DE102015212443A1

DE102015212443A1 - Verfahren zum Betreiben eines Lichtmoduls und Lichtmodul

Info

Publication number: DE102015212443A1
Application number: DE102015212443.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Knittel
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-01-05

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtmoduls (2) für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Das Lichtmodul (2) umfasst eine Laserlichtquelle (4), ein Photolumineszenzelement (6) und eine Detektionseinrichtung (8). Ein Primärlichtbündel (14) wird mit der Laserlichtquelle (4) ausgestrahlt. Das Primärlichtbündel (14) wird intensitätsmoduliert. Eine Sekundärlichtverteilung (16) wird ausgestrahlt. Die Sekundärlichtverteilung umfasst intensitätsmoduliertes Mischlicht (18). Mittels der Detektionseinrichtung (8) wird ein Fehlerzustand des Lichtmoduls (2) in Abhängigkeit von dem auf die Detektionseinrichtung (8) auftreffenden intensitätsmodulierten Mischlicht (18) detektiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtmoduls sowie ein Lichtmodul.
Kraftfahrzeugscheinwerfer, die eine Laserlichtquelle zur Lichterzeugung umfassen, können im Falle eines Fehlerzustandes zu einem Austritt von Laserlicht führen, das direkt von der Laserlichtquelle stammt. Dies kann zu Augenschäden und Verkehrsunfällen führen.
Des Weiteren ist bekannt, dass durch hohe thermische Belastungen ein eingesetztes Photolumineszenzelement, das auch als Konverter bezeichenbar ist, anfällig für Beschädigungen ist. Das Photolumineszenzelement kann beispielsweise Risse aufweisen oder aber es kann sich von einem zugehörigen Träger ablösen. Darüber hinaus ist das Photolumineszenzelement einer Degradation während seiner Lebensdauer ausgesetzt.
Aus der DE 10 2012 220 481 A1 ist ein Lichtmodul für Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt. Eine Detektionseinrichtung ist derart ausgebildet, dass die Strahlungsintensität von in einem Primärraumwinkelbereich um die Primärstrahlachse verlaufenden Lichtbündeln messbar ist. Es ist des Weiteren wenigstens eine Referenzdetektionseinrichtung vorgesehen, welche derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Referenzstrahlungsintensität der Sekundärlichtverteilung außerhalb des Primärraumwinkelbereichs um die Primärstrahlachse messbar ist. Mit diesen Signalen soll eine fehlerhafte Veränderung der Photolumineszenzeigenschaften erfassbar sein.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, den Betrieb eines Lichtmoduls mit einer Laserlichtquelle zu verbessern.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 sowie durch ein Lichtmodul nach dem Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Ein Lichtmodul umfasst eine Laserlichtquelle, ein Photolumineszenzelement sowie eine Detektionseinrichtung. Das Photolumineszenzelement ist derart angeordnet, dass ein Primärlichtbündel, das von der Laserlichtquelle ausgestrahlt wird, auf das Photolumineszenzelement trifft. Das Primärlichtbündel wird hierbei intensitätsmoduliert. Durch das auf das Photolumineszenzelement auftreffende intensitätsmodulierte Primärlichtbündel wird eine Sekundärlichtverteilung mit intensitätsmoduliertem Mischlicht erzeugt. Das intensitätsmodulierte Mischlicht umfasst gestreutes, intensitätsmoduliertes Laserlicht und intensitätsmoduliertes Lumineszenzlicht. Das intensitätsmodulierte Mischlicht trifft auf die Detektionseinrichtung. Die Detektionseinrichtung detektiert einen Fehlerzustand des Lichtmoduls in Abhängigkeit von dem auf die Detektionseinrichtung auftreffenden, intensitätsmodulierten Mischlicht.
Durch das Photolumineszenzelement wird kollimiertes, kohärentes Laserlicht in ein zumindest teilweise diffuses, inkohärentes, polychromatisches oder weißes Mischlicht umgewandelt, welches gegenüber dem Primärlichtbündel ein geringeres Gefährdungspotential aufweist. Das gestreute, intensitätsmodulierte Laserlicht und das intensitätsmodulierte Lumineszenzlicht bilden die Sekundärlichtverteilung, überlagern sich zu beispielsweise weißem Licht und können als Sekundärlichtverteilung beispielsweise über eine Abstrahloptikeinrichtung in eine Abstrahllichtverteilung des Lichtmoduls umgeformt werden.
In einem Normalbetrieb des Lichtmoduls gewährleistet das Photolumineszenzelement, dass potentiell gefährliches Laserlicht nicht aus dem Lichtmodul in eine Abstrahllichtverteilung gelangt. Wird das Photolumineszenzelement hingegen beschädigt oder aus seiner vorbestimmten Position heraus bewegt, könnte das potentiell gefährliche Laserlicht in die Abstrahllichtverteilung gelangen.
Dadurch, dass das Primärlichtbündel mittels der Laserlichtquelle ausgestrahlt wird und intensitätsmoduliert wird, leuchtet das Lumineszenzlicht, das von dem Photolumineszenzelement ausgestrahlt wird, gegenüber dem gestreuten Laserlicht bei einer Verringerung der Primärstrahlung nach. Mithin kann vorteilhaft ein Fehlerzustand des Lichtmoduls mittels der Detektionseinrichtung in Abhängigkeit von dem auf die Detektionseinrichtung auftreffenden, intensitätsmodulierten Mischlicht detektiert werden. Vorteilhaft wird somit das Nachleuchten des Lumineszenzlichts ausgenutzt, um messtechnisch ein Verhältnis der Laserstrahlung zur Lumineszenzstrahlung und dadurch einen Fehler zu bestimmen.
Da grundsätzlich sämtliches Mischlicht der Sekundärlichtverteilung zur Detektion des Fehlerzustandes geeignet ist, ergeben sich Freiheitsgrade bei der Anordnung der Detektionseinrichtung. Diese kann sich überall dort befinden, wo Mischlicht erfassbar bzw. detektierbar ist.
Darüber hinaus ist nur eine einzige Detektionseinrichtung nötig, um den Fehlerzustand sicher zu detektieren. Damit reduziert sich die Komplexität eines Lichtmoduls mit einer Laserlichtquelle zur Gewährleistung der Betriebssicherheit. Auch die Detektionseinrichtung kann einfach ausgestaltet sein, da keine spektralen Filter oder ähnliches benötigt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Lichtintensitätsmodulation des Primärlichtbündels und eine Abklingzeit des mittels des Photolumineszenzelements ausgestrahlten Lumineszenzlichts derart aufeinander abgestimmt, dass der Fehlerzustand, der eine Veränderung der Amplitudenmodulation des Mischlichts umfasst, detektierbar ist. Dadurch kann vorteilhaft das Nachleuchten des Lumineszenzlichts zur Detektion des Fehlerzustandes genutzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind eine Zeitdauer reduzierter Intensität des Primärlichtbündels der Laserlichtquelle und die Abklingzeit des Photolumineszenzelements derart aufeinander abgestimmt, dass der Fehlerzustand des Lichtmoduls detektierbar ist. Dadurch kann vorteilhaft die mittlere Intensität des Mischlichts variabel eingestellt werden, insbesondere durch die Wahl des Tastgrades kann eine Erhöhung oder Verringerung der mittleren Intensität des Mischlichts erfolgen, so dass die Detektion gut funktioniert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Primärlichtbündel mittels der Laserlichtquelle mit einer Periode intensitätsmoduliert. Ein erster Intensitätswert wird innerhalb einer Zeitdauer erhöhter Intensität innerhalb der Periode ermittelt. Ein zweiter Intensitätswert wird innerhalb der Zeitdauer verringerter Intensität innerhalb der Periode ermittelt. Eine Modulation wird in Abhängigkeit von dem ersten Intensitätswert und in Abhängigkeit von dem zweiten Intensitätswert ermittelt. Der Fehlerzustand des Lichtmoduls wird durch einen Vergleich der Modulation mit einem vorgegebenen Wert detektiert. Vorteilhaft kann dadurch im Zeitbereich auf einfache Art und Weise ein Fehler des Lichtmoduls detektiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Primärlichtbündel mittels der Laserlichtquelle mit einer Modulationsfrequenz intensitätsmoduliert. Eine Amplitude der Intensität des Mischlichts bei der Modulationsfrequenz wird ermittelt. Der Fehlerzustand ergibt sich, wenn die Amplitude über einen Amplitudenschwellwert steigt. Auf einfache Art und Weise wird es somit ermöglicht, die Degradation des Photolumineszenzelements zu bestimmen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird ein Verhältnis der Amplitude zu einem zeitlichen Mittelwert der Intensität des Mischlichts ermittelt. Der Fehlerzustand ergibt sich, wenn das Verhältnis über einen Verhältnisschwellwert steigt. Vorteilhaft wird hierdurch die Amplitude auf den Mittelwert normiert, womit auch bei steigernder oder fallender Intensität des Mischlichts eine sichere Erkennung des Fehlerzustandes gewährleistet wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Intensitätswert während einer Zeitdauer reduzierter Intensität des intensitätsmodulierten Mischlichts ermittelt. Der Fehlerzustand ergibt sich, wenn der Intensitätswert unter einen Intensitätsschwellwert fällt. Das abklingende Fluoreszenzlicht kann somit auf einfache Art und Weise erfasst und der Fehlerzustand ermittelt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Intensität des Primärlichtbündels von einem erhöhten Intensitätsniveau aus innerhalb einer Abfallzeitdauer nur um etwa 10% des erhöhten Intensitätsniveaus auf ein verringertes Intensitätsniveau reduziert. Hierdurch ergeben sich verringerte Anforderungen an die Laserlichtquelle und mithin können Kosten auf Seiten der Laserlichtquelle eingespart werden, da der Laser effizienter genutzt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ergibt sich der Fehlerzustand, wenn ein zeitlicher Mittelwert der Wurzel der Intensität unter einen Schwellwert fällt. Damit ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit, mittels der Detektionseinrichtung ein unerwünschtes Abfallen der Intensität der Laserlichtquelle zu erfassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Laserlichtquelle abgeschaltet, wenn der Fehlerzustand ermittelt wird. Hierdurch wird die Sicherheit beim Betrieb des Lichtmoduls ermöglicht und eine Blendung des Gegenverkehrs oder eine Zerstörung des Lichtmoduls durch die Laserlichtquelle selbst werden wirksam unterbunden. Um die Amplitudenwerte zu messen ist es vorteilhaft die Messwerte am Detektor synchron mit der Laseramplitudenmodulation auszulesen.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Für funktionsäquivalente Größen und Merkmale werden in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 und 2 ein Lichtmodul in schematischer Form;
3 bis 6 schematische Lichtintensitätsverläufe; und
7 bis 9 jeweils ein schematisches Blockdiagramm.
1 zeigt in schematischer Form ein Lichtmodul 2 eines Kraftfahrzeugscheinwerfers. Das Lichtmodul 2 umfasst eine Laserlichtquelle 4, ein Photolumineszenzelement 6 und eine Detektionseinrichtung 8. Mittels einer Steuereinrichtung 10 wird die Laserlichtquelle 4 betrieben. Mittels einer Schalteinrichtung 12 kann beispielsweise eine Spannungsversorgung der Laserlichtquelle 4 unterbrochen werden oder hergestellt werden. Selbstverständlich kann sich zwischen der Laserlichtquelle 4 und dem Photolumineszenzelement 6 ein weiteres Optikelement befinden.
In dem dargestellten Normalbetrieb trifft ein Primärlichtbündel 14 auf das Photolumineszenzelement 6, welches im Strahlengang des Primärlichtbündels 14 der Laserlichtquelle 4 angeordnet ist. Im dargestellten Normalbetrieb wird das Primärlichtbündel 14 von der Laserlichtquelle 4 intensitätsmoduliert. Im Normalbetrieb trifft das intensitätsmodulierte Primärlichtbündel 14 auf das Photolumineszenzelement 6. Das Photolumineszenzelement 6 ist derart ausgebildet, dass das Laserlicht des Primärlichtbündels 14 teilweise gestreut und teilweise mittels Photolumineszenz in Licht mit einer von dem Laserlicht abweichenden Wellenlänge umgewandelt wird. Das Photolumineszenzelement 6 weist hierzu einen Photolumineszenzfarbstoff auf und wirkt teilweise lichtstreuend. Entsprechend wird eine Sekundärlichtverteilung 16 erzeugt. Die Mischung aus Photolumineszenzlicht und gestreutem Laserlicht wird als weißes Licht in Form von Mischlicht 18 von dem Photolumineszenzelement 6 abgestrahlt. Die Sekundärlichtverteilung 16 umfasst das intensitätsmodulierte Mischlicht 18.
Das Lichtmodul 2 umfasst eine Abstrahloptikeinrichtung 20, welche beispielhaft als parabolisch gewölbter Reflektor ausgebildet ist. Die Abstrahloptikeinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, die Sekundärlichtverteilung 16 im Wesentlichen um eine Hauptabstrahlrichtung 22 des Lichtmoduls 2 konzentrierte Abstrahllichtverteilung 24 des Lichtmoduls 2 umzuformen. In Abstrahlrichtung 22 wird das Mischlicht 18 in Richtung der Fahrbahn des Kraftfahrzeugs gelenkt.
Eine Reflektorfläche 26 ist vorwiegend derart gewölbt, dass ein Brennpunkt 28 definiert ist, so dass ein von dem Brennpunkt 28 ausgehendes, gedachtes, divergierendes Lichtbündel von der Reflektorfläche 26 in ein Parallellichtbündel umgelenkt wird. Der Brennpunkt 28 liegt vorzugsweise im optisch aktiven Bereich des Photolumineszenzelements 6. Die Abstrahloptik 20 weist einen Durchbruch 30 auf, durch den das Mischlicht 18b der Sekundärlichtverteilung 16 hindurchtritt und auf eine Sensoreinrichtung 32 trifft. Die Sensoreinrichtung 32 ermittelt die Intensität 34 des auftreffenden intensitätsmodulierten Mischlichts 18b und leitet ein Signal gemäß der Intensität 34 an eine Auswerteeinrichtung 36 weiter.
Durch das auftreffende Primärlichtbündel 14 wird das Photolumineszenzelement 6 zur Ausstrahlung der Sekundärlichtverteilung 16 veranlasst, welche einen im Vergleich zu dem Primärraumwinkelbereich deutlich größeren Sekundärraumwinkelbereich ausfüllt. Das Mischlicht 18 der Sekundärlichtverteilung 16 ist vorzugsweise inkohärent, polychromatisch oder weiß und weist die potentiell gefährlichen Eigenschaften von Laserlicht nicht mehr auf.
Das Primärlichtbündel 14 veranlasst das Photolumineszenzelement 6 zur Ausstrahlung des intensitätsmodulierten Lumineszenzlichts und zur Ausstrahlung von gestreutem, intensitätsmodulierten Laserlicht. Sinkt nun die Intensität des Primärlichtbündels 14 schnell ab, so leuchtet das Lumineszenzlicht gegenüber dem gestreuten Laserlicht nach, was im Wesentlichen durch eine mittlere Lumineszenzlebensdauer bzw. durch die Abklingzeit des Lumineszenzlichts charakterisiert ist. Die mittlere Photolumineszenzlebensdauer hängt im Wesentlichen von den Materialeigenschaften des Photolumineszenzelements 6 ab.
Die Detektionseinrichtung 8 ist derart ausgestaltet, dass in Abhängigkeit von dem auftreffenden intensitätsmodulierten Mischlicht 18b ein Fehlerzustand des Lichtmoduls 2 detektiert wird. Dieser Fehlerzustand umfasst beispielsweise eine Reduktion des detektierten Lumineszenzlichts, was auf eine örtliche oder qualitative Veränderung des Photolumineszenzelements, wie beispielsweise eine Verformung des Lichtmoduls 2 bei einem Unfall oder eine lebensdauerbedingte Verschlechterung der Lumineszenzeigenschaften schließen lässt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Lichtmoduls 2 kann insbesondere die Sensoreinrichtung 32 an einem anderen Ort angeordnet werden. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung 32 zwischen der Abstrahloptikeinrichtung 20 und dem Photolumineszenzelement 6 angeordnet werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Sensoreinrichtung 32 bezüglich des Photolumineszenzelements 6 auf der gegenüberliegenden Seite der Abstrahloptikeinrichtung 20 angeordnet sein. Das bedeutet, dass sich die Sensoreinrichtung 32 gegenüber einer gedachten Linie 38 durch das Photolumineszenzelement 6 auf der anderen Seite der Abstrahloptikeinrichtung 20 befindet. Mithin erstreckt sich die Sekundärlichtverteilung 16 auch auf den der Linie 38 gegenüberliegenden Bereich. Auch die Laserlichtquelle 4 kann sich an einer anderen Stelle befinden. Mithin ergeben sich hohe Freiheitsgrade bei der Anordnung der Laserlichtquelle 4 und der Sensoreinrichtung 32. Wesentlich für die Anordnung der Sensoreinrichtung 32 ist, dass das Mischlicht 18b auf die Sensoreinrichtung 32 trifft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung 32 jedoch derart angeordnet, dass das Primärlicht des Primärlichtbündels 14 auf die Sensoreinrichtung 32 trifft. So kann die Sensoreinrichtung 32 beispielsweise auf der Primärstrahlachse angeordnet sein oder ein optisches Element führt Licht aus dem Primärbereich zu der Sensoreinrichtung 32. Dadurch kann auch bei stärker beschädigtem Photolumineszenzelement 6 noch Licht auf die Sensoreinrichtung 32 gelangen.
Stellt die Auswerteeinrichtung 36 in Abhängigkeit von der Intensität 34 den Fehlerzustand des Lichtmoduls 2 fest, so wird die Schalteinrichtung 12 mittels eines Signals 40, das von der Auswerteeinrichtung 36 erzeugt wird, derart geöffnet, dass die Laserlichtquelle 4 abgeschaltet wird.
2 zeigt das Lichtmodul 2 aus 1 in einem beispielhaft dargestellten Fehlerzustand. Dieser beispielhafte Fehlerzustand umfasst einen schematisch dargestellten Bruch 42 des Photolumineszenzelements 6. Durch den Bruch 42 ergibt sich eine veränderte Sekundärlichtverteilung 16 mit von dem Mischlicht 18 unterschiedlichen Mischlicht 42. Das Mischlicht 42 umfasst intensitätsmoduliertes Lumineszenzlicht mit einem erhöhten Anteil von intensitätsmoduliertem Laserlicht. Dadurch erhöht sich die von der Detektionseinheit 8 gemessene Modulationsamplitude, womit der Fehlerzustand des Lichtmoduls 2 ermittelbar ist und die Laserlichtquelle 4 mittels des Schaltmittels 12 und des Signals 40 abschaltbar ist.
Neben dem Bruch 42 kann der Fehlerzustand des Lichtmoduls 2 auch eine Verschiebung der einzelnen Elemente des Lichtmoduls 2, beispielsweise der Laserlichtquelle 4 zu dem Photolumineszenzelement 6 umfassen. Der Fehlerzustand 2 kann ebenso eine Fehlfunktion der Laserlichtquelle 4 umfassen. So kann eine Ansteuerung der Laserlichtquelle 4 fehlerhaft sein und damit den Fehlzustand des Lichtmoduls 2 hervorrufen.
Bei der Laserlichtquelle 4 handelt es sich beispielsweise um einen Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 440 bis 470 nm. Das Photolumineszenzelement 6 wandelt das auftreffende Primärlichtbündel 14 teilweise in gelbes Lumineszenzlicht mit einer Wellenlänge von 490 bis 700 nm. Das Mischlicht umfasst somit gestreutes blaues Licht und gelbes Lumineszenzlicht und ergibt weißes Licht.
Selbstverständlich kann das Photolumineszenzelement 6 auch von mehreren Laserlichtquellen 4 auch beidseitig beleuchtet werden. Des Weiteren kann dem Lichtmodul 2 eine Projektionslinse in Form einer Freiformlinse und/oder eine Blende zugeordnet werden, wobei die Blende zur Erzeugung einer Hell-Dunkelgrenze dient, wie sie für eine Abblendlichtverteilung nötig ist.
3 zeigt einen ersten Intensitätsverlauf 46 des Lichts des Primärlichtbündels 14 über der Zeit t. Das Primärlichtbündel 14 wird gemäß dem Verlauf 46 mit einer Modulationsfrequenz f0 entsprechend einer Periodendauer T0 moduliert, womit sich ein im Wesentlichen periodischer Verlauft 46 ergibt. Der Verlauf 46 fällt von einer oberen Intensität I1 auf eine untere Intensität I2 ab. Die obere Intensität I1 hält eine Zeitdauer TA an. Die untere Intensität I2 hält eine Zeitdauer TB, die auch Reduktionszeitdauer bezeichenbar ist, an. Die untere Intensität I2 liegt bevorzugt bei einer Intensität von Null, um die Empfindlichkeit der Messung zu verbessern. Die untere Intensität I2 kann aber selbstverständlich auch oberhalb einer Intensität von Null liegen.
4 zeigt einen zweiten Intensitätsverlauf 48 des gestreuten Laserlichts in dem Mischlicht 18, 42 über der Zeit t. Nach der Reduktion der Laserintensität nimmt die Intensität des gestreuten Laserlichts sofort ab. Durch Messung der Intensität L1 zum Zeitpunkt T1 und der Intensität L2 zum Zeitpunkt T2 bestimmt sich eine erste Modulation M_laser nach der Gleichung 1. Die Modulation M ist allgemein ein normiertes Maß zur Feststellung einer Änderung des Intensitätsverlaufs. M_laser = L1 – L2 / L1 + L2 (1)
5 zeigt einen zweiten Intensitätsverlauf 50 des in dem Photolumineszenzelement 6 erzeugten Lumineszenzlichts in dem Mischlicht 18, 42 über der Zeit t. Das Lumineszenzlicht ist auch als Floureszenzlicht bezeichenbar. Nach der Reduktion der Laserintensität nimmt die Intensität des Lumineszenzlichts nicht sofort ab sondern das Lumineszenzlicht leuchtet nach und fällt exponentiell bis auf eine Intensität F3 ab. Nachleuchten bedeutet, dass das Laserlicht im Photolumineszenzelement 6 etwas Zeit benötigt bis es zu längerwelligem Lumineszenzlicht konvertiert wird. Daher setzt auch zu Beginn der Lasereinstrahlung die Fluoreszenzstrahlung etwas verzögert ein, was in den Figuren aus Übersichtsgründen vereinfacht dargestellt wurde. Durch Messung der Intensität F1 zum Zeitpunkt T1 und der Intensität F2 zum Zeitpunkt T2 bestimmt sich eine zweite Modulation M_f nach der Gleichung 2. M_f = F1 – F2 / F1 + F2 (2)
Der Zeitpunkt T2 wird so gewählt, dass die Laserstrahlung bereits reduziert ist und gleichzeitig die Photolumineszenz im Sinne der Fluoreszenz erst wenig abgeklungen ist. Daraus ergibt sich, dass die erste Modulation M_laser größer als die zweite Modulation M_f ist. Durch Messung der Modulation kann also das Verhältnis von Photolumineszenzstrahlung zu gestreuter Laserstrahlung bestimmt werden, ohne das eine spektral aufgelöste Messung notwendig ist.
6 zeigt einen dritten Intensitätsverlauf 52 des Mischlichts 18, 42 über der Zeit t. Die Intensität des Mischlichts 18, 42 ergibt sich aus der Addition der Verläufe 48 und 50. Ausgehend von einer oberen Intensität L1 + F1 fällt die Intensität des Mischlichts 18, 42 auf eine untere Intensität F3 ab. Bei dem Zeitpunkt T2 wird eine Intensität L2 + F2 erreicht. Entsprechend ergibt sich eine dritte Modulation M_W nach der Gleichung 3. M_w = L1 + F1 – L2 – F2 / L1 + F1 + L2 + F2 (3)
Wieder wird analog die Modulation M_w bestimmt wobei gilt: M_f < M_w < M_laser. Falls M_w einen vorgegebenen Wert M_grenze überschreitet, ist das Photolumineszenzelement 6 potentiell beschädigt und Sicherheitsmaßnahmen sollten eingeleitet werden, z.B. wird die Laserlichtquelle 4 abgeschaltet. Dies sollte z.B. geschehen wenn weniger als 50 % des Laserlichts in Photolumineszenzlicht umgewandelt werden und die Modulation M_w somit den vorgegebenen Wert M_grenze gemäß der Ungleichung 4 überschreitet.
Ein größerer Wert der Modulation M_w bedeutet einen erhöhten Anteil an gestreutem Laserlicht im Mischlicht. Entsprechend bedeutet ein niedrigerer Wert der Modulation M_w einen verringerten Anteil an gestreutem Laserlicht im Mischlicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Modulationsfrequenz f0 größer als die inverse Abklingzeit, da nach längerem Abklingen der Fluoreszenz das gestreute Laserlicht und das Lumineszenzlicht nicht mehr auf einfache Art und Weise unterschieden werden können. Andererseits darf die Modulationsfrequenz nicht höher sein als die Grenzfrequenz des Detektors 32. Bei einer typischen Abklingzeit von 10 µs sollte die Modulationsfrequenz f0 somit zwischen 0,1 MHz und 1 MHz liegen.
In der Abklingzeit fällt die Fluoreszenz auf den e-ten Teil also auf etwa 37% ab. In 5 bezieht sich dieser Abfall auf den Bereich zwischen F1 und F3. Das entspricht im vorliegenden Beispiel etwa der Differenz zwischen T1 und T2.
Somit wird der erste Intensitätswert L1 + F1 innerhalb der Zeitdauer TA erhöhter Intensität 34 innerhalb der Periode T0 ermittelt. Es wird der zweiter Intensitätswert L2 + F2 innerhalb der Zeitdauer TB verringerter Intensität 34 innerhalb der Periode T0 ermittelt. Die Modulation M_w wird in Abhängigkeit von dem ersten Intensitätswert L1 + F1 und in Abhängigkeit von dem zweiten Intensitätswert L2 + F2 ermittelt. Der Fehlerzustand des Lichtmoduls 2 wird dann gemäß der Ungleichung 4 durch einen Vergleich der Modulation M_w mit einem vorgegebenen Wert M_grenze detektiert.
Zur Berechnung der Modulation kann die Messung auch im Frequenzraum durchgeführt werden. Das Powerspektrum des Mischlichts enthält bei der Modulationsfrequenz f0 einen Peak, der sein Maximum erreicht wenn kein Lumineszenzlicht vorhanden ist. Besteht das Licht auch nur teilweise aus Lumineszenzlicht nimmt dieser Peak bei der Modulationsfrequenz ab. Diese Messung kann mit einem elektronischen Filter, der nur Signale bei der Modulationsfrequenz f0 transmittiert, einfach durchgeführt werden.
7 zeigt ein Blockdiagramm 74 als Teil der Auswerteeinheit 36. Einem Block 76 wird die Lichtintensität 34 zugeführt. Der Block 76 ermittelt die Amplitude A10 durch eine Analyse des Frequenzspektrums bei der Modulationsfrequenz f0 und führt diese einem Block 78 zu. Dem Block 78 wird des Weiteren der Amplitudenschwellwert At zugeführt. Der Block 78 führt eine Schwellwertoperation aus und ermittelt, wenn die Amplitude A10 oberhalb des Amplitudenschwellwerts At liegt, den Fehlerzustand des Lichtmoduls 2 und erzeugt das Signal 40 zum Öffnen der Schalteinrichtung 12.
8 zeigt ein Blockdiagramm 80. Einem Block 82 wird die Lichtintensität 34 zugeführt. Die Lichtintensität 34 entspricht im Wesentlichen dem Verlauf 48. Der Block 82 ermittelt gemäß einer Frequenzanalyse des Intensitätssignals 34 die Amplitude A9 bei einer Frequenz von Null Hertz und die Amplitude A10 bei der Modulationsfrequenz f0 und führt diese einem Block 84 zu. Der Block 84 ermittelt ein Verhältnis 86 der Amplitude A10 zu der Amplitude A9 und führt dieses Verhältnis 86 einem Block 88 zu. Der Block 88 führt eine Schwellwertoperation aus und überprüft, ob das Verhältnis 86 oberhalb eines dem Block 88 zugeführten Verhältnisschwellwert 68s liegt. Ist dies der Fall, erzeugt der Block 88 das Signal 40 gemäß einem Feststellen des Fehlerzustandes des Lichtmoduls 2 und öffnet die Schalteinrichtung 12. Das Verhältnis 86 erreicht sein Maximum, wenn kein Fluoreszenzlicht erzeugt wird.
9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm 90 als Teil der Auswerteeinrichtung 36. Einem Block 92 wird die Lichtintensität 34 und ein Taktsignal 94 zugeführt. Der Block 92 kann mittels des Taktsignals 94 die Intensität 96, beispielsweise einen Mittelwert, innerhalb der Zeitdauer TB ermitteln. Einem Block 98 wird die Intensität 96 sowie ein Intensitätsschwellwert 96s zugeführt. Übersteigt die Intensität 96 den Intensitätsschwellwert 96s, so erzeugt der Block 98 das Signal 40.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012220481 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Lichtmoduls (2) für ein Kraftfahrzeug, das Lichtmodul (2) umfassend: – eine Laserlichtquelle (4), – ein Photolumineszenzelement (6), welches derart angeordnet ist, dass ein Primärlichtbündel (14) auf das Photolumineszenzelement (6) trifft, – eine Detektionseinrichtung (8), welche derart angeordnet ist, dass Mischlicht (18b; 42b) einer Sekundärlichtverteilung (16) auf die Detektionseinrichtung (8) trifft, wobei das Verfahren umfasst: – Ausstrahlen des Primärlichtbündels (14) mittels der Laserlichtquelle (4), wobei das Primärlichtbündel (14) intensitätsmoduliert wird; – Ausstrahlen der Sekundärlichtverteilung (16) mit intensitätsmoduliertem Mischlicht (18; 42) umfassend gestreutes, intensitätsmoduliertes Laserlicht (56) und intensitätsmoduliertes Lumineszenzlicht (62) durch das auf das Photolumineszenzelement (6) auftreffende intensitätsmodulierte Primärlichtbündel (14); und – Detektieren eines Fehlerzustands des Lichtmoduls (2) mittels der Detektionseinrichtung (8) in Abhängigkeit von dem auf die Detektionseinrichtung (8) auftreffenden intensitätsmodulierten Mischlicht (18b; 42b).
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lichtintensitätsmodulation des Primärlichtbündels (14) und eine Abklingzeit des mittels des Photolumineszenzelements (6) ausgestrahlten Lumineszenzlichts (62) derart aufeinander abgestimmt sind, sodass der Fehlerzustand detektierbar ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Zeitdauer (TB) der verringerten Intensität des Primärlichtbündels (14) der Laserlichtquelle (4) und die Abklingzeit derart aufeinander abgestimmt sind, sodass der Fehlerzustand des Lichtmoduls (2) detektierbar ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Primärlichtbündel (14) mittels der Laserlichtquelle (4) mit einer Periode (T0) intensitätsmoduliert wird, wobei ein erster Intensitätswert (L1 + F1) innerhalb einer Zeitdauer (TA) erhöhter Intensität (34) innerhalb der Periode (T0) ermittelt wird, wobei ein zweiter Intensitätswert (L2 + F2) innerhalb der Zeitdauer (TB) verringerter Intensität (34) innerhalb der Periode (T0) ermittelt wird, wobei eine Modulation (Mw) in Abhängigkeit von dem ersten Intensitätswert (L1 + F1) und in Abhängigkeit von dem zweiten Intensitätswert (L2 + F2) ermittelt wird, und wobei der Fehlerzustand des Lichtmoduls (2) durch einen Vergleich der Modulation (Mw) mit einem vorgegebenen Wert (Mgrenze) detektiert wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Primärlichtbündel (14) mittels der Laserlichtquelle (4) mit einer Modulationsfrequenz (f0) intensitätsmoduliert wird, wobei eine Amplitude (A10) der Intensität des Mischlichts (18b) bei der Modulationsfrequenz (f0) ermittelt wird, und wobei der Fehlerzustand des Lichtmoduls (2) ermittelt wird, wenn die Amplitude (A10) über einen Amplitudenschwellwert (At) steigt.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Verhältnis (86) der Amplitude (A10) zu einem zeitlichen Mittelwert (A9) der Amplitude der Intensität (I18) des Mischlichts (18b; 42b) oder zu einer Amplitude (A9) der Intensität (I18) des Mischlichts (18b) bei einer Frequenz von Null Hertz ermittelt wird, und wobei der Fehlerzustand des Lichtmoduls (2) ermittelt wird, sobald das Verhältnis (86) über einen Verhältnisschwellwert (86s) steigt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Intensitätswert (96) während einer Zeitdauer (TB) reduzierter Intensität (34) des intensitätsmodulierten Mischlichts (18b; 42b) ermittelt wird, und wobei der Fehlerzustand des Lichtmoduls (2) ermittelt wird, sobald der Intensitätswert (96) unter einen Intensitätsschwellwert (96s) fällt.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinrichtung (8) die Intensität des auftreffenden Mischlichts (18b; 42b) erfasst.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fehlerzustand des Lichtmoduls (2) ermittelt wird, wenn ein zeitlicher Mittelwert (A9) der Amplitude der Intensität des Mischlichts (18b; 42b) oder eine Amplitude (A9) der Intensität (I18) des Mischlichts (18b) bei einer Frequenz von Null Hertz unter einen Schwellwert fällt.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Laserlichtquelle (4) abgeschaltet oder mit reduzierter Leistung betrieben wird, wenn der Fehlerzustand ermittelt wird.
Eine Lichtmodul (2) für ein Kraftfahrzeug umfassend: – eine Laserlichtquelle (4) zur Ausstrahlung eines intensitätsmodulierten Primärlichtbündels (14), – ein Photolumineszenzelement (6), welches derart angeordnet ist, dass das mit der Laserlichtquelle (4) ausstrahlbare, intensitätsmodulierte Primärlichtbündel (14) auf das Photolumineszenzelement (6) trifft, und welches derart ausgebildet ist, dass durch das auftreffende intensitätsmodulierte Primärlichtbündel (14) eine Sekundärlichtverteilung (16) mit intensitätsmoduliertem Mischlicht (18) umfassend gestreutes, intensitätsmoduliertes Laserlicht (56) und intensitätsmoduliertes Lumineszenzlicht (62) ausstrahlbar ist, – eine Detektionseinrichtung (8), welche derart angeordnet ist, dass das intensitätsmodulierte Mischlicht (18b; 42b) der Sekundärlichtverteilung (16) auf die Detektionseinrichtung (8) trifft, und welche derart ausgebildet ist, dass ein Fehlerzustand des Lichtmoduls (2) in Abhängigkeit von dem auf die Detektionseinrichtung auftreffenden, intensitätsmodulierten Mischlicht (18b; 42b) detektierbar ist.
Das Lichtmodul (2) nach Anspruch 11, wobei das Lichtmodul (2) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Ein Kraftfahrzeugscheinwerfer umfassend das Lichtmodul (2) nach Anspruch 11 oder 12.