DE102016225361A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit leuchtstoffrad - Google Patents

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Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung (1) weist ein drehbares Leuchtstoffrad (3), das zumindest bereichsweise mit Leuchtstoff (5) zum Umwandeln von Primärlicht (P) in Sekundärlicht (S) versehen ist, und eine Primärlicht-Erzeugungseinrichtung (6) zur Erzeugung mindestens eines auf das Leuchtstoffrad (3) einfallenden Nutz-Primärlichtbündels (B) auf, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) ferner mindestens eine Messeinrichtung (9; 13-15) zum Messen einer durch den Leuchtstoff (5) beinflussbaren Messgröße aufweist und dazu eingerichtet ist, anhand von Messdaten der mindestens einen Messeinrichtung (9; 13-15) eine Schädigung des Leuchtstoffs (5) festzustellen. Ein Verfahren dient zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung (1), wobei ein Leuchtstoffrad (3), das zumindest bereichsweise mit Leuchtstoff (5) zum Umwandeln von Primärlicht (P) in Sekundärlicht (S) versehen ist, gedreht wird, mindestens ein auf das Leuchtstoffrad einfallendes Nutz-Primärlichtbündel (B) erzeugt wird, mindestens eine durch den Leuchtstoff beinflussbare Messgröße gemessen wird und anhand der Messgrößen eine Schädigung des Leuchtstoffs (5) geprüft wird. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Fahrzeugscheinwerfer.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend ein drehbares Leuchtstoffrad, das zumindest bereichsweise mit Leuchtstoff zum Umwandeln von Primärlicht in Sekundärlicht versehen ist, und eine Primärlicht-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung mindestens eines auf das Leuchtstoffrad einfallenden Nutz-Primärlichtbündels. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei ein Leuchtstoffrad, das zumindest bereichsweise mit Leuchtstoff zum Umwandeln von Primärlicht in Sekundärlicht versehen ist, gedreht wird und mindestens ein auf das Leuchtstoffrad einfallendes Nutz-Primärlichtbündel erzeugt wird. Die Erfindung ist besonders bevorzugt anwendbar auf Scheinwerfer, insbesondere auf Fahrzeugscheinwerfer.
  • US 2012/0327679 A1 offenbart einen Scheinwerfer, der einen lichtemittierenden Abschnitt zum Emittieren von Licht bei Auftreffen von Laserlicht enthält. Eine Position des lichtemittierenden Abschnitts kann durch Ändern einer Position oder eines Winkels, in dem der lichtemittierende Abschnitt bereitgestellt wird, verändert werden.
  • US 9115873 B2 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine Verringerung ihrer Lichtausbeute und eine Verkürzung ihrer Lebensdauer unterdrücken kann. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein Fluoreszenzelement, das mit von einem Halbleiterlaser emittierten Laserlicht bestrahlt wird und Sekundärlicht emittiert, einen Rotationsmechanismus, der das Fluoreszenzelement dreht, und ein reflektierendes Element, welches das von dem Fluoreszenzelement emittierte Sekundärlicht nach außen reflektiert.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine verbesserte Erkennung einer Schädigung des Leuchtstoffs ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend ein drehbares Leuchtstoffrad, das zumindest bereichsweise mit Leuchtstoff zum Umwandeln von Primärlicht in Sekundärlicht versehen ist, und eine Primärlicht-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung mindestens eines auf das Leuchtstoffrad einfallenden oder einstrahlbaren Nutz-Primärlichtbündels, wobei die Beleuchtungsvorrichtung ferner mindestens eine Messeinrichtung zum Messen einer durch den Leuchtstoff beinflussbaren Messgröße aufweist und dazu eingerichtet ist, anhand von Messdaten der mindestens einen Messeinrichtung eine Schädigung des Leuchtstoffs festzustellen bzw. auf eine Schädigung des Leuchtstoffs hin zu prüfen.
  • Diese Beleuchtungsvorrichtung ergibt den Vorteil, dass eine Schädigung des Leuchtstoffrads besonders zuverlässig feststellbar ist. Dadurch kann ein Austreten eines nichtkonvertierten Nutz-Primärlichtbündels aus der Beleuchtungsvorrichtung besonders zuverlässig verhindert werden, was wiederum einen Schutz für einen Betrachter erhöht, beispielsweise in Bezug auf eine Augensicherheit. Auch ist eine solche Beleuchtungsvorrichtung platzsparend umsetzbar.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung kann ein Scheinwerfer sein, beispielsweise ein Fahrzeugscheinwerfer. Jedoch kann der Scheinwerfer auch zum Zweck einer Allgemeinbeleuchtung, Außenbeleuchtung, Sicherheitsbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung, Spezialbeleuchtung usw. verwendet werden.
  • Das Leuchtstoffrad ist um eine Drehachse drehbar und kann z.B. kreisförmig oder ringförmig geformt sein. Eine Rotationsfrequenz oder Drehzahl kann beispielsweise zwischen 1 Hz und 200 Hz liegen oder sogar noch mehr betragen.
  • Der Leuchtstoff ist dazu geeignet, einfallendes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umzuwandeln oder zu konvertieren. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können diese Sekundärlicht von zueinander unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Beispielsweise kann blaues Primärlicht mittels eines Leuchtstoffs in grünes, gelbes, orangefarbenes oder rotes Sekundärlicht umgewandelt werden. Zur zumindest teilweisen Umwandlung von blauem Primärlicht in gelbes Sekundärlicht kann beispielsweise gelber Ce:YAG-Leuchtstoff verwendet werden.
  • Bei einer nur teilweisen Wellenlängenumwandlung oder Wellenlängenkonversion wird von dem Leuchtstoffkörper eine Mischung aus Sekundärlicht und nicht umgewandelten Primärlicht abgestrahlt, die als Nutzlicht dienen kann. Beispielsweise kann weißes Nutzlicht aus einer Mischung aus blauem, nicht umgewandeltem Primärlicht und gelbem Sekundärlicht erzeugt werden. Jedoch ist auch eine Vollkonversion möglich, bei der das Primärlicht entweder nicht mehr oder zu einem nur vernachlässigbaren Anteil in dem Nutzlicht vorhanden ist. Ein Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können aus dem Primärlicht Sekundärlichtanteile unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugt werden, z.B. gelbes und rotes Sekundärlicht. Das rote Sekundärlicht mag beispielsweise dazu verwendet werden, dem Nutzlicht einen wärmeren Farbton zu geben, z.B. sog. „warm-weiß“. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mag mindestens ein Leuchtstoff dazu geeignet sein, Sekundärlicht nochmals wellenlängenumzuwandeln, z.B. grünes Sekundärlicht in rotes Sekundärlicht. Ein solches aus einem Sekundärlicht nochmals wellenlängenumgewandeltes Licht mag auch als „Tertiärlicht“ bezeichnet werden.
  • Durch die Drehung des Leuchtstoffrads dreht sich dieses unter dem Nutz-Primärlichtbündel weg, so dass das Nutz-Primärlichtbündel auf dem Leuchtstoffrad eine insbesondere geschlossene Spur („Leuchtspur“) beleuchtet. Das Nutz-Primärlichtbündel kann relativ zu dem Leuchtstoffrad ortsunveränderlich sein.
  • Das Leuchtstoffrad kann einheitlich mit mindestens einem Leuchtstoff versehen sein, z.B. zur Umwandlung in gelbes Sekundärlicht. Das Leuchtstoffrad kann alternativ mehrere auf der Leuchtspur verteilte Segmente oder Sektoren aufweisen, die unterschiedliche Eigenschaften besitzen. So können unterschiedliche Sektoren unterschiedliche Leuchtstoffe (z.B. zur Umwandlung in Sekundärlicht unterschiedlicher Farbe wie rot, grün, blau usw.) aufweisen, als Durchlassbereich ausgebildet sein, als reflektierende Bereiche ausgebildet sein usw.
  • Das Leuchtstoffrad kann in einem Reflektor untergebracht sein, insbesondere so, dass ein aktuell durch das mindestens eine Nutz-Primärlichtbündel erzeugter Leuchtfleck sich im Bereich eines Brennpunkts oder Brennbereichs des Reflektors befindet.
  • Das Leuchtstoffrad kann zu seinem Schutz gehaust sein bzw. in einem Gehäuse untergebracht sein. Das Gehäuse kann ein oder mehrere - ggf. lichtdurchlässig abgedeckte - Fenster aufweisen.
  • Die Primärlicht-Erzeugungseinrichtung kann eine oder mehrere Lichtquellen zur Erzeugung des mindestens einen Nutz-Primärlichtbündels aufweisen. Die mindestens eine Lichtquelle kann eine Halbleiterlichtquelle sein, z.B. eine LED oder eine Laserdiode. Das Primärlicht kann also Laserlicht sein.
  • Das von der mindestens einen Lichtquelle emittierte Primärlicht kann beispielsweise UV-Licht oder blaues Licht sein. Das blaue Licht kann insbesondere eine Wellenlänge zwischen 405 und 460 nm aufweisen.
  • Ein Nutz-Primärlichtbündel dient zur Erzeugung eines von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Nutzlichts zu Beleuchtungszwecken. Das Nutzlicht (z.B. blau-gelbes Mischlicht) kann in einer transmittierenden Anordnung von derjenigen Seite des Leuchtrads abgestrahlt werden, die der Seite des einfallenden Nutz-Primärlichtbündels abgewandt ist. In einer reflektierenden Anordnung kann das Nutzlicht von derjenigen Seite des Leuchtrads abgestrahlt werden, auf die auch das Nutz-Primärlichtbündel einfällt. In der transmittierenden Anordnung kann der Leuchtstoff auf einer lichtdurchlässigen Unterlage (z.B. aus Kunststoff, Glas oder Saphir) aufgebracht sein, in der reflektierenden Anordnung auf einer reflektierenden Unterlage.
  • Zur Auskopplung des Nutzlichts aus der Beleuchtungsvorrichtung kann dem Leuchtstoffrad eine („Auskopplungs-“) Optik optisch nachgeschaltet sein. Die Auskopplungsoptik kann zum Beispiel mindestens einen Reflektor, eine Linse, einen Lichtleiter, eine Blende usw. aufweisen.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die durch den Leuchtstoff beinflussbare Messgröße eine berührungslos messbare Messgröße ist, insbesondere eine auf einer Wellenausbreitung beruhende Messgröße.
  • Die Messgröße kann eine optische Messgröße (z.B. eine Helligkeit, ein Lichtstrom, ein Farbort usw.), eine akustische Messgröße (z.B. ein Schallpegel), eine nicht-optische Strahlungsmessgröße (wie eine Amplitude oder eine Intensität einer nicht-optischen Strahlung) usw. sein. Eine optische Messgröße kann eine UV-Messgröße, eine einen sichtbaren Spektralbereich betreffende Messgröße und/oder eine IR-Messgröße sein. Die akustische Messgröße kann eine Ultraschall-Messgröße sein. Eine nicht-optische Strahlungsmessgröße kann eine mit einer Funkstrahlung und/oder einer Terahertz-Strahlung zusammenhängende Messgröße sein. Der Leuchtstoff kann die Messgröße beispielsweise durch seine Umwandlungseigenschaft und/oder seine Absorptionseigenschaft (z.B. für optische Wellen, Funkwellen, Terahertzwellen, akustische Wellen usw.) beeinflussen.
  • Die mindestens eine Messeinrichtung kann jeweils mindestens einen entsprechenden Sensor oder Detektor aufweisen, insbesondere einen berührungslos arbeitenden Sensor. Der mindestens eine Sensor kann beispielsweise mindestens einen Lichtsensor (ggf. unterschiedliche Lichtsensoren, die für unterschiedliche spektrale Bereiche empfindlich sind), mindestens einen Funksensor, mindestens einen Terahertz-Sensor und/oder mindestens einen akustischen Sensor umfassen. Ein Lichtsensor kann ein UV-Sensor oder ein IR-Sensor sein.
  • Die mindestens eine Messeinrichtung kann jeweils mindestens eine auf das Leuchtstoffrad gerichtete Sendeeinrichtung oder Emitter umfassen, insbesondere zur Aussendung von Wellen wie optischen Wellen (Licht), Terahertz-Wellen, Funkwellen, akustischen Wellen usw. Die Sendeeinrichtung kann eine Lichtquelle, einen Terahertz-Sender, einen Funksender, einen US-Wandler usw. aufweisen.
  • Die Messeinrichtung nutzt aus, dass ein an einem Sensor empfangenes Signal sich in Abhängigkeit davon unterschiedlich verhält, ob der Leuchtstoff geschädigt ist (z.B. Risse aufweist oder sogar lokal abgeplatzt ist) oder nicht. Beispielsweise kann eine Durchlässigkeit des Leuchtrads für Strahlung im Bereich einer Schädigung merklich höher sein als in einem unbeschädigten Bereich. Ein Sensor kann durch das Leuchtstoffrad durchlaufende Strahlung oder davon reflektierte Strahlung messen. Sensor und Sendeeinrichtung können für eine Messeinrichtung in zu dem Leuchtstoffrad transmittierender oder reflektierender Anordnung angeordnet sein. Unterschiedliche Messeinrichtungen können gleiche oder unterschiedliche Anordnungen von Sensor und Sendeeinrichtung aufweisen.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die Sendeeinrichtung und der Sensor dazu eingerichtet sind, Messungen kontinuierlich (z.B. im Dauerstrichbetrieb) und/oder getaktet (z.B. mit einer ausreichend hohen Taktfrequenz) durchzuführen.
  • Die Messdaten (d.h., durch die mindestens eine Messeinrichtung gemessene Werte der Messgröße(n)) können also dazu verwendet werden, eine Schädigung (oder Nicht-Schädigung) des Leuchtstoffs festzustellen. Dies kann mittels einer entsprechend eingerichteten Auswerteeinrichtung geschehen. Die Auswerteeinrichtung kann einen Teil der Beleuchtungsvorrichtung darstellen bzw. in die Beleuchtungsvorrichtung integriert sein (auch rein funktional) oder eine damit verbundene, aber separate Einrichtung sein.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass eine Position der Schädigung auf dem Leuchtstoffrad feststellbar ist. Dies ergibt den Vorteil, dass auf die Schädigung durch eine nur lokale Anpassung eines Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung reagiert zu werden braucht. In den Abschnitten der Leuchtspur außerhalb der Schädigung kann die Beleuchtungsvorrichtung in vielen Fällen von der Schädigung unbeeinflusst betrieben werden. Die Position der Schädigung kann eine auf die Drehachse bezogene Winkelposition und/oder ein radiale Position (Abstand zu der Drehachse) sein. Beispielsweise kann zur Bestimmung der Winkelposition der Schädigung ausgenutzt werden, dass aufgrund der zu jeder Zeit bekannten Drehfrequenz des Leuchtstoffrads eine eindeutige Korrelation zwischen dem zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgemessenen Leuchtstoffbereich und dem zugehörigen Zeitbereich, innerhalb dessen der Leuchtstoffbereich die jeweilige Messeinrichtung durchfährt, besteht.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass mit Feststellung einer Schädigung mindestens eine Aktion auslösbar ist, z.B. eine Ausgabe einer Benachrichtigung an einen Nutzer und/oder ein Abschalten der Beleuchtungsvorrichtung. Auch kann die Aktion ein Erhöhen einer Drehzahl des Leuchtstoffrads vorsehen, um im Falle insbesondere eines vollständigen Abschaltens des Nutz-Primärlichtbündels eine Zeitdauer des Aus-Zustandes zu verringern.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das Leuchtstoffrad bzw. dessen Drehachse auf eine Feststellung einer Schädigung des Leuchtstoffs hin zumindest lokal an einem Ort der festgestellten Schädigung seitlich oder lateral zu versetzen. Dadurch wird auch die Leuchtspur auf dem Leuchtstoffrad versetzt, und zwar vorteilhafterweise so, dass sie an der Schädigung vorbeiführt.
  • Dass das Leuchtstoffrad zumindest lokal versetzbar ist, kann umfassen, dass das Leuchtstoffrad nur (lokal) für den Schädigungsbereich (auch als Schädigungszone bezeichenbar) aus seiner ursprünglichen Drehachse versetzt wird („lokaler Versatz“). Beispielsweise kann die Drehachse kurz vor Erreichen eines dem Schädigungsbereich zugeordneten Winkelabschnitts versetzt werden und danach wieder zurückgesetzt werden. Alternativ kann die zumindest lokale Versetzbarkeit umfassen, dass das Leuchtstoffrad für eine ganze Umdrehung versetzt wird („dauernder Versatz“).
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlachse des Nutz-Primärlichtbündels zumindest lokal so versetzbar sein, dass das Nutz-Primärlichtbündel den Schädigungsbereich vermeidet bzw. nicht mehr auf den Schädigungsbereich trifft, da es um den Schädigungsbereich herumgeführt wird. Dies kann insbesondere durch einen Versatz des Nutz-Primärlichtbündels radial zu der Drehachse in einem der Schädigung zugehörigen Winkelbereich des Leuchtstoffrads geschehen.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest das mindestens eine Nutz-Primärlichtbündel auf eine Feststellung einer Schädigung des Leuchtstoffs hin zumindest lokal an einem Ort der festgestellten Schädigung zu dimmen (d.h., dessen Helligkeit oder Beleuchtungsstärke zumindest lokal zu verringern). Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Intensität eines ungehindert durch den Schädigungsbereich durchtretenden Nutz-Primärlichtbündels verringert werden kann, ohne eine Drehung des Leuchtstoffrads anpassen zu müssen.
  • Dass das Leuchtstoffrad zumindest lokal dimmbar ist, kann umfassen, dass das Leuchtstoffrad nur an dem Schädigungsbereich dafür gedimmt wird („lokale Dimmbarkeit“), z.B. eine Leuchtdichte kurz vor Erreichen eines dem Schädigungsbereich zugeordneten Winkelabschnitts verringert wird und danach wieder erhöht wird. Alternativ kann die zumindest lokale Dimmbarkeit umfassen, dass das Leuchtstoffrad für eine ganze Umdrehung gedimmt wird („dauernde Dimmbarkeit“).
  • Das Dimmen kann eine Leistungsreduzierung des Nutz-Primärlichtbündels, eine Aufweitung des Nutz-Primärlichtbündels oder sogar ein Abschalten des Nutz-Primärlichtbündels umfassen. Insbesondere kann das Nutz-Primärlichtbündel umso stärker gedimmt werden, je größer und/oder schwerwiegender die festgestellte Schädigung ist. Das Nutz-Primärlichtbündel kann insbesondere bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts eines Fehlersignals ausgeschaltet oder extrem aufgeweitet werden.
  • Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine Nutz-Primärlichtbündel im Querschnitt bildpunktartig aufgebaut („pixeliert“) ist und bildpunktweise lokal an dem Ort der festgestellten Schädigung ausschaltbar ist. Dies ermöglicht eine besonders feine Ausgrenzung des Schädigungsbereichs und damit einen von der Schädigung besonders wenig beeinflussten Betrieb der Beleuchtungseinrichtung. Insbesondere kann dies vorteilhafterweise ohne Beeinflussung des Leuchtstoffrads und des Nutz-Primärlichtbündels geschehen. Zur Pixelierung des Nutz-Primärlichtbündels kann zwischen der Primärlicht-Erzeugungseinrichtung und dem Leuchtstoffrad ein Mikrospiegel-Array (z.B. DMD) oder ein anderer lokal bildpunktartig wirkender optischer Modulator vorhanden sein. Beispielsweise können diejenigen Spiegelaktoren eines Mikrospiegel-Arrays zeitweise zum Ablenken des auf sie auftreffenden Primärlichts neben das Leuchtstoffrad verschwenkt werden, welche das auftreffende Primärlicht im unverschwenkten Zustand auf den Schädigungsbereich umlenken würden.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung bzw. deren mindestens eine Testeinrichtung mindestens eine Testlicht-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung mindestens eines Test-Lichtbündels, das disjunkt zu dem Nutz-Primärlichtbündel auf das Leuchtstoffrad einfällt, aufweist und zudem mindestens einen Sensor in Form eines Lichtsensors für das mindestens eine Test-Lichtbündel aufweist. Durch die Verwendung von Licht kann eine Schädigung zuverlässig und besonders preiswert festgestellt werden. Unter einer disjunkten Anordnung kann allgemein eine sich auf dem Leuchtstoffrad nicht oder nicht merklich überlappende Anordnung verstanden werden. Entsprechend überlappen sich die dadurch erzeugten Lichtflecke nicht oder nicht merklich.
  • Es ist eine Ausgestaltung davon, dass das Test-Lichtbündel ein Test-Primärlichtbündel ist. Das Testlicht weist also die Eigenschaften des Lichts des Nutz-Primärlichtbündels auf, insbesondere dessen spektrale Zusammensetzung. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders zuverlässige Feststellung einer Schädigung und lässt sich zudem einfach umsetzen.
  • Das Primärlicht kann insbesondere Strahlung im blauen Wellenlängenbereich (von 405 bis 460 nm) umfassen. Im ungeschädigten Normalzustand findet analog zu der Wirkung des Nutz-Primärlichtbündels auch mittels des Test-Primärlichtbündels eine zumindest teilweise Umwandlung in Sekundärlicht und eine Streuung des nicht umgewandelten Anteils an dem Leuchtstoff statt. Bei einer Schädigung des Leuchtstoffs (z.B. durch fehlenden oder gerissenen Leuchtstoff) ergibt sich ein geändertes Signal an dem Lichtsensor. Als Lichtsensor kann beispielsweise eine (z.B. mit einem Blau-Durchlass-Filter versehene) Fotodiode verwendet werden.
  • Das Test-Primärlichtbündel kann mittels einer Testlicht-Erzeugungseinrichtung erzeugt werden, die eigene Primärlichtquellen aufweist. Es ist daher eine Ausgestaltung, dass die Testlicht-Erzeugungseinrichtung eine zu der Primärlicht-Erzeugungseinrichtung unterschiedliche Einrichtung ist. Bei dieser Ausgestaltung ist das Test-Primärlichtbündel durch seine unabhängige Erzeugung besonders flexibel einstellbar.
  • Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass die Testlicht-Erzeugungseinrichtung der Primärlicht-Erzeugungseinrichtung entspricht und das Test-Lichtbündel ein von dem Nutz-Primärlichtbündel abgezweigtes Lichtbündel ist. Diese Ausgestaltung ist besonders preiswert umsetzbar. Beispielsweise kann mittels einer optischen Umlenkeinrichtung aus dem Nutz-Primärlichtbündel ein merklich schwächeres Test-Primärlichtbündel abzweigt. Eine solche Messeinrichtung kann also eine Lichtsensor aufweisen, braucht aber keine eigene Sendeeinrichtung aufzuweisen.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass das Test-Lichtbündel ein Test-Sekundärlichtbündel ist, z.B. aus gelbem Licht. Das Test- Sekundärlichtbündel weist zumindest ungefähr Eigenschaften des von dem Leuchtstoff umgewandelten Sekundärlichts auf, insbesondere dessen spektrale Zusammensetzung, insbesondere Wellenlänge. Diese Weiterbildung ermöglicht ebenfalls eine besonders zuverlässige Feststellung einer Schädigung und lässt sich einfach umsetzen. Im ungeschädigten Normalzustand findet nur eine Streuung des Sekundärlichts an dem Leuchtstoff statt. Bei einer Schädigung des Leuchtstoffs (z.B. durch fehlenden oder gerissenen Leuchtstoff) ergibt sich ein geändertes Signal. Als Lichtsensor kann beispielsweise eine (z.B. mit einem Gelb-Durchlass-Filter versehene) Fotodiode verwendet werden.
  • Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Test-Lichtbündel ein Lichtbündel ist, das Licht aus einem anderen Spektralbereich umfasst als das Primärlicht und das Sekundärlicht, ggf. auch UV-Licht oder IR-Licht.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass ein auf dem Leuchtstoffrad erzeugbarer Test-Leuchtfleck mindestens eines Test-Lichtbündels eine zu einem Nutz-Leuchtfleck mindestens eines Nutz-Primärlichtbündels in zumindest einer Richtung schmalere Form aufweist. So lässt sich eine Beschädigung des Leuchtstoffs örtlich besonders genau bestimmen. Es ist eine Weiterbildung davon, dass der Test-Leuchtfleck in Umfangsrichtung bzw. entlang der Leuchtspur schmaler ist als der Nutz-Leuchtfleck.
  • Der Nutz-Leuchtfleck kann beispielsweise einen Durchmesser zwischen 10 nm und einigen Millimetern (zum Beispiel max. 10 mm) aufweisen.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Messeinrichtungen aufweist. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Feststellung einer Schädigung aufgrund mehrerer unabhängig voneinander durchführbarer Messungen. Es ist also eine Ausgestaltung, dass eine durch eine Messeinrichtung festgestellte Schädigung des Leuchtstoffs durch mindestens eine andere Messeinrichtung überprüft (d.h., bestätigt oder verworfen) werden kann. Dies kann ebenfalls mittels der Auswerteeinrichtung durchgeführt werden.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass zumindest zwei der Messeinrichtungen Messeinrichtungen unterschiedlicher Art sind, z.B. einerseits beruhend auf einer lichtbasierten Messung und andererseits beruhend auf einer Messung mittels akustischer Wellen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders zuverlässige Feststellung einer Schädigung.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung mehrere lichtbasierte Messeinrichtungen aufweist, mittels derer mehrere zueinander disjunkt auf das Leuchtstoffrad einstrahlbare Test-Lichtbündel erzeugbar sind. Diese lassen sich besonders einfach und kostengünstig implementieren. Zumindest zwei lichtbasierte Messeinrichtungen können Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung (z.B. unterschiedlicher Wellenlänge) als Testlicht verwenden. Alternativ oder zusätzlich können zumindest zwei lichtbasierte Messeinrichtungen Licht gleicher spektraler Zusammensetzung als Testlicht verwenden.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass sich eine Form, eine Größe und/oder ein radialer Schwerpunktabstand zu einer Drehachse von Leuchtflecken von zumindest zwei Test-Lichtbündeln unterscheiden.
  • Die Aufgabe kann also insbesondere ein sich drehendes Leuchtstoffrad mit mindestens einem Leuchtstoffbereich aufweisen, wobei entlang einer umlaufenden (mitdrehenden) Oberflächenlinie des Leuchtstoffrades Messeinrichtungen (Überwachungseinrichtungen) angeordnet sind, die eine Veränderung des Leuchtstoffs detektieren können und dann entweder (a) für den Zeitraum, in dem die geschädigte Stelle einen Leuchtfleck eines Nutz-Primärlichtbündels durchläuft, die Laserstrahlung reduzieren, die Laserstrahlung ausschalten oder eine Änderung der Pixelierung herbeiführen, oder (b) das Leuchtstoffrad lateral soweit verfährt, dass der Leuchtfleck nun außerhalb des geschädigten Bereichs liegt.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei ein Leuchtstoffrad, das zumindest bereichsweise mit Leuchtstoff zum Umwandeln von Primärlicht in Sekundärlicht versehen ist, gedreht wird, mindestens ein auf das Leuchtstoffrad einfallendes Nutz-Primärlichtbündel erzeugt wird, mindestens eine durch den Leuchtstoff beinflussbare Messgröße gemessen wird und anhand der Messgrößen auf ein Vorliegen (oder analog auf eine Abwesenheit) einer Schädigung geprüft wird.
  • Das Verfahren kann analog zu der Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet werden und ergibt die gleichen Vorteile.
  • So ist es eine Ausgestaltung, dass - im Falle eines Vorliegens einer Schädigung - eine Position der Schädigung bzw. eines Schädigungsbereichs des Leuchtstoffs bestimmt wird und dann ein Einfall des Nutz-Primärlichtbündels auf den Schädigungsbereich verhindert oder mit einer lokal verringerten Beleuchtungsstärke erlaubt oder ganz verhindert wird. Das Verhindern kann z.B. durch zweitweises Ausschalten des Nutz-Primärlichtbündels an dem Schädigungsbereich oder durch Herumführen des Nutz-Primärlichtbündels um den Schädigungsbereich erreicht werden.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
    • 1 zeigt in Seitenansicht eine Skizze einer Beleuchtungseinrichtung mit einem Leuchtstoffrad; und
    • 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Leuchtstoffring des Leuchtstoffrads.
  • 1 zeigt in Seitenansicht eine Skizze einer Beleuchtungsreinrichtung 1 mit einem um eine Rad- oder Drehachse 2 drehbaren Leuchtstoffrad 3. Das Leuchtstoffrad 3 weist einen lichtdurchlässigen Träger in Form einer transparenten Saphirscheibe 4 auf. Auf einer Vorderseite der Saphirscheibe 4 ist ein Leuchtstoffring 5 aufgebracht, z.B. mit oder aus Ce:YAG als dem Leuchtstoff.
  • Die Beleuchtungsreinrichtung 1 weist ferner eine Primärlicht-Erzeugungseinrichtung in Form mindestens eines ersten Lasers 6 auf, der ein Nutz-Primärlichtbündel B aus blauem Primärlicht P einer Wellenlänge zwischen 405 nm und 460 nm auf den Leuchtstoffring 5 abstrahlt. Das auf den Leuchtstoffring 5 auftreffende Primärlicht P wird teilweise in gelbes Sekundärlicht S umgewandelt. Bei der gezeigten transmittierenden Anordnung wird von einer Rückseite des Leuchtstoffrings 5 ein blau-gelbes bzw. weißes Mischlicht als Nutzlicht P, S abgestrahlt. Das Nutzlicht P, S durchläuft die Saphirscheibe 4 und wird weiter mittels einer Auskopplungsoptik 16 aus der Beleuchtungseinrichtung 1 ausgekoppelt.
  • Das Leuchtstoffrad 3 ist in einem Gehäuse 7 untergebracht, das mehrere Fenster 8 zum Lichtdurchlass aufweist.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist ferner eine Messeinrichtung 9 mit einer Testlicht-Erzeugungseinrichtung in Form eines zweiten Lasers 10 auf. Der zweite Laser 10 strahlt ein Test-Lichtbündel T auf den Leuchtstoffring 5 ab. Das Test-Lichtbündel T fällt disjunkt zu dem Nutz-Primärlichtbündel B auf den Leuchtstoffring 5.
  • Das Licht des Test-Lichtbündels T kann z.B. Primärlicht P, ein dem Sekundärlicht S zumindest ähnliches Licht oder ein anderes Licht sein. Auf der anderen Seite des Leuchtstoffrings 5, als dessen Rückseite zugewandt befindet sich ein Lichtsensor 11 der Messeinrichtung 9.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist außerdem eine Auswerteeinrichtung 12 auf, die dazu eingerichtet ist, die Messdaten des Lichtsensors 11 auszuwerten, um eine Schädigung des Leuchtstoffrings 5 festzustellen. Die Auswerteeinrichtung 12 kann einen Teil der Messeinrichtung 9 oder zumindest der Beleuchtungsvorrichtung 1 darstellen. Insbesondere ermöglicht es die Auswerteeinrichtung 12, eine Position der Schädigung auf dem Leuchtstoffring 5 zu bestimmen, z.B. deren Grenzen in Bezug auf eine Winkelposition.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf den Leuchtstoffring 5, der konzentrisch zu der Drehachse 2 angeordnet ist. In dem Bereich des Leuchtstoffrings 5, in dem das Nutz-Primärlichtbündel B auftrifft oder einfällt, wird ein - hier rein beispielhaft kreisförmiger - Nutz-Leuchtfleck NF gebildet. Wo disjunkt dazu das Test-Lichtbündel T auf den Leuchtstoffring 5 fällt, wird ein Test-Leuchtfleck TF erzeugt. Während in einer Variante die Lichtbündel B, T stationär bleiben, dreht sich das Leuchtstoffrad 3 mit dem Leuchtstoffring 5 darunter weg, so dass bei zeitlicher Integration des Nutz-Leuchtflecks NF eine entsprechende Leuchtspur LS auf dem Leuchtstoffring 5 erzeugt wird.
  • Der Test-Leuchtfleck TF überdeckt die Leuchtspur LS ebenfalls, und zwar hier in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse 2 vollständig. In anderen Worten erstreckt sich der Test-Leuchtfleck TF mindestens über die gesamte Höhe der Leuchtspur LS.
  • Bei Betrieb der Messeinrichtung 9 kann eine Schädigung des Leuchtstoffring 5 an allen Bereichen festgestellt werden, die von dem Test-Lichtbündel T bestrahlt werden. Ist das Test-Lichtbündel T beispielsweise Primärlicht P oder anderes Licht als Primärlicht P oder Sekundärlicht S, wird der Lichtsensor 11 ein nur geringes Messsignal aufnehmen. Ist der Leuchtstoffring 5 hingegen beschädigt, wird das Test-Lichtbündel T stärker durchgelassen, was zu einem merklich erhöhten Messsignal führt. Das erhöhte Messsignal kann von der Auswerteeinrichtung 12 als Schädigung erkannt und zumindest einer Winkelposition bzw. einem Winkelbereich Δφ auf dem Leuchtstoffring 5 zugeordnet werden.
  • Als eine mögliche Aktion kann immer dann, wenn der der Schädigung zugeordnete Winkelbereich des Leuchtstoffring 5 in Reichweite des Nutz-Primärlichtbündels B bzw. des Nutz-Leuchtflecks NF gelangt, das Nutz-Primärlichtbündel B gedimmt oder sogar ausgeschaltet werden. Das Dimmen kann durch Verringern einer Laserleistung und/oder durch Aufweiten des Nutz-Leuchtflecks NF durchgeführt werden. Alternativ können zumindest immer dann, wenn dieser Winkelbereich Δφ in Reichweite des Nutz-Primärlichtbündels B gelangt, das Leuchtstoffrad 3 und damit auch der Leuchtstoffring 5 radial bzw. seitlich versetzt werden, wie durch den breiten Pfeil angedeutet. Dadurch kann der Nutz-Leuchtflecks NF ggf. um den geschädigten Bereich herumgeführt werden. Insbesondere kann das Leuchtstoffrad 3 dauerhaft seitlich versetzt werden.
  • Außer der Messeinrichtung 9 können noch weitere, hier: lichtbasierte, Messeinrichtungen 13, 14, 15 vorhanden sein, die mittels entsprechender Test-Lichtbündel T2, T3, T4 vereinzelte bzw. disjunkte Leuchtflecke TF2, TF3, TF4 auf dem Leuchtstoffring 5 erzeugen. Dadurch wird es ermöglicht, eine anhand von Messdaten einer Messeinrichtung (z.B. der Messeinrichtung 9) festgestellte Schädigung des Leuchtstoffrings 5 durch Messdaten der anderen Messeinrichtungen 13, 14 und/oder 15 zu überprüfen.
  • Die Test-Lichtbündel T2, T3, T4 können gleiches Licht, z.B. Primärlicht P oder unterschiedliches Licht, z.B. Primärlicht P oder Sekundärlicht S, abstrahlen. Auch können, wie gezeigt, die Formen und Größen mindestens zweier Leuchtflecke TF, TF2 übereinstimmen. Zudem können die Formen und Größen mindestens zweier Leuchtflecke TF bzw. TF2, TF3, TF4 unterschiedlich sein. Außerdem kann ein radialer Schwerpunktabstand zu der Drehachse 2 von mindestens zwei Leuchtflecken TF bzw. TF2, TF3, TF4 unterschiedlich sein.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
  • Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
  • Bezugszeichenliste
  • Beleuchtungsreinrichtung 1
    Drehachse 2
    Leuchtstoffrad 3
    Saphirscheibe 4
    Leuchtstoffring 5
    Erster Laser 6
    Gehäuse 7
    Fenster 8
    Messeinrichtung 9
    Zweiter Laser 10
    Lichtsensor 11
    Auswerteeinrichtung 12
    Messeinrichtung 13
    Messeinrichtung 14
    Messeinrichtung 15
    Auskopplungsoptik 16
    Nutz-Primärlichtbündel B
    Leuchtspur LS
    Nutz-Leuchtfleck NF
    Primärlicht P
    Sekundärlicht S
    Test-Lichtbündel T
    Test-Lichtbündel T2
    Test-Lichtbündel T3
    Test-Lichtbündel T4
    Test-Leuchtfleck TF
    Test-Leuchtfleck TF2
    Test-Leuchtfleck TF3
    Test-Leuchtfleck TF4
    Winkelbereich Δφ
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2012/0327679 A1 [0002]
    • US 9115873 B2 [0003]

Claims (15)

  1. Beleuchtungsvorrichtung (1), aufweisend - ein drehbares Leuchtstoffrad (3), das zumindest bereichsweise mit Leuchtstoff (5) zum Umwandeln von Primärlicht (P) in Sekundärlicht (S) versehen ist, und - eine Primärlicht-Erzeugungseinrichtung (6) zur Erzeugung mindestens eines auf das Leuchtstoffrad (3) einfallenden Nutz-Primärlichtbündels (B), wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) ferner - mindestens eine Messeinrichtung (9; 13-15) zum Messen einer durch den Leuchtstoff (5) beinflussbaren Messgröße aufweist und - dazu eingerichtet ist, anhand von Messdaten der mindestens einen Messeinrichtung (9; 13-15) eine Schädigung des Leuchtstoffs (5) festzustellen.
  2. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, das Leuchtstoffrad (3) auf eine Feststellung einer Schädigung des Leuchtstoffs (5) hin zumindest lokal an einem Ort der festgestellten Schädigung seitlich zu versetzen.
  3. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, zumindest das mindestens eine Nutz-Primärlichtbündel (B) auf eine Feststellung einer Schädigung des Leuchtstoffs (5) hin zumindest lokal an einem Ort der festgestellten Schädigung zu dimmen.
  4. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei das mindestens eine Nutz-Primärlichtbündel (B) bildpunktartig aufgebaut ist und bildpunktweise lokal an dem Ort der festgestellten Schädigung ausschaltbar ist.
  5. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) - mindestens eine Testlicht-Erzeugungseinrichtung (10) zur Erzeugung mindestens eines Test-Lichtbündels (T, T2-T4), das disjunkt zu dem Nutz-Primärlichtbündel (B) auf das Leuchtstoffrad (3) einfällt, aufweist und - mindestens einen Sensor in Form eines Lichtsensors (11) für das mindestens eine Test-Lichtbündel (T; T2-T4) aufweist.
  6. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das Test-Lichtbündel (T, T2-T4) ein Test-Primärlichtbündel ist.
  7. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei ein auf dem Leuchtstoffrad (3) erzeugbarer Test-Leuchtfleck (TF, TF2-TF4) mindestens eines Test-Lichtbündels (T, T2-T4) eine zu einem Nutz-Leuchtfleck (NF) mindestens eines Nutz-Primärlichtbündels (B) in zumindest einer Richtung schmalere Form aufweist.
  8. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Testlicht-Erzeugungseinrichtung der Primärlicht-Erzeugungseinrichtung (6) entspricht und das Test-Lichtbündel (T, T2-T4) ein von dem Nutz-Primärlichtbündel (B) abgezweigtes Lichtbündel ist.
  9. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Testlicht-Erzeugungseinrichtung (10) eine zu der Primärlicht-Erzeugungseinrichtung (6) unterschiedliche Einrichtung ist.
  10. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) mehrere Messeinrichtungen (9; 13-15) aufweist.
  11. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) mehrere lichtbasierte Messeinrichtungen (9; 13-15) aufweist, mittels derer mehrere zueinander disjunkt auf das Leuchtstoffrad (3) einstrahlbare Test-Lichtbündel (T, T2-T4) erzeugbar sind.
  12. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei sich eine Form, eine Größe und/oder ein radialer Schwerpunktabstand zu einer Drehachse (2) von Test-Leuchtflecken (TF, TF2-TF4) von zumindest zwei Test-Lichtbündeln (T, T2-T4) unterscheiden.
  13. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, eine anhand von Messdaten einer Messeinrichtung (9; 13-15) festgestellte Schädigung des Leuchtstoffs (5) durch Messdaten mindestens einer anderen Messeinrichtung (9; 13-15) zu überprüfen.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung (1), wobei - ein Leuchtstoffrad (3), das zumindest bereichsweise mit Leuchtstoff (5) zum Umwandeln von Primärlicht (P) in Sekundärlicht (S) versehen ist, gedreht wird, - mindestens ein auf das Leuchtstoffrad (3) einfallendes Nutz-Primärlichtbündel (B) erzeugt wird, - mindestens eine durch den Leuchtstoff (5) beinflussbare Messgröße gemessen wird und - anhand der Messgrößen eine Schädigung des Leuchtstoffs (5) geprüft wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei anhand der Messgrößen eine Position der Schädigung des Leuchtstoffs (5) bestimmt wird und dann ein Einfall des Nutz-Primärlichtbündels (B) auf den Schädigungsbereich mit einer lokal verringerten Beleuchtungsstärke erlaubt oder verhindert wird.
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