DE102016117411B4 - System zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Laserlichtquelle - Google Patents

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Abstract

System (1) zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend- eine Laserlichtquelle (2) zum Aussenden eines Primärlichtbündels aus Laserstrahlen innerhalb eines Raumwinkelbereichs um eine Strahlrichtung (3),- ein Element (4) zur Photolumineszenz, wobei das Element (4) innerhalb des von der Laserlichtquelle (2) ausgesendeten Primärlichtbündels angeordnet ist und derart ausgebildet ist, die auf das Element (4) auftreffenden Laserstrahlen zu absorbieren und zu streuen sowie mittels Photolumineszenz und Streuung Lichtstrahlen eines Sekundärlichts (6) auszusenden, sowie- mindestens eine Schutzvorrichtung (8, 8') zum Schutz vor aus dem System (1) austretenden Laserstrahlen, wobei die Schutzvorrichtung (8, 8') mit einem Schutzelement (9, 9') ausgebildet ist, welches in Form eines Streifens ausgebildet ist und eine längliche Form mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende des Schutzelements (9, 9') als freies Ende innerhalb der Strahlrichtung (3) des Primärlichtbündels sowie in Strahlrichtung (3) nach dem Element (4) zur Photolumineszenz angeordnet ist, wobei die Schutzvorrichtung (8, 8') mindestens einen Sensor aufweist, welcher am ersten Ende des Schutzelements (9, 9') in Strahlrichtung (3) des Primärlichtbündels vor dem Schutzelement (9, 9') und innerhalb des Raumwinkelbereichs der Laserstrahlen des Primärlichbündels der Laserlichtquelle (2) angeordnet sowie als ein Temperatursensor (12) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug. Das System weist eine Laserlichtquelle zum Aussenden eines Primärlichtbündels aus Laserstrahlen innerhalb eines Raumwinkelbereichs um eine Strahlrichtung, ein Element zur Photolumineszenz, ein optisches Element zum Umformen der Lichtstrahlen eines Sekundärlichts in eine Emissionslichtverteilung sowie eine Schutzvorrichtung zum Schutz vor aus dem System austretender Laserstrahlen auf. Das Element zur Photolumineszenz ist innerhalb des von der Laserlichtquelle ausgesendeten Primärlichtbündels angeordnet und derart ausgebildet, die auf das Element auftreffenden Laserstrahlen zu absorbieren und zu streuen sowie mittels Photolumineszenz und Streuung Lichtstrahlen eines Sekundärlichts auszusenden.
  • Aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungen zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug sind zumindest mit einer Laserlichtquelle ausgebildet. Da Laserlichtquellen bei hohen Strahlungsintensitäten eine kleine lichtaussendende Fläche aufweisen und im Wesentlichen kollimierte Lichtbündel ausstrahlen, können mit Laserlicht betriebene optische Systeme mit kleinen Brennweiten für stark gebündelte Strahlenverläufe ausgebildet werden. Derartige Systeme beanspruchen damit einen geringen Bauraum und/oder erzeugen einen stärker kollimierten Lichtstrahl.
  • Herkömmliche Laserlichtquellen emittieren monochromatisches Licht oder Licht in einem stark begrenzten Wellenlängenbereich, beispielsweise blaues Licht. Da der Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs jedoch weißes Mischlicht aussenden sollte, ist das blaue Laserlicht einer Laserlichtquelle in weißes Mischlicht umzuwandeln. Zur Umwandlung des blauen Laserlichts der Laserlichtquelle in weißes Mischlicht werden phosphoriszierende Stoffe beziehungsweise Leuchtstoffe verwendet, welche beispielsweise in keramisches Material eingebettet sind. Die Kombinationen aus keramischem Material und phosphoriszierenden Stoffen werden als Photolumineszenz-Konverter bezeichnet. Die Photolumineszenz-Konverter weisen zumeist einen Photolumineszenzfarbstoff auf, welcher vom blauen Laserlicht der Laserlichtquelle zur Photolumineszenz angeregt wird.
  • Der Photolumineszenzfarbstoff gibt Licht mit vom blauen Laserlicht abweichender Wellenlängen ab, sodass ein Teil des eingestrahlten Lichts eines Wellenlängenbereichs in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt wird. Ein weiterer Anteil des eingestrahlten Lichts wird vom Photolumineszenz-Konverter gestreut. Das gestreute Licht und das durch Photolumineszenz ausgestrahlte Licht überlagern sich und führen beispielsweise zum gewünschten weißen Mischlicht, welches dem Sekundärlicht entspricht.
  • Das von der Laserlichtquelle ausgestrahlte kohärente und stark kollimierte Licht kann bei hohen Strahlungsintensitäten, insbesondere für das menschliche Auge, gefährlich werden. Die Laserlichtquellen sollten beim Einsatz in Kraftfahrzeugen gewissen Sicherheitsvorschriften genügen, zum Beispiel muss die Intensität eines aus einem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs ausgestrahlten Lichts einen Grenzwert einhalten, um andere Verkehrsteilnehmer nicht zu blenden. Die Sicherheitsanforderungen sind speziell auch dann einzuhalten, wenn der Scheinwerfer beispielsweise durch eine mechanische Einwirkung, wie bei einem Unfall, zerstört, verformt oder aus seiner ursprünglichen Anordnung entfernt oder durch einen Fehler bei der Montage unsachgemäß angeordnet ist.
  • Beim Einsatz der Photolumineszenzkonversion in einem Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs mit einer Laserlichtquelle übernimmt der Photolumineszenz-Konverter sicherheitsrelevante Funktionen. Bei Veränderung der Position oder bei Zerstörung des Konverters können stark gebündelte und damit insbesondere für das menschliche Auge gefährliche Laserstrahlen aus dem Scheinwerfer austreten. Der Austritt solcher Strahlen ist zu vermeiden.
  • Aus der DE 10 2012 220 476 A1 geht eine Kraftfahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung mit einer Laserlichtquelle zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels und mit einem Photolumineszenzelement hervor. Das Photolumineszenzelement ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das mit der Laserlichtquelle ausgestrahlte Primärlichtbündel auf das Photolumineszenzelement trifft und unter Ausnutzung von Photolumineszenz eine Sekundärlichtverteilung ausgestrahlt wird. Dabei ist mindestens eine Temperaturmesseinrichtung ausgebildet, um die Temperatur des Photolumineszenzelements zu bestimmen und den ordnungsgemäßen Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung zu überwachen.
  • Zum Stand der Technik gehörende Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge mit einer Laserlichtquelle weisen zudem Photosensoren zum Bestimmen der Zusammensetzung des ausgestrahlten Lichtes auf. Damit können beispielsweise blaues Laserlicht und weißes Mischlicht voneinander unterschieden und eine Fehlfunktion der Vorrichtung, insbesondere bezüglich des Photolumineszenz-Konverters, erkannt werden.
  • Die WO 2014/ 072 227 A1 offenbart ebenfalls eine Kraftfahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung mit einer Laserlichtquelle zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels in einen Primärraumwinkelbereich um eine Primärabstrahlrichtung. Die Beleuchtungsvorrichtung weist ein Photolumineszenzelement auf, welches derart angeordnet ist, dass das mit der Laserlichtquelle ausstrahlbare Primärlichtbündel auf das Photolumineszenzelement trifft. Das Photolumineszenzelement ist derart ausgebildet, dass unter Ausnutzung von Photolumineszenz durch das auftreffende Primärlichtbündel eine Sekundärlichtverteilung mit insbesondere polychromatischem oder weißem Licht ausgestrahlt wird. Zudem ist eine Abstrahloptikeinrichtung ausgebildet, mit welcher die Sekundärlichtverteilung in eine Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung umformbar ist. Die Beleuchtungsvorrichtung weist ein Abstrahlhemmungsmittel auf, um die Umformung von Lichtbündeln in die Abstrahllichtverteilung zu unterdrücken, welche ausgehend von der Laserlichtquelle in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufen.
  • In der JP 2014 - 22 084 A wird ein Lampenmodul für ein Fahrzeug mit einer Laserlichtquelle, einem Lichtemissionselement, welches von der Laserlichtquelle ausgesendetes Laserlicht empfängt und emittiert, sowie einem Schutzelement beschrieben. Das Schutzelement ist innerhalb eines Laserstrahls angeordnet, welchen das Laserlicht in einem Fall durchläuft, in dem zumindest ein Teil des Lichtemissionselements von einer angestammten Position abweicht, sodass das Schutzelement das Laserlicht absorbiert oder streut.
  • In der DE 10 2015 221 399 A1 als nachveröffentlichter Stand der Technik wird ein Lichtmodul für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs offenbart. Das Lichtmodul weist eine Laserlichtquelle zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels in einen Primärraumwinkelbereich um eine Primärabstrahlrichtung, einen Wellenlängenkonverter, welcher derart ausgebildet ist, dass durch das auftreffende Primärlichtbündel eine Sekundärlichtverteilung ausgestrahlt wird, sowie eine Abstrahloptikeinrichtung zum Umformen der Sekundärlichtverteilung in eine Abstrahllichtverteilung des Lichtmoduls auf. Ein Trägerbauteil zum Haltern des Wellenlängenkonverters weist einen Sicherheitsbügel auf, welcher den Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung überdeckend angeordnet ist.
  • Aus der WO 2013/ 139 675 A1 geht eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Weißlicht aus blauem oder violettem Anregungslicht und konvertiertem emittiertem gelben Licht hervor. Das Anregungslicht wird schräg auf einen Konverter gerichtet, welcher auf einer Trägervorrichtung angeordnet ist, ohne dass das emittierte Beleuchtungslicht auf die Trägervorrichtung trifft.
  • Auch in der DE 10 2012 220 472 A1 und der WO 2016/ 110 919 A1 werden jeweils eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Laserlichtquelle zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels in einen Primärraumwinkelbereich um eine Primärabstrahlrichtung beschrieben.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Laserlichtquelle bereitzustellen, bei welcher das Austreten stark gebündelter und damit insbesondere für das menschliche Auge gefährlicher Laserstrahlen verhindert wird. Die Anordnung soll eine einfache Konstruktion aus einer minimalen Anzahl an Komponenten bei minimalem Platzbedarf aufweisen. Zudem sollen die Kosten für die Herstellung, die Wartung, die Montage und den Betrieb minimal sein.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird jeweils durch ein erfindungsgemäßes System zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das System weist eine Laserlichtquelle zum Aussenden eines Primärlichtbündels aus Laserstrahlen innerhalb eines Raumwinkelbereichs um eine Strahlrichtung, ein Element zur Photolumineszenz sowie mindestens eine Schutzvorrichtung zum Schutz vor aus dem System austretender Laserstrahlen auf.
  • Das Element zur Photolumineszenz ist innerhalb des von der Laserlichtquelle ausgesendeten Primärlichtbündels angeordnet und derart ausgebildet, die auf das Element auftreffenden Laserstrahlen zu absorbieren und zu streuen sowie mittels Photolumineszenz und Streuung Lichtstrahlen eines Sekundärlichts auszusenden.
  • Unter dem Sekundärlicht ist dabei ein Mischlicht, insbesondere ein weißes Mischlicht, aus durch Photolumineszenz ausgestrahltem Licht und gestreutem Licht zu verstehen, welche sich überlagern.
  • Nach der Konzeption der Erfindung ist die Schutzvorrichtung mit einem Schutzelement ausgebildet, welches eine längliche Form mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist. Dabei ist das erste Ende des Schutzelements als freies Ende innerhalb der Strahlrichtung des Primärlichtbündels sowie in Strahlrichtung nach dem Element zur Photolumineszenz angeordnet.
  • Das Schutzelement eines ersten erfindungsgemäßen Systems ist in der Form eines Streifens ausgebildet. Zudem weist die Schutzvorrichtung mindestens einen Sensor auf, welcher am ersten Ende des Schutzelements in Strahlrichtung des Primärlichtbündels vor dem Schutzelement und innerhalb des Raumwinkelbereichs der Laserstrahlen des Primärlichtbündels der Laserlichtquelle angeordnet sowie als ein Temperatursensor ausgebildet ist.
  • Das länglich ausgebildete Schutzelement kann dabei verschiedene Formen aufweisen und beispielsweise trapezförmig oder dreieckig ausgebildet sein. Das Schutzelement ist bevorzugt aus einem Metall und damit als ein Metallstreifen ausgebildet. Als Streifen ist dabei zum Beispiel ein flaches Walzwerkfertigprodukt, ähnlich einem Blech, mit einer geringen Höhe beziehungsweise einer geringen Dicke oder Stärke, einer zur Dicke eine größere Abmessung aufweisende Breite und eine zur Breite wesentlich größere Abmessung aufweisende Länge zu verstehen. Das Schutzelement ist vorteilhaft L-förmig ausgebildet.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Schutzvorrichtung eine formflexible Leiterplatte aufweist. Die Leiterplatte ist mit dem Schutzelement verbunden.
  • Die Leiterplatte ist dabei vorteilhaft auf der Seite des Schutzelements, insbesondere des streifenförmigen Schutzelements, angeordnet, auf welcher die Laserstrahlen des Primärlichtbündels beziehungsweise die Lichtstrahlen des Sekundärlichts in Strahlrichtung auftreffen.
  • Der Sensor ist mit der Leiterplatte bevorzugt mechanisch und elektrisch verbunden.
  • Ein Schutzelement eines weiteren erfindungsgemäßen Systems ist als Wärmerohr mit einem Temperatursensor ausgebildet. Dabei ist der Temperatursensor am zweiten Ende des Wärmerohres angeordnet.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das System mindestens ein optisches Element zum Umformen der Lichtstrahlen des Sekundärlichts in eine Emissionslichtverteilung auf.
  • Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Ende des Schutzelements in Strahlrichtung des Primärlichtbündels nach dem optischen Element angeordnet.
  • Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Ende des Schutzelements in Strahlrichtung des Primärlichtbündels zwischen dem Element zur Photolumineszenz und dem optischen Element angeordnet.
  • Nach weiteren alternativen Ausgestaltungen der Erfindung ist das Schutzelement im Bereich des ersten Endes vom optischen Element beabstandet oder am optischen Element anliegend angeordnet.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Sensor der Schutzvorrichtung als ein Temperatursensor und als ein Photosensor ausgebildet. Der Photosensor weist bevorzugt ein Zusatzfilterelement auf.
  • Die Sensoren sind bevorzugt jeweils derart ausgebildet und mit einer Steuereinrichtung gekoppelt, eine Fehlfunktion des Systems zu erkennen und die Laserlichtquelle abzuschalten.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Photosensor ausgebildet. Der Photosensor ist dabei sowohl in einer von der Strahlrichtung des Primärlichtbündels der Laserstrahlen als auch in einer von einer Hauptstrahlrichtung der Lichtstrahlen des Sekundärlichts abweichenden Richtung angeordnet.
  • Der Photosensor ist bevorzugt mit der Leiterplatte mechanisch und elektrisch verbunden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das optische Element als eine Linse mit mindestens einer optischen Einrichtung zum Umlenken zumindest eines Anteils der Lichtstrahlen des Sekundärlichts in Richtung des Photosensors ausgebildet.
  • Die optische Einrichtung ist vorteilhaft als ein Umlenkelement, insbesondere als ein Umlenkprisma, ausgebildet.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Schutzelement mittels eines Verbindungselements mit dem optischen Element, insbesondere mechanisch, verbunden ist. Das Schutzelement ist vorteilhaft über ein als Schraubverbindung ausgebildetes mechanisches Verbindungselement am optischen Element fixiert.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das System eine als ein Kühlkörper, insbesondere als ein Rippenkörper, ausgebildete Wärmesenke auf, welche jeweils sowohl mit dem optischen Element als auch mit der Laserlichtquelle sowie mit dem Schutzelement mechanisch sowie thermisch gekoppelt ist. Dabei ist das Schutzelement insbesondere im Bereich des zum ersten Ende distal ausgebildeten zweiten Ende mit der Wärmesenke verbunden.
  • Die Leiterplatte ist bevorzugt ebenfalls mit der Wärmesenke mechanisch sowie thermisch gekoppelt. Die Leiterplatte ist vorteilhaft mit einer an der Wärmesenke angeordneten Leiterplatte elektrisch verbunden.
  • Das erfindungsgemäße System zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Laserlichtquelle weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
    • - Verhindern des Austretens stark gebündelter und damit insbesondere für das menschliche Auge gefährlicher Laserstrahlen durch Absorbieren oder Änderung der Richtung der Strahlen und/oder durch Abschalten des Systems,
    • - einfache Konstruktion und Fertigung aus einer minimalen Anzahl an Komponenten bei minimalem Platzbedarf sowie
    • - minimale Kosten für Herstellung, Montage und Betrieb.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen
    • 1a: ein System zur Beleuchtung mit einer Laserlichtquelle, einer Schutzvorrichtung und einem optischen Element sowie einem mechanischen Schutzelement, einer Leiterplatte und Sensoren in Schnittdarstellung mit angedeuteten Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge, wobei ein Sensor am optischen Element anliegt,
    • 1b: ein System zur Beleuchtung mit einer Laserlichtquelle, einer Schutzvorrichtung und einem optischen Element sowie mit einem mechanischen Schutzelement mit einem Sensor schematisch in Seitenansicht, wobei der Sensor vom optischen Element beabstandet angeordnet ist,
    • 2a, 2b: ein System zur Beleuchtung mit einer Laserlichtquelle, einer Schutzvorrichtung und einem optischen Element sowie mit einem Gehäuse zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug und einer Wärmesenke in perspektivischer Ansicht von oben und von unten,
    • 2c: eine Detailansicht von Komponenten zum Schutz vor aus dem System austretender Laserstrahlen der Laserlichtquelle in perspektivischer Ansicht,
    • 3a, 3b: ein System zur Beleuchtung mit einer Laserlichtquelle, einer Schutzvorrichtung und einem optischen Element sowie mit einem als Wärmerohr ausgebildeten Schutzelement und einem als Temperatursensor ausgebildeten Sensor in Seitenansicht sowie in Draufsicht.
  • Die 1a und 1b sowie 2a und 2b zeigen jeweils ein System 1 zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Laserlichtquelle 2, mindestens einer Schutzvorrichtung 8 und einem optischen Element 5. Die Schutzvorrichtung 8 weist ein mechanisches Schutzelement 9, eine Leiterplatte 11 und Sensoren 12, 14 in Schnittdarstellung mit angedeuteten Lichtstrahlen 6 unterschiedlicher Wellenlänge auf.
  • Gemäß der Ausgestaltungsform nach 1a ein Sensor 12 am optischen Element 5 anliegend angeordnet. In 1b ist eine zur Ausgestaltungsform nach 1a alternative Ausgestaltungsform schematisch in Seitenansicht dargestellt. Im Unterschied zur Ausgestaltungsform nach 1a ist der Sensor 12 vom optischen Element 5 beabstandet angeordnet.
  • Die 2a und 2b zeigen das System 1 mit einem Gehäuse 16 sowie der Wärmesenke 15 in perspektivischer Ansicht von oben beziehungsweise von unten.
  • Die Laserlichtquelle 2 sendet im Wesentlichen blaues Laserlicht eines Primärlichtbündels in einer Strahlrichtung 3 aus. Das Laserlicht wird dabei in einem bestimmten Bereich um die Strahlrichtung 3 von der Laserlichtquelle 2 ausgesendet. Der Bereich um die Strahlrichtung 3 des Primärlichtbündels wird auch als Raumwinkelbereich des Primärlichtbündels bezeichnet.
  • Das Primärlichtbündel trifft auf ein Element 4 zur Photolumineszenz auf und wird mit Hilfe des Elements 4 zur Photolumineszenz beziehungsweise durch Streuung in weißes Licht eines Sekundärlichts 6 umgewandelt. Das aus der Laserlichtquelle 2 und dem Element 4 zur Photolumineszenz ausgebildete Lasermodul emittiert im störungsfreien Betrieb folglich weißes Licht als Sekundärlicht 6. Das Laserlicht der Laserlichtquelle 2 wird bei störungsfreiem Betrieb des Systems 1 vom Element 4 zur Photolumineszenz absorbiert, reflektiert beziehungsweise gestreut, sodass keine stark gebündelten und damit insbesondere für das menschliche Auge gefährlichen Laserstrahlen aus dem System 1 austreten.
  • Das vom Lasermodul emittierte Sekundärlicht 6 wird zu einem als Linse ausgebildeten optischen Element 5 geleitet und beim Durchdringen der Linse 5 in eine Emissionslichtverteilung 7 umgeformt. Die Linse 5 weist mit der Eintrittsfläche 5a und der Austrittsfläche 5b für die Lichtstrahlen des Sekundärlichts 6 zwei Lichtdurchtrittsflächen 5a, 5b auf. Die Lichtstrahlen der Emissionslichtverteilung 7 verlaufen nach dem Austreten aus der Austrittsfläche 5b beispielsweise im Wesentlichen parallel zu einer Hauptstrahlrichtung des Systems 1, welche bei der Ausgestaltungsform nach 1a der Strahlrichtung 3 des Primärlichtbündels entspricht.
  • Das System 1 weist zudem eine Schutzvorrichtung 8 auf, welche zum Schutz vor aus dem System 1, insbesondere aus dem Lasermodul, austretendem Laserlicht dient. Das vor allem für das menschliche Auge gefährliche Laserlicht tritt beispielsweise aus dem System 1 aus, wenn das System 1, insbesondere das Element 4 zur Photolumineszenz, durch eine mechanische Einwirkung, wie bei einem Unfall, zerstört oder verformt wird oder die ursprüngliche Position verändert wird.
  • Die Schutzvorrichtung 8 ist aus einem mechanischen Schutzelement 9 ausgebildet, welches die Form eines schmalen Streifens aufweist. Ein erstes Ende des Schutzelements 9 ist in der Strahlrichtung 3 des Primärlichtbündels an der Austrittsfläche 5b der Linse 5 angeordnet. Nach einer alternativen Ausgestaltungsform gemäß 1b ist das Ende des Schutzelements 9 beabstandet von der Austrittsfläche 5b der Linse 5 angeordnet.
  • Das streifenförmige Schutzelement 9 weist an dem zur Austrittsfläche 5b der Linse 5 hin ausgerichteten Ende eine Breite auf, welche mindestens der Breite des Primärlichtbündels an dieser Stelle entspricht. Die im Schadensfall, das heißt zum Beispiel im Falle einer Veränderung der Position oder bei Zerstörung, des Elements 4 zur Photolumineszenz aus dem Lasermodul in einem bestimmten Raumwinkelbereich austretenden Laserstrahlen des Primärlichtbündels werden vom Schutzelement 9 vollständig absorbiert beziehungsweise reflektiert. Der vom Lasermodul in Strahlrichtung 3 des Primärlichtbündels emittierte große Anteil blauer Laserstrahlen wird mit dem Schutzelement 9 unterdrückt. Die Laserstrahlen des Primärlichtbündels werden vom Schutzelement 9 geblockt, die Emission der Laserstrahlen aus dem System 1 wird somit verhindert und das Lasermodul arbeitet geschützt. Bei einem Schadensfall des Systems 1 ist das Element 4 zur Photolumineszenz nicht oder zumindest nicht vollständig im Strahlengang des Primärlichtbündels, und damit das Primärlichtbündel nicht vollständig abdeckend, angeordnet.
  • Das Schutzelement 9 zum Verhindern des Austretens von Laserstrahlen der Laserlichtquelle 2 ist aus einem L-förmigen Metallstreifen und einer formflexiblen Leiterplatte 11 ausgebildet. Die Leiterplatte 11 ist auf der Vorderseite des Metallstreifens angeordnet. Unter der Vorderseite ist dabei die Seite des Auftreffens der Laserstrahlen oder der Lichtstrahlen auf den Metallstreifen zu verstehen. Das Schutzelement 9 ist mittels eines mechanischen Verbindungselements 10 mit dem optischen Element 5 verbunden, insbesondere ist der L-förmige Metallstreifen über ein als Schraubverbindung 10 ausgebildetes mechanisches Verbindungselement 10 mit der Linse 5 verschraubt.
  • In der Strahlrichtung 3 des Primärlichtbündels ist zwischen der Austrittsfläche 5b der Linse 5 und dem Metallstreifen zudem ein Temperatursensor 12 als temperaturempfindlicher Sensor angeordnet. Der Temperatursensor 12 ist dabei innerhalb des bestimmten Raumwinkelbereichs der austretenden Laserstrahlen des Primärlichtbündels der Laserlichtquelle 2 mit der Leiterplatte 5 verbunden positioniert. Im störungsfreien Betrieb des Systems 1 ist der Temperatursensor 12 den Lichtstrahlen des weißen Lichtes ausgesetzt, wobei abhängig von der Temperatur der Umgebung eine bestimmte Temperatur detektiert wird.
  • In einem Störfall oder Schadensfall, in welchem das Lasermodul Laserstrahlen emittiert, ist der Temperatursensor 12 den blauen Laserstrahlen der Laserlichtquelle 2 und damit direkt der Strahlungsleistung der Laserlichtquelle 2 ausgesetzt, was zu einem starken Ansteigen der vom Temperatursensor 12 bestimmten Temperatur führt. Die Veränderung der mit dem Temperatursensor 12 gemessenen Temperatur beziehungsweise ein Grenzwert der Temperatur werden zum Abschalten der Laserlichtquelle 2 und damit zum Beenden des Betriebs des Lasermoduls und des Systems 1 genutzt.
  • Das System 1 weist zudem einen Photosensor 14 als lichtempfindlichen Sensor auf. Der Photosensor 14 ist dabei sowohl in einer von der Strahlrichtung 3 des Primärlichtbündels der Laserstrahlen als auch der Hauptstrahlrichtung der Lichtstrahlen des Systems 1 abweichenden Richtung mit der Leiterplatte 11 verbunden angeordnet und ist optional mit einem Zusatzfilterelement ausgebildet. Der Photosensor 14 kann dabei auf einer separaten Leiterplatte angeordnet sein, welche mit der Leiterplatte 11 mechanisch, thermisch und elektrisch verbunden ist. Die mit dem Photosensor 14 ausgebildete Leiterplatte ist mit der Wärmesenke 15 mechanisch und thermisch gekoppelt.
  • Das als Linse ausgebildete optische Element 5 weist an der Austrittsfläche 5b der Lichtstrahlen mindestens eine optische Einrichtung 13, insbesondere ein Umlenkelement beziehungsweise Streuelement, auf. Das beispielsweise als ein Umlenkprisma ausgebildete Umlenkelement dient dem Umlenken zumindest eines Anteils der Lichtstrahlen in Richtung des Photosensors 14. Die optische Einrichtung 13 ist dabei im Gegensatz zum Temperatursensor 12 außerhalb des bestimmten Raumwinkelbereichs der im Schadensfall aus dem Lasermodul austretenden Laserstrahlen des Primärlichtbündels der Laserlichtquelle 2 angeordnet.
  • Mit Hilfe der im Bereich der Austrittsfläche 5b der Linse 5 als Umlenkprisma ausgebildeten optischen Einrichtung 13 wird ein sehr geringer Anteil der Lichtstrahlen des weißen Lichts der Emissionslichtverteilung 7 zum an der Leiterplatte 11 angeordneten Photosensor 14 umgelenkt. Mit dem Photosensor 14 sind die Lichtintensität und die Farbzusammensetzung der auftreffenden Lichtstrahlen messbar.
  • Das optische Elemente 5 dient dabei nicht direkt dem Schutz vor aus der Linse 5 austretender blauer Laserstrahlen des in der Strahlrichtung 3 ausgesendeten Primärlichtbündels der Laserlichtquelle 2, sondern dem Umlenken von Lichtstrahlen des weißen Lichtes der Emissionslichtverteilung 7. Im störungsfreien Betrieb des Systems 1 ist der Photosensor 14 den Lichtstrahlen des weißen Lichtes ausgesetzt.
  • In einem Störfall oder Schadensfall, in welchem das Lasermodul Laserstrahlen emittiert, wird mit dem Photosensor 14 eine Zunahme von blauen Laserstrahlen, aber zumindest eine Abnahme weißer beziehungsweise gelber Lichtstrahlen innerhalb der Farbzusammensetzung der auftreffenden Lichtstrahlen ermittelt. Der Photosensor 14 erkennt neben der Veränderung der Farbzusammensetzung zudem eine Änderung der Lichtintensität, was zum Abschalten der Laserlichtquelle 2 und damit zum Beenden des Betriebs des Lasermoduls und des Systems 1 genutzt wird.
  • Der Temperatursensor 12 und der Photosensor 14 dienen jeweils dem unabhängigen Erkennen einer Fehlfunktion des Systems 1 und dem Abschalten der Laserlichtquelle 2.
  • Das System 1 weist zudem eine als ein Kühlkörper, insbesondere als ein Rippenkörper, ausgebildete Wärmesenke 15 auf, welche jeweils sowohl mit dem optischen Element 5 als auch mit der Laserlichtquelle 2 und der Leiterplatte 11 mechanisch sowie thermisch gekoppelt ist. Der Kühlkörper trägt als Wärmesenke 7 die einzelnen Komponenten und dient zum Ableiten von von den Komponenten emittierter Wärme.
  • Die Leiterplatte 11 ist formflexibel ausgebildet und zumindest partiell mit dem als Aluminiumträgerelement ausgebildeten L-förmigen Metallstreifen als mechanisches Schutzelement 9 der Schutzvorrichtung 8 verbunden. Das mechanische Schutzelement 9 ist im Bereich des zum ersten Ende distal ausgebildeten zweiten Ende mit dem Kühlkörper gekoppelt. Die Aluminumträgerelemente weisen dabei im Bereich der Verbindung mit dem Kühlkörper eine Versteifung auf.
  • Die Strahlrichtung 3 des Primärlichtbündels der Laserlichtquelle 2 ist als eine Primärstrahlachse zu verstehen. Die Laserlichtquelle 2 dient zur Ausstrahlung des Primärlichtbündels in den Raumwinkelbereich des Primärlichtbündels um die Primärstrahlachse. Die Schutzvorrichtung dient prinzipiell dem Verhindern der Emission von Laserstrahlen beziehungsweise Lichtstrahlen in den Raumwinkelbereich des Primärlichtbündels um die Primärstrahlachse.
  • Im störungsfreien Betrieb ist der Einfluss der Schutzvorrichtung 8 auf die Emissionslichtverteilung 7 der Lichtstrahlen sehr gering und vernachlässigbar. Die Schutzvorrichtung 8, insbesondere die Metallstreifen des mechanischen Schutzelements 9, sind lediglich derart ausgedehnt, im Schadensfall das kollimierte Laserlicht des Primärlichtbündels zu unterdrücken. Beim störungsfreien Betrieb werden die weniger kollimierten und diffuseren Lichtstrahlen der Emissionslichtverteilung 7 im Wesentlichen am Schutzelement 9 vorbeigeführt. Die Absorption des Anteils der auf das Schutzelement 9 im Raumwinkelbereich des Primärlichtbündels um die Primärstrahlachse auftreffenden Lichtstrahlen bedingt eine lediglich unerheblichen Leistungsverlust oder eine maginale Störung der Emissionslichtverteilung 7.
  • Das optische Element 5 kann auch eine Kombinationen von Projektionslinse und Reflektor oder von mehreren Projektionslinsen und/oder mehreren Reflektoren umfassen.
  • Das System 1 weist zudem eine nicht dargestellte Steuerung zum Ansteuern der Laserlichtquelle 2 auf. Die Steuerung dient insbesondere dem Zuschalten und Abschalten der Laserlichtquelle 2 abhängig von der mit dem Temperatursensor 12 und/oder dem Photosensor 14 bestimmten Signale. Die Steuerung, die Laserlichtquelle 2, der Temperatursensor 12 beziehungsweise der Photosensor 14 sind über Signalleitungen miteinander gekoppelt.
  • 2c zeigt eine Detailansicht von Komponenten zum Schutz vor aus dem System 1 austretender Laserstrahlen der Laserlichtquelle 2 in perspektivischer Ansicht.
  • Die Schutzvorrichtung 8' ist aus einem mechanischen Schutzelement 9' in Form eines schmalen Streifens, insbesondere aus einem Metall, ausgebildet. Auf dem Schutzelement 9', speziell auf der Vorderseite des Metallstreifens, ist die formflexible Leiterplatte 11' angeordnet. Das Schutzelement 9' wird im Bereich der Öffnung 18 mittels des nicht dargestellten mechanischen Verbindungselements mit dem optischen Element mechanisch verbunden.
  • An einem ersten Ende der Leiterplatte 11' ist der Sensor 12, beispielsweise der Temperatursensor, angeordnet. An einem vom ersten Ende distalen zweiten Ende weist die Leiterplatte 11' ein elektrisches Verbindungselement 17 zum Anschließen der Leiterplatte 11' an das System 1 auf. Die Leiterplatte 11' und der Sensor 12 werden folglich mit dem Steckverbinder 17 an das System 1 angekoppelt. Damit sind die vom Sensor 12 empfangenen Signale über die Leiterplatte 11' an das System 1 übertragbar.
  • Aus den 3a und 3b geht jeweils ein System 1” zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Laserlichtquelle 2, mindestens einer Schutzvorrichtung 8” mit einer Leiterplatte 11” und einem optischen Element 5 hervor. Das Schutzelement 9” ist dabei als ein Wärmerohr ausgebildet, welches mit einem als Temperatursensor ausgebildeten Sensor 12” gekoppelt ist. 2a zeigt das System 1” in einer Seitenansicht. In 2b ist das System 1” in Draufsicht dargestellt.
  • Das Wärmerohr 9" dient in Kombination mit dem Temperatursensor 12" als eine optische Sicherung für den aus dem System 1” nicht auszutretenden Laserlichtstrahl. In einem Störfall oder Schadensfall, in welchem das Lasermodul Laserstrahlen emittiert, treffen die Laserstrahlen auf das erste Ende des Wärmerohres 9". Das Wärmerohr 9" ist dann direkt der Strahlungsleistung der Laserlichtquelle 2 ausgesetzt und absorbiert die Laserstrahlen der Laserlichtquelle 2. Dabei wird die Leistung des Wärmerohres erhöht. Das Erhöhen der Leistung führt nahezu gleichzeitig, das heißt ohne nennenswerte zeitliche Verzögerung, zu einem Ansteigen der Temperatur am zweiten Ende des Wärmerohres. Die Veränderung, insbesondere das Ansteigen, der Temperatur wird mit dem am zweiten Ende des Wärmerohres 9" angeordneten sowie mit der Leiterplatte 11” verbundenen Temperatursensor 12" registriert. Eine Anordnung des Temperatursensors 12" innerhalb einer in der Wärmesenke 15 ausgebildeten Ausnehmung führt zudem zu einer Verkürzung der Reaktionszeit.
  • Die Veränderung der mit dem nicht direkt den blauen Laserstrahlen der Laserlichtquelle 2 ausgesetzten Temperatursensor 12" gemessenen Temperatur beziehungsweise ein Grenzwert der Temperatur werden zum Abschalten der Laserlichtquelle 2 und damit zum Beenden des Betriebs des Lasermoduls und des Systems 1” genutzt.
  • Das Wärmerohr 9" stellt zudem ein mechanisch stabiles Schutzelement 9" dar, welches eine Anordnung empfindlicher elektronischer Bauteile innerhalb der blauen Laserstrahlen des in der Strahlrichtung 3 ausgesendeten Primärlichtbündels der Laserlichtquelle 2 vermeidet.
  • Ein auf das Wärmerohr 9" auftreffendes Lichtbündel durchdringt zudem das Wärmerohr 9" nicht, sondern wird diffus reflektiert oder zumindest derart gestreut, dass eine Umformung des Primärlichtbündels in die Emissionslichtverteilung des Systems 1 unterdrückt wird.
  • Das Wärmerohr 9” ist dabei, insbesondere mit dem ersten Ende, an der Lichtdurchtrittsfläche 5a als Eintrittsfläche für die Lichtstrahlen des Sekundärlichts anliegend angeordnet. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung ist das Wärmerohr 9” mit dem ersten Ende zwischen dem Lasermodul, das heißt speziell dem Element 4 zur Photolumineszenz, und der Eintrittsfläche 5a der Linse 5, jeweils beabstandet davon angeordnet.
  • Das Wärmerohr 9” ist ebenfalls mittels eines mechanischen Verbindungselements 10 mit dem optischen Element 5 verbunden, insbesondere über eine Schraubverbindung 10 mit der Linse 5 verschraubt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1"
    System
    2
    Laserlichtquelle
    3
    Strahlrichtung Primärlichtbündel
    4
    Element zur Photolumineszenz
    5
    optisches Element, Linse
    5a
    Lichtdurchtrittsfläche, Eintrittsfläche
    5b
    Lichtdurchtrittsfläche, Austrittsfläche
    6
    Lichtstrahl, Sekundärlicht
    7
    Emissionslichtverteilung
    8, 8', 8”
    Schutzvorrichtung
    9, 9'
    Schutzelement
    9"
    Schutzelement, Wärmerohr
    10
    mechanisches Verbindungselement, Schraubverbindung
    11, 11', 11”
    Leiterplatte
    12, 12"
    Sensor, Temperatursensor
    13
    optische Einrichtung
    14
    Sensor, Photosensor
    15
    Wärmesenke
    16
    Gehäuse
    17
    elektrisches Verbindungselement, Steckverbinder
    18
    Öffnung mechanisches Verbindungselement 10

Claims (8)

  1. System (1) zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend - eine Laserlichtquelle (2) zum Aussenden eines Primärlichtbündels aus Laserstrahlen innerhalb eines Raumwinkelbereichs um eine Strahlrichtung (3), - ein Element (4) zur Photolumineszenz, wobei das Element (4) innerhalb des von der Laserlichtquelle (2) ausgesendeten Primärlichtbündels angeordnet ist und derart ausgebildet ist, die auf das Element (4) auftreffenden Laserstrahlen zu absorbieren und zu streuen sowie mittels Photolumineszenz und Streuung Lichtstrahlen eines Sekundärlichts (6) auszusenden, sowie - mindestens eine Schutzvorrichtung (8, 8') zum Schutz vor aus dem System (1) austretenden Laserstrahlen, wobei die Schutzvorrichtung (8, 8') mit einem Schutzelement (9, 9') ausgebildet ist, welches in Form eines Streifens ausgebildet ist und eine längliche Form mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende des Schutzelements (9, 9') als freies Ende innerhalb der Strahlrichtung (3) des Primärlichtbündels sowie in Strahlrichtung (3) nach dem Element (4) zur Photolumineszenz angeordnet ist, wobei die Schutzvorrichtung (8, 8') mindestens einen Sensor aufweist, welcher am ersten Ende des Schutzelements (9, 9') in Strahlrichtung (3) des Primärlichtbündels vor dem Schutzelement (9, 9') und innerhalb des Raumwinkelbereichs der Laserstrahlen des Primärlichbündels der Laserlichtquelle (2) angeordnet sowie als ein Temperatursensor (12) ausgebildet ist.
  2. System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (8, 8') eine formflexible Leiterplatte (11, 11') aufweist, wobei die Leiterplatte (11, 11') mit dem Schutzelement (9, 9') verbunden ist.
  3. System (1") zur Beleuchtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend - eine Laserlichtquelle (2) zum Aussenden eines Primärlichtbündels aus Laserstrahlen innerhalb eines Raumwinkelbereichs um eine Strahlrichtung (3), - ein Element (4) zur Photolumineszenz, wobei das Element (4) innerhalb des von der Laserlichtquelle (2) ausgesendeten Primärlichtbündels angeordnet ist und derart ausgebildet ist, die auf das Element (4) auftreffenden Laserstrahlen zu absorbieren und zu streuen sowie mittels Photolumineszenz und Streuung Lichtstrahlen eines Sekundärlichts (6) auszusenden, sowie - mindestens eine Schutzvorrichtung (8”) zum Schutz vor aus dem System (1") austretenden Laserstrahlen, wobei die Schutzvorrichtung (8”) mit einem Schutzelement (9”) ausgebildet ist, welches eine längliche Form mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende des Schutzelements (9”) als freies Ende innerhalb der Strahlrichtung (3) des Primärlichtbündels sowie in Strahlrichtung (3) nach dem Element (4) zur Photolumineszenz angeordnet ist, wobei das Schutzelement (9") als Wärmerohr mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende sowie einem Temperatursensor (12") ausgebildet ist, wobei der Temperatursensor (12") am zweiten Ende des Wärmerohres angeordnet ist.
  4. System (1, 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Element (5) zum Umformen der Lichtstrahlen des Sekundärlichts (6) in eine Emissionslichtverteilung (7) ausgebildet ist.
  5. System (1, 1") nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende des Schutzelements (9, 9', 9”) in Strahlrichtung (3) des Primärlichtbündels - nach dem optischen Element (5) oder - zwischen dem Element (4) zur Photolumineszenz und dem optischen Element (5) angeordnet ist.
  6. System (1, 1") nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (9, 9', 9”) im Bereich seines ersten Endes - vom optischen Element (5) beabstandet oder - am optischen Element (5) anliegend angeordnet ist.
  7. System (1, 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Photosensor (14) ausgebildet ist, welcher sowohl in einer von der Strahlrichtung (3) des Primärlichtbündels der Laserstrahlen als auch in einer von einer Hauptstrahlrichtung der Lichtstrahlen des Sekundärlichts (6) abweichenden Richtung angeordnet ist.
  8. System (1, 1") nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Element (5) als eine Linse mit mindestens einer optischen Einrichtung (13) zum Umlenken zumindest eines Anteils der Lichtstrahlen des Sekundärlichts (6) in Richtung des Photosensors (14) ausgebildet ist.
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