtformendes Element zur Erzeugung eines Strahlengangs aus dem weißen Licht der Laserlichtquelle und
    • – einen IR-Sensor zur Messung einer vom Konverter erzeugten IR-Strahlung.
  • Vorstehende Aufgabe wird ferner gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 9, nämlich ein Fahrzeug aufweisend den Scheinwerfer.
  • Vorstehende Aufgabe wird ferner gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 10, nämlich ein Verfahren zur Überwachung einer emittierten IR-Strahlung eines Scheinwerfers, wobei der Scheinwerfer
    • – eine Laserlichtquelle,
    • – einen Konverter zum Konvertieren einer von der Laserlichtquelle erzeugten kurzwelligen Laserstrahlung in weißes Licht,
    • – ein lichtformendes Element zur Erzeugung eines Strahlengangs aus dem weißen Licht der Laserlichtquelle und
    • – einen IR-Sensor aufweist, aufweisend den Schritt:
    • – Messen einer vom Konverter erzeugten IR-Strahlung mittels des IR-Sensors.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Überwachung der Lasersicherheit des Scheinwerfers durch eine Messung der IR-Strahlung erfolgen kann. Mittels des IR-Sensores ist eine Messung der vom Konverter erzeugten IR-Strahlung ausführbar.
  • Bei einer Konversion anregender blauer Laserstrahlung im Leuchtstoff der Laserlichtquelle wird ca. 20% der Energie in Wärme umgewandelt. Ein Teil dieser Wärme wird in Form von Wärmestrahlung also IR-Strahlung vom Leuchtstoff emittiert.
  • Gegenstand dieser Erfindung ist es, die Wärmestrahlung des Leuchtstoffes als Maß für die Lasersicherheit des Scheinwerfers anzuwenden. Da die erzeugte Wärme proportional zur in den Leuchtstoff eingebrachten blauen Laserstrahlung ist, würde im Fehlerfall (bspw. zerstörter Leuchtstoff, gebrochene Leuchtstoff-Keramik, etc.), also dem Austreten von einem Strahlungsfluss, der die zulässigen Grenzwerte für das Auge überschreitet, die Wärmestrahlung im Leuchtstoff abnehmen. Die IR-Strahlung verhält sich proportional zur erzeugten Wärmemenge im Leuchtstoff.
  • Sind die Laserlichtquelle und der Konverter hinreichend gut charakterisiert, so ist für jeden Schaltzustand das Verhältnis von potentiell gefährlicher blauer Strahlung zur emittierten IR-Strahlung bekannt. Weicht die gemessene IR-Strahlung von ihrem Sollwert ab, kann geschlussfolgert werden, dass ein Defekt im System vorliegt und eine entsprechende Reaktion ausgelöst werden.
  • Vorzugsweise ist die Laserlichtquelle ein einen Laserstrahl erzeugendes Mittel. Bevorzugt weist die Laserlichtquelle eine Laserdiode auf. Besonders bevorzugt ist die Laserlichtquelle dazu eingerichtet, mit dem Leuchtstoff weißes Licht zu emittieren. Der Leuchtstoff der Laserlichtquelle erzeugt dabei auch die IR-Strahlung.
  • Vorzugsweise ist der Konverter ein Mittel zum Konvertieren von kurzwelliger Laserstrahlung in weißes Licht. Bevorzugt ist unter weißem Licht weiße Lichtstrahlung zu verstehen. Besonders bevorzugt wird beim Konvertieren von kurzwelliger Laserstrahlung in weißes Licht auch die IR-Strahlung emittiert. Damit entsteht die IR-Strahlung beim Konvertieren der Laserstrahlung in weißes Licht.
  • Vorzugsweise ist der IR-Sensor ein Detektor, Aufnehmer oder Fühler, um IR-Strahlung zu messen oder zu erfassen. IR-Strahlung ist Infrarotstrahlung, also Wärmestrahlung.
  • Vorzugsweise wird durch einen bildgebenden IR-Detektor ein Abbild des IR-Strahlung emittierenden Konverters auf einem Empfänger des IR-Detektors erzeugt. Ein so erzeugtes Wärmebild des Konvertes wird mit Grenzmusterbildern abgeglichen und bei einem Überschreiten der Grenzmusterbilder ein Abschalten der Lichtquelle ausgelöst. Bevorzugt ist der bildgebende IR-Detektor an den IR-Sensor angeschlossen.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das lichtformende Element ein Reflektor.
  • Mittels des Reflektors ist Licht reflektierbar. Bevorzugt weist der Reflektor eine Krümmung auf. Durch das Vorsehen der Krümmung ist ein Strahlengang des weißen Lichts im Scheinwerfer erzeugbar.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der IR-Sensor außerhalb des vom lichtformenden Elements erzeugten Strahlengangs angeordnet.
  • Vorzugsweise ist dem IR-Sensor ein IR-Filter vorgeschaltet. Bevorzugt ist der IR-Filter für Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent ausgebildet. Aufgrund seiner Transparenz ist der IR-Filter für sichtbare Strahlung sehr flexibel im Strahlengang positionierbar, ohne das Lichtbild nachteilig zu beeinflussen.
  • Bevorzugt wird der IR-Filter reflektierend oder transmittierend verwendet, um das Licht zu dem entsprechenden IR-Sensor zu lenken. Ist dieser IR-Filter für die sichtbare Strahlung transparent, kann er sehr flexibel im Strahlengang positioniert werden, ohne die optische Effizienz zu vermindern. Außerdem kann Streulicht verwendet werden, welches auf einen hohen IR-Anteil optimiert ist und dadurch deutlich weniger verrauscht ist als das sichtbare Streulicht. Dabei unterbleibt eine Verminderung der optischen Effizienz bei gleichzeitig hohem Signal-Rausch-Verhältnis der Messgröße.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Abschlussscheibe im vom lichtformenden Element erzeugten Strahlengang angeordnet, wobei die Abschlussscheibe ein Material oder eine Beschichtung aufweist, um eine Reflexion der IR-Strahlung zum IR-Sensor zu ermöglichen.
  • Vorzugsweise ist die Abschlussscheibe für die sichtbare Strahlung transparent und lenkt nur IR-Strahlung ab.
  • Vorzugsweise ist eine Reflexion ein Zurückwerfen von Licht sichtbarer Strahlung oder Wellen. Bevorzugt ist die Reflexion eine Fresnelreflexion. Besonders bevorzugt ist die Abschlussscheibe eine Kunststoffabschlussscheibe.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das lichtformende Element ein refraktives Element auf, wobei das refraktive Element ein Material oder eine Beschichtung aufweist, um eine Reflexion und/oder Brechung der IR-Strahlung zum IR-Sensor zu ermöglichen.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das refraktive Element lichtleitend und/oder lichtformend ausgebildet.
  • Durch das Vorsehen des refraktiven Elements ist eine gezielte Strahlablenkung und/oder Strahlführung auf einfache Weise möglich.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Umlenkelement vorgesehen, um eine Reflexion der IR-Strahlung zum IR-Sensor zu ermöglichen.
  • Vorzugsweise befindet sich das Umlenkelement außerhalb des Strahlengangs. Bevorzugt ist das Umlenkelement im Strahlengang angeordnet, wenn es für die sichtbare Strahlung transparent ist und nur IR-Strahlung ablenkt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der IR-Sensor eingerichtet, die Laserlichtquelle abzuschalten, sobald eine Messung der IR-Strahlung einen IR-Emissionsgrenzwert unterschreitet.
  • Vorzugsweise erfolgt ein Abschalten der Laserlichtquelle mittels einer Abschaltvorrichtung des Scheinwerfers. Bevorzugt ist die Abschaltvorrichtung vom IR-Sensor ansteuerbar. Bevorzugt ist der IR-Emissionsgrenzwert festgelegt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer,
  • 2 einen schematischen Schnitt durch einen alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfer,
  • 3 einen schematischen Schnitt durch einen weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfer,
  • 4 einen schematischen Schnitt durch einen weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfer und
  • 5 einen schematischen Schnitt durch einen weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfer.
  • 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer 1. Der Scheinwerfer 1 weist eine Laserlichtquelle 2 als Leuchtmittel auf. Ferner weist der Scheinwefer einen Konverter 3 zum Konvertieren einer von der Laserlichtquelle 2 erzeugten kurzwelligen Laserstrahlung in weißes Licht (weiße Lichtstrahlung) und ein lichtformendes Element 4 zur Erzeugung eines (durch Begrenzungslinien angedeuteten) Strahlengangs 12, 13 aus dem weißen Licht der Laserlichtquelle 2 auf. Außerdem weist der Scheinwerfer einen IR-Sensor 5 zur Messung einer vom Konverter 3 erzeugten und in 1 durch gestrichelte Linien angedeuteten IR-Strahlung 10, 11 auf. Die IR-Strahlung 10, 11 entsteht beim Konvertieren der Laserstrahlung in weißes Licht. Das lichtformende Element 4 ist ein Reflektor. Der Reflektor reflektiert auf bekannte Weise das weiße Licht. Hieraus resultiert der Strahlengang 12, 13. Der IR-Sensor 5 ist außerhalb des vom lichtformenden Element 4 erzeugten Strahlengangs 12, 13 in der Blattebene in einem Bereich unterhalb der Abschlussscheibe 6 angeordnet.
  • Der IR-Sensor 5 ist dazu eingerichtet, die Laserlichtquelle 2 abzuschalten, sobald eine Messung der IR-Strahlung 10, 11 einen IR-Emissionsgrenzwert unterschreitet. Der IR-Emissionsgrenzwert des weißen Lichts ist im Vorfeld festgelegt, d. h. definiert, worden. Ein Abschalten der Laserlichtquelle 2 erfolgt mittels einer Abschaltvorrichtung (nicht gezeigt) des Scheinwerfers 1. Dabei ist der IR-Sensor 5 dazu eingerichtet, die Abschaltvorrichtung anzusteuern, die wiederum die Laserlichtquelle 2 im Bedarfsfall, d. h. bei einem Unterschreiten des IR-Emissionsgrenzwertes, abschaltet.
  • Durch das Vorsehen des IR-Sensors 5 wird eine Überwachung der Lasersicherheit des Scheinwerfers 1 durch Messung der erzeugten IR-Strahlung 10, 11 ermöglicht.
  • 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfer 1. Im Unterschied zur 1 ist der IR-Sensor 5 in der Blattebene in einem Bereich hinter dem lichtformenden Element 4 angeordnet.
  • Durch das Vorsehen des alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfers 1 wird eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, die Lasersicherheit des Scheinwerfers 1 zu überwachen.
  • 3 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfer 1. Im Unterschied zu den 1 und 2 ist eine Abschlussscheibe 6 im vom lichtformenden Element 4 erzeugten Strahlengang 12, 13 angeordnet. Die Abschlussscheibe 6 weist eine Beschichtung auf, die zum einen eine Reflexion der IR-Strahlung 10, 11 zum IR-Sensor 5 ermöglicht und zum anderen weißes Licht passieren lässt. Dabei ist der IR-Sensor 5 in der Blattebene in einem Bereich unterhalb des lichtformenden Elements 4 angeordnet.
  • Durch das Vorsehen des weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfers 1 wird eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, die Lasersicherheit des Scheinwerfers 1 zu überwachen.
  • 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfer 1. Im Unterschied zu den 1 bis 3 weist das lichtformende Element 4 ein refraktives Element 7 auf. Das refraktive Element 7 weist eine Beschichtung auf, die eine Brechung der IR-Strahlung 10, 11 zum IR-Sensor 5 ermöglicht. Dabei ist der IR-Sensor 5 in der Blattebene in einem Bereich hinter dem lichtformenden Element 4 angeordnet. Das refraktive Element 7 ist lichtleitend und lichtformend ausgebildet. Das refraktive Element 7 ermöglicht eine gezielte Strahlablenkung und Strahlführung der weißen Lichtstrahlung sowie der IR-Strahlung 10, 11 im Scheinwerfer 1.
  • Durch das Vorsehen des weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfers 1 wird eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, die Lasersicherheit des Scheinwerfers 1 zu überwachen.
  • 5 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfer 1. Im Unterschied zu den 1 bis 4 weist der Scheinwerfer 1 ein Umlenkelement 8 auf, das im vom lichtformenden Element 4 erzeugten Strahlengang 12, 13 vorgesehen ist, um eine Reflexion der IR-Strahlung 10, 11 zum IR-Sensor 5 zu ermöglichen. Dabei ist der IR-Sensor 5 in der Blattebene in einem Bereich unterhalb des Umlenkelements 8 angeordnet.
  • Durch das Vorsehen des weiteren alternativen erfindungsgemäßen Scheinwerfers 1 wird eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, die Lasersicherheit zu überwachen.
  • Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Scheinwerfer
    2
    Laser
    3
    Konverter
    4
    lichtformendes Element
    5
    IR-Sensor
    6
    Abschlussscheibe
    7
    refraktives Element
    8
    Umlenkelement
    10
    IR-Strahlung
    11
    IR-Strahlung
    12
    Strahlengang
    13
    Strahlengang

Claims (10)

  1. Scheinwerfer (1) aufweisend – eine Laserlichtquelle (2), – einen Konverter (3) zum Konvertieren einer von der Laserlichtquelle (2) erzeugten kurzwelligen Laserstrahlung in weißes Licht, – ein lichtformendes Element (4) zur Erzeugung eines Strahlengangs (12, 13) aus dem weißen Licht der Laserlichtquelle (2) und – einen IR-Sensor (5) zur Messung einer vom Konverter (3) erzeugten IR-Strahlung (10, 11).
  2. Scheinwerfer (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtformende Element (4) ein Reflektor ist.
  3. Scheinwerfer (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (5) außerhalb des vom lichtformenden Elements (4) erzeugten Strahlengangs (12, 13) angeordnet ist.
  4. Scheinwerfer (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschlussscheibe (6) im vom lichtformenden Element (4) erzeugten Strahlengang (12, 13) angeordnet ist, wobei die Abschlussscheibe (6) ein Material oder eine Beschichtung aufweist, um eine Reflexion der IR-Strahlung (10, 11) zum IR-Sensor (5) zu ermöglichen.
  5. Scheinwerfer (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtformende Element (4) ein refraktives Element (7) aufweist, wobei das refraktive Element (7) ein Material oder eine Beschichtung aufweist, um eine Reflexion und/oder Brechung der IR-Strahlung (10, 11) zum IR-Sensor (5) zu ermöglichen.
  6. Scheinwerfer (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das refraktive Element (7) lichtleitend und/oder lichtformend ausgebildet ist.
  7. Scheinwerfer (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umlenkelement (8) vorgesehen ist, um eine Reflexion der IR-Strahlung (10, 11) zum IR-Sensor (5) zu ermöglichen.
  8. Scheinwerfer (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (5) dazu eingerichtet ist, die Laserlichtquelle (2) abzuschalten, sobald eine Messung der IR-Strahlung (10, 11) einen IR-Emissionsgrenzwert unterschreitet.
  9. Fahrzeug aufweisend einen Scheinwerfer (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
  10. Verfahren zur Überwachung einer emittierten IR-Strahlung (10, 11) eines Scheinwerfers (1), wobei der Scheinwerfer (1) – eine Laserlichtquelle (2), – einen Konverter (3) zum Konvertieren einer von der Laserlichtquelle (2) erzeugten kurzwelligen Laserstrahlung in weißes Licht, – ein lichtformendes Element (4) zur Erzeugung eines Strahlengangs (12, 13) aus dem weißen Licht der Laserlichtquelle (2) und – einen IR-Sensor (5) aufweist, aufweisend den Schritt: – Messen einer vom Konverter (3) erzeugten IR-Strahlung (10, 11) mittels des IR-Sensors (5).
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