DE102016113523A1 - Laser light module with a passive protection device to prevent the emission of laser light - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird ein Laserlichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit einer Laserlichtquelle und einem Wellenlängenkonverter, der von der Laserlichtquelle mit Laserlicht beleuchtet wird, das vergleichsweise kurze Wellenlängen besitzt. Der Wellenlängenkonverter streut einen Teil des emittierten Laserlichtes und konvertiert einen weiteren Teil des emittierten Laserlichtes in Licht mit vergleichsweise längeren Wellenlängen. Das Laserlichtmodul weist eine wellenlängenselektive Blende aufweist, die im Lichtweg hinter dem Wellenlängenkonverter angeordnet ist und einen Strahlquerschnitt abdeckt, den das Laserlicht dort bei fehlendem Wellenlängenkonverter besitzen würde, ohne dabei eine über diesen Strahlquerschnitt hinausragende Fläche abzudecken, und die für Licht der kürzeren Wellenlängen eine kleinere Transmission aufweist als für Licht der längeren Wellenlängen. Das Laserlichtmodul weist ein optisches Element auf, das im Lichtweg hinter der Wellenlängenselektive Blende angeordnet und dazu eingerichtet ist, durch die wellenlängenselektive Blende hindurch transmittiertes Licht so über die vom Laserlichtmodul beleuchtete Fläche zu verteilen, dass dort eine farblich homogene Lichtverteilung entsteht.Disclosed is a laser light module for a motor vehicle headlight, comprising a laser light source and a wavelength converter, which is illuminated by the laser light source with laser light having comparatively short wavelengths. The wavelength converter disperses a part of the emitted laser light and converts another part of the emitted laser light into light having comparatively longer wavelengths. The laser light module has a wavelength-selective diaphragm which is arranged in the light path behind the wavelength converter and covers a beam cross-section which would have the laser light there in the absence of wavelength converter, without covering an area projecting beyond this beam cross-section, and which is a smaller for light of shorter wavelengths Transmission than for light of longer wavelengths. The laser light module has an optical element which is arranged in the light path behind the wavelength-selective diaphragm and is arranged to distribute light transmitted through the wavelength-selective diaphragm over the area illuminated by the laser light module so that a color-homogeneous light distribution is formed there.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserlichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a laser light module for a motor vehicle headlight according to the preamble of claim 1.
Ein solches Laserlichtmodul wird als per se bekannt vorausgesetzt und weist eine Laserlichtquelle und einen Wellenlängenkonverter auf, der von der Laserlichtquelle mit Laserlicht beleuchtet wird, das Wellenlängen aus einem ersten Wellenlängenbereich besitzt. Der Wellenlängenkonverter ist dazu eingerichtet, einen Teil des emittierten Laserlichtes zu streuen und einen weiteren Teil des emittierten Laserlichtes in Licht mit Wellenlängen aus einem zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren und zu emittieren. Die Wellenlängen des zweiten Wellenlängenbereichs sind größer als die Wellenlängen des ersten Wellenlängenbereichs.Such a laser light module is assumed to be known per se and has a laser light source and a wavelength converter, which is illuminated by the laser light source with laser light having wavelengths from a first wavelength range. The wavelength converter is configured to scatter a part of the emitted laser light and to convert and emit a further part of the emitted laser light into light having wavelengths from a second wavelength range. The wavelengths of the second wavelength range are greater than the wavelengths of the first wavelength range.
Im Bereich der Kfz-Beleuchtung, insbesondere bei Kfz-Scheinwerfern, ist die Verwendung von leistungsstarken Lichtquellen mit möglichst hoher Leuchtdichte erwünscht. Dadurch lassen sich mit kleinem Bauraum lichtstarke Beleuchtungseinrichtungen realisieren. Die abgestrahlten Lichtverteilungen müssen bestimmte, in der Regel gesetzlich vorgegebene Eigenschaften aufweisen. Für die Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges ist in der Regel weißes Licht erwünscht.In the field of automotive lighting, especially in motor vehicle headlamps, the use of high-performance light sources with the highest possible luminance is desired. As a result, high-intensity lighting devices can be realized with a small space. The radiated light distributions must have certain, usually prescribed by law properties. For the headlights of a motor vehicle usually white light is desired.
Mit Laserlichtquellen, beispielsweise Halbleiter-Laserdioden, lassen sich hohe Strahlungsleistungen erzielen. Allerdings strahlen Laserlichtquellen meist nahezu monochromatisches, kohärentes und stark kollimiertes Laserlicht aus, das in dieser Form nicht unmittelbar als abgestrahltes Licht der Beleuchtungseinrichtung verwendet werden kann, und das auch nicht weiß ist.With laser light sources, such as semiconductor laser diodes, high radiation performance can be achieved. However, laser light sources emit mostly almost monochromatic, coherent and highly collimated laser light, which can not be used directly in this form as radiated light of the illumination device, and which is also not white.
Der oben genannte Wellenlängenkonverter dient in diesem Zusammenhang dazu, das monochromatische, kohärente Laserlicht in diffuses und weitgehend inkohärentes weißes Licht umzuwandeln. Als Wellenlängenkonverter kommen insbesondere Fluoreszenzfarbstoffe in Frage. Aus der
Der Wellenlängenkonverter konvertiert auf diese Weise das potenziell gesundheitsgefährdende kohärente und in der Regel monochromatische Laserlicht in ungefährliches, polychromatisches Mischlicht. Zur Unterscheidung von gestreutem Laserlicht, das noch die gleiche Wellenlänge besitzt wie das direkt von der Laserlichtquelle ausgehende kohärente und monochromatische Laserlicht, wird letzteres im Folgenden auch als direktes Laserlicht bezeichnet.In this way, the wavelength converter converts the potentially harmful coherent and usually monochromatic laser light into harmless, polychromatic mixed light. In order to distinguish between scattered laser light, which still has the same wavelength as the coherent and monochromatic laser light emanating directly from the laser light source, the latter is also referred to below as direct laser light.
Bei einer Beschädigung des Scheinwerfers, wie sie zum Beispiel bei einem Unfall auftreten kann, besteht die Gefahr, dass der Wellenlängenkonverter beschädigt wird und kohärentes Laserlicht, also direktes Laserlicht, ohne diffus gestreut zu werden oder in Licht mit größeren Wellenlängen umgewandelt zu werden aus dem Scheinwerfer austritt. Daher sind Sicherheitseinrichtungen erforderlich, die den Austritt von direktem und damit kohärentem, nicht gestreutem Laserlicht verhindern.If the headlamp is damaged, such as may occur in an accident, there is a risk that the wavelength converter will be damaged and coherent laser light, ie direct laser light, without being diffused or converted into light of longer wavelengths from the headlamp exit. Therefore, safety devices are required to prevent the leakage of direct and thus coherent, non-scattered laser light.
Zu diesem Zweck sind sowohl aktive als auch passive Sicherungseinrichtungen bekannt.For this purpose, both active and passive safety devices are known.
Aktive Sicherheitseinrichtungen detektieren Beschädigungen und schalten den Laser gegebenenfalls aktiv ab. Beispiele solcher Sicherheitseinrichtungen sind aus der
Bekannt sind auch passive Systeme, die das nicht am Wellenlängenkonverter gestreute oder dort konvertierte direkte Laserlicht durch Abschattung blockieren. Nachteile dieser Sicherheitseinrichtungen bestehen darin, dass sie entweder zusätzliche elektronische Bauteile wie Detektoren benötigen oder dass sie eine geringe optische Effizienz besitzen. Bei bekannten passiven Systemen, die bei beschädigtem Wellenlängenkonverter das dann nicht am Wellenlängenkonverter gestreute oder konvertierte Laserlicht blockieren, wird auch bei funktionsfähigem Wellenlängenkonverter ein Teil des Nutzlichtes abgeschattet, wobei die Abschattungsverluste etwa 20% bis 40% betragen.Also known are passive systems that block the not scattered at the wavelength converter or converted there direct laser light by shading. Disadvantages of these safety devices are that they either require additional electronic components such as detectors or that they have a low optical efficiency. In the case of known passive systems, which then block the laser light scattered or converted by the wavelength converter when the wavelength converter is damaged, a portion of the useful light is shaded even with a functional wavelength converter, the shading losses being approximately 20% to 40%.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines robusten passiven Sicherheitssystems für ein Laserlichtmodul, das im fehlerfreien Zustand des Wellenlängenkonverters eine hohe optische Effizienz besitzt.Against this background, the object of the invention is to specify a robust passive safety system for a laser light module which has a high optical efficiency in the error-free state of the wavelength converter.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei unterscheidet sich die vorliegenden Erfindung von dem als per se bekannt vorausgesetzten Lichtmodul dadurch, dass das Lichtmodul eine wellenlängenselektive Blende aufweist, die im Lichtweg hinter dem Wellenlängenkonverter angeordnet ist und einen Strahlquerschnitt abdeckt, den das Laserlicht dort bei fehlendem Wellenlängenkonverter besitzen würde, ohne dabei eine über diesen Strahlquerschnitt hinausragende Fläche abzudecken, und die für Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich eine kleinere Transmission aufweist als für Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich. Ein weiterer Unterschied besteht darin dass das Laserlichtmodul ein optisches Element aufweist, das im Lichtweg hinter der wellenlängenselektiven Blende angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, durch die wellenlängenselektive Blende hindurch transmittiertes Licht so über die vom Laserlichtmodul beleuchtete Fläche zu verteilen, dass dort eine farblich homogene Lichtverteilung entsteht.This object is achieved with the features of claim 1. In this case, the present invention differs from the light module assumed to be known per se in that the light module has a wavelength-selective diaphragm which is arranged in the light path behind the wavelength converter and covers a beam cross-section which the laser light would have there in the absence of a wavelength converter, without a To cover over this beam cross-section projecting surface, and for light from the first Wavelength range has a smaller transmission than for light from the second wavelength range. Another difference consists in that the laser light module has an optical element which is arranged in the light path behind the wavelength-selective diaphragm and is arranged to distribute light transmitted through the wavelength-selective diaphragm over the area illuminated by the laser light module so that there a color-homogeneous light distribution arises.
Die für das Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich, also für das Laserlicht, kleinere Transmission bewirkt, dass kohärentes Laserlicht, das bei beschädigtem oder fehlendem Wellenlängenkonverter ungeschwächt aus dem Laserlichtmodul austreten könnte, durch die wellenlängenselektive Blende abgeschattet und damit zumindest abgeschwächt wird.The smaller transmission for the light from the first wavelength range, that is to say for the laser light, causes coherent laser light, which could emerge unattenuated from the laser light module in the event of a damaged or missing wavelength converter, being shaded by the wavelength-selective diaphragm and thus at least attenuated.
Gleichzeitig wird bei unbeschädigtem Wellenlängenkonverter auf die Wellenlängenselektive Blende einfallendes Fluoreszenzlicht nicht oder zumindest weniger stark abgeschwächt, so dass dieses Licht noch zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung beitragen kann. Dadurch werden Einbußen bei der optischen Effizienz (Verhältnis der insgesamt zur Lichtverteilung beitragenden Nutzlichtleistung zur Lichtleistung der Laserlichtquelle) begrenzt.At the same time, with an undamaged wavelength converter, fluorescent light incident on the wavelength-selective diaphragm is not attenuated or at least less strongly attenuated, so that this light can still contribute to the generation of a desired light distribution. This limits losses in the optical efficiency (ratio of the total useful light power contributing to the light distribution to the light output of the laser light source).
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Wellenlängenkonverter in Bezug auf seine Laserlicht streuenden und konvertierenden Eigenschaften dazu eingerichtet ist, erst zusammen mit dem durch die Wellenlängenselektive Blende hindurch transmittierten und von dem optischen Element umgelenkten Licht das für Scheinwerfer erforderliche weiße Licht zu erzeugen.A preferred embodiment is characterized in that the wavelength converter with respect to its laser light scattering and converting properties is adapted only to generate together with the light transmitted through the wavelength selective iris and deflected by the optical element, the required white light for headlamps.
Bevorzugt ist auch, dass die Transmission der wellenlängenselektiven Blende für Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich vernachlässigbar gering ist, insbesondere kleiner als 1% ist.It is also preferable that the transmission of the wavelength-selective diaphragm for light from the first wavelength range is negligibly small, in particular less than 1%.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch eine im Lichtweg des Laserlichtes angeordnete Strahlformungsoptik aus, die von der Laserlichtquelle ausgehendes Laserlicht auf den Wellenlängenkonverter konzentriert.A further preferred embodiment is characterized by a beam-forming optical system arranged in the light path of the laser light, which focuses the laser light emitted by the laser light source onto the wavelength converter.
Bevorzugt ist auch, dass der Wellenlängenkonverter durch ein Trägerbauteil im Lichtmodul befestigt ist und dass die wellenlängenselektive Blende starr mit dem Trägerbauteil verbunden ist.It is also preferred that the wavelength converter is fastened by a carrier component in the light module and that the wavelength-selective diaphragm is rigidly connected to the carrier component.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die wellenlängenselektive Blende ein Teil eines parallel zur Hauptabstrahlrichtung des Wellenlängenkonverters aus dem Trägerbauteil herausragenden und quer zu der Hauptabstrahlrichtung in den zweiten Raumwinkelbereich hineinragenden Bügels ist.A further preferred refinement is characterized in that the wavelength-selective diaphragm is a part of a bracket projecting from the carrier component parallel to the main emission direction of the wavelength converter and projecting into the second solid angle region transversely to the main emission direction.
Ferner ist bevorzugt, dass der Bügel ein transparentes Substrat aufweist, das mit einem dichroitischen Material belegt ist.Furthermore, it is preferred that the bracket has a transparent substrate, which is covered with a dichroic material.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der dichroitische Filter eine dielektrische Mehrlagenschicht ist.A further preferred embodiment is characterized in that the dichroic filter is a dielectric multilayer coating.
Bevorzugt ist auch, dass die wellenlängenselektive Blende aus transparentem Material besteht, in das eine Beugungsstruktur eingeprägt ist, die mit Wellenlängen aus dem ersten Wellenlängenbereich einfallendes Licht umleitet oder streut.It is also preferred that the wavelength-selective diaphragm consists of transparent material into which a diffraction structure is impressed which diverts or scatters light incident on wavelengths from the first wavelength range.
Ferner ist bevorzugt, dass das optische Element eine Linse ist, die durch die wellenlängenselektive Blende hindurch transmittiertes Licht so über die vom Laserlichtmodul beleuchtete Fläche verteilt, dass dort eine farblich homogene Lichtverteilung entsteht.Furthermore, it is preferred that the optical element is a lens that distributes the light transmitted through the wavelength-selective aperture through the area illuminated by the laser light module such that a color-homogeneous light distribution is formed there.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das optische Element ein Reflektor ist, der eine Reflektorfacette aufweist, die durch die wellenlängenselektive Blende hindurch getretenes Licht so über die vom Laserlichtmodul beleuchtete Fläche verteilt, dass dort eine farblich homogene Lichtverteilung entsteht.A further preferred refinement is characterized in that the optical element is a reflector which has a reflector facet which distributes light transmitted through the wavelength-selective diaphragm over the area illuminated by the laser light module such that a colorually homogeneous light distribution is formed there.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further advantages will be apparent from the dependent claims, the description and the attached figures.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. In this case, the same reference numerals in different figures denote the same or at least functionally comparable elements. In each case, in schematic form:
Im Einzelnen zeigt die
Die Laserlichtquelle
Eine optional vorhandene Strahlformungsoptik
Der Wellenlängenkonverter
Das Mischlicht wird in einen breiten Raumwinkel abgestrahlt, wobei die Hauptabstrahlrichtung der Richtung des einfallenden Laserlichtes entspricht. Der von dem Mischlicht erfüllte Raumwinkel wird dabei durch den Raumwinkel bestimmt, in dem das bevorzugt in Einfallsrichtung gestreute Laserlicht propagiert, da das Fluoreszenzlicht ohne besondere Vorzugsrichtung und damit breiter als das Streulicht abgestrahlt wird. Wesentlich ist, dass der Raumwinkel des weißen Mischlichtes, das sich bei funktionsfähigem Wellenlängenkonverter
Das Lichtmodul
Die wellenlängenselektive Blende
In diesem Abdeckungsbereich weist die wellenlängenselektive Blende
Auf der anderen Seite hat die Passgenauigkeit der Abdeckung, also der Umstand, dass die wellenselektive Blende
Diese Eigenschaft, oder allgemeiner, die im Vergleich zur Transmission von Licht mit Wellenlängen aus dem zweiten Wellenlängenbereich geringere Transmission von Licht mit Wellenlängen aus dem ersten Wellenlängenbereich wird in einer Ausgestaltung dadurch erzielt, dass die wellenlängenselektive Blende
In einer alternativen Ausgestaltung besteht die wellenlängenselektive Blende
In dem Ausführungsbeispiel, das in der
Der Mischlichtanteil
Um diesen unerwünschten Effekt zu verhindern oder zumindest abzuschwächen, ist das optische Element
Zu diesem Zweck ist das in der
Die zweite Zone
Im Ergebnis werden damit die verschiedenfarbigen Lichtanteile
Der Reflektor
Die zweite Zone
Im Ergebnis werden damit auch durch den Reflektor
Je nach Dicke des Wellenlängenkonverters und der Dichte der Verteilung der Streuzentren des Wellenlängenkonverters erzeugt dieser aus dem auftreffenden Laserlicht
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Wellenlängenkonverter
Der Wellenlängenkonverter
Der Bügel
In einer alternativen Ausgestaltung besteht die wellenlängenselektive Blende
An dem Trägerbauteil
In dem Ausführungsbeispiel, das in der
In einer alternativen Formulierung betrifft die Erfindung ein Laserlichtmodul für einen Scheinwerfer, mit einer Laserlichtquelle zum Emittieren von Laserlicht, das Wellenlängen aus einem ersten Wellenlängenbereich besitzt, in einen ersten Raumwinkelbereich, mit einem im Lichtweg des Laserlichtes angeordneten Wellenlängenkonverter, der dazu eingerichtet ist, einen Teil des in den ersten Raumwinkelbereich emittierten Laserlichtes in einen zweiten Raumwinkelbereich zu streuen und einen weiteren Teil des in den ersten Raumwinkelbereich emittierten Lichtes in Licht mit Wellenlängen aus einem zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren und konvertiertes Licht in den zweiten Raumwinkelbereich zu emittieren, wobei die Wellenlängen des zweiten Wellenlängenbereichs größer als die Wellenlängen des ersten Wellenlängenbereichs sind. Das Laserlichtmodul zeichnet sich dadurch aus, dass eine wellenlängenselektive Blende, die für Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich eine kleinere Transmission aufweist als für Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich, in dem zweiten Raumwinkelbereich so angeordnet ist, dass sie Einfallsrichtungen abdeckt, aus denen von der Laserlichtquelle in den ersten Raumwinkelbereich emittiertes Laserlicht bei einem defekten oder fehlenden Wellenlängenkonverter in den zweiten Raumwinkelbereich einfallen würde und dass das Laserlichtmodul ein optisches Element aufweist, das im Lichtweg hinter der wellenlängenselektiven Blende angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, durch die wellenlängenselektive Blende hindurch transmittiertes Licht mit Wellenlängen aus dem zweiten Wellenlängenbereich so umzulenken, dass sich das umgelenkte Licht mit Licht aus Strahlengängen mischt, die vom Wellenlängenkonverter aus an der wellenlängenselektiven Blende vorbeilaufen.In an alternative formulation, the invention relates to a laser light module for a headlamp, comprising a laser light source for emitting laser light having wavelengths from a first wavelength range, in a first solid angle range, with a wavelength converter arranged in the light path of the laser light, which is adapted to a part of the laser light emitted in the first solid angle range to scatter in a second solid angle range and to convert a further part of the light emitted in the first solid angle range into light having wavelengths from a second wavelength range and to emit converted light in the second solid angle range, wherein the wavelengths of the second wavelength range are greater than the wavelengths of the first wavelength range. The laser light module is characterized in that a wavelength-selective diaphragm which has a smaller transmission for light from the first wavelength range than for light from the second wavelength range, in the second solid angle range is arranged such that it covers directions of incidence from which laser light emitted by the laser light source into the first solid angle range would invade the second solid angle range in the case of a defective or missing wavelength converter and in that the laser light module has an optical element which is arranged in the light path behind the wavelength-selective diaphragm and configured to redirect light transmitted through the wavelength-selective diaphragm with wavelengths from the second wavelength range such that the deflected light mixes with light from beam paths that pass from the wavelength converter at the wavelength-selective diaphragm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F21S0008120000 Ipc: F21S0041000000 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |