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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zum Einbau in ein Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst ein Laserlichtmodul zum Aussenden einer Abstrahllichtverteilung des Lichtmoduls und eine im Strahlengang der Abstrahllichtverteilung angeordnete Blendenanordnung. Das Laserlichtmodul umfasst
- - eine Laserlichtquelle zum Aussenden eines Primärlichtbündels in einen Primärraumwinkelbereich um eine Primärabstrahlrichtung;
- - ein Photolumineszenzelement, welches derart angeordnet ist, dass das von der Laserlichtquelle ausgesandte Primärlichtbündel auf das Photolumineszenzelement trifft, und welches derart ausgebildet ist, dass es durch das auftreffende Primärlichtbündel eine Sekundärlichtverteilung unter Ausnutzung von Photolumineszenz aussendet; und
- - eine Abstrahloptikeinrichtung, welche derart ausgebildet ist, dass sie die Sekundärlichtverteilung in eine Abstrahllichtverteilung des Laserlichtmoduls um eine Hauptabstrahlrichtung umformt.
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Die Abstrahloptikeinrichtung ist als eine Vorsatzoptik aus einem transparenten Material ausgebildet und weist einen zentralen Linsenabschnitt mit einer ersten Lichteintrittsfläche und einer ersten Lichtaustrittsfläche und einen diesen umfangsseitig umgebenden Reflexionsabschnitt mit einer zweiten Lichteintrittsfläche und einer zweiten Lichtaustrittsfläche auf.
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Laserlichtquellen, insbesondere Halbleiterlaser, bieten eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften, wie z.B. eine vergleichsweise kleine lichtaussendende Fläche, hohe Strahlungsintensitäten, sowie die Ausstrahlung von weitgehend kollimierten Lichtbündeln. Optische Systeme für Laserlicht können daher mit kleineren Brennweiten aufgebaut werden als optische Systeme für weniger stark kollimierte Lichtbündel von zum Beispiel Glühlampen oder Leuchtdioden (LEDs). Die optischen Systeme für Laserlicht lassen sich daher mit geringem Bauraum realisieren.
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Probleme bei der Nutzung von Laserlichtquellen für Kfz-Beleuchtungsvorrichtungen ergeben sich insbesondere daraus, dass Laser im Wesentlichen kohärentes, monochromatisches Licht oder Licht in einem engen Wellenlängenbereich ausstrahlen. Bei den typischen hohen Strahlungsintensitäten von Laserlichtquellen ist solches Licht potenziell gefährlich, insbesondere für das menschliche Auge. Dies gilt insbesondere bei Strahlungsleistungen von einigen Watt, wie sie im Bereich der Kfz-Beleuchtung erwünscht sind. Im Straßenverkehr muss eine Blendung der Verkehrsteilnehmer aus Sicherheitsgründen vermieden werden.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass für das abgestrahlte Licht eines Kfz-Scheinwerfers meist weißes Mischlicht erwünscht oder gesetzlich vorgeschrieben ist. Es sind daher Maßnahmen zur Umwandlung des Laserlichts in geeignetes Licht zu treffen.
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Zur Umwandlung von monochromatischem Licht in polychromatisches oder weißes Licht ist im Bereich der weißen Leuchtdioden (LEDs) oder Lumineszenzkonversions-LEDs die Verwendung von Photolumineszenzkonvertern oder Photolumineszenzelementen bekannt. Diese weisen meist einen Photolumineszenzfarbstoff auf. Das Licht einer LED, die üblicherweise farbiges (z.B. blaues) Licht ausstrahlt, regt den Photolumineszenzfarbstoff zur Photolumineszenz an, wodurch der Photolumineszenzfarbstoff selbst Licht einer anderen Wellenlänge (z.B. gelbes Licht) abgibt. Auf diese Weise kann zumindest ein Teil des eingestrahlten Lichts eines Wellenlängenbereichs in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt werden. In der Regel wird ein weiterer Anteil des eingestrahlten Lichts durch das Photolumineszenzelement gestreut ohne konvertiert zu werden. Das gestreute Licht und das durch Photolumineszenz ausgestrahlte Licht können sich dann additiv überlagern und führen z.B. zu weißem Mischlicht, wie es im Bereich von Kfz-Scheinwerfern zur Realisierung der resultierenden Lichtverteilung benötigt wird.
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Bei Verwendung des erläuterten Prinzips der Photolumineszenz-Konversion für Kfz-Scheinwerfer mit Laserlichtquelle kommt dem Photolumineszenzelement sicherheitsrelevante Bedeutung zu. Wird das Photolumineszenzelement zerstört oder z.B. durch mechanische Einflüsse oder einen Unfall aus dem Strahlengang der Laserlichtquelle entfernt, so können potenziell gefährliche Laserstrahlen ohne Umwandlung in das gewünschte Mischlicht aus dem Scheinwerfer austreten. Bei solchen Störfällen müssen daher Maßnahmen ergriffen werden, um eine Gefährdung der Verkehrsteilnehmer durch Laserstrahlen zu vermeiden.
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Bei den Sicherheitssystemen zur Vermeidung potenzieller Gefahren durch Laserstrahlen, die nicht in das gewünschte Mischlicht umgewandelt wurden, wird unterschieden zwischen passiven und aktiven Systemen. Aktive Systeme weisen Detektoreinrichtungen auf, welche die Strahlungsintensität in der Sekundärlichtverteilung überwachen und bei Überschreiten eines Grenzwertes geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen, z.B. die Leistung der Laserlichtquelle zu reduzieren oder diese ganz auszuschalten. Ein aktives Sicherheitssystem ist bspw. aus der
DE 10 2012 220 481 A1 oder der
DE 10 2015 205 353 A1 bekannt. Passive Systeme sind dagegen derart konstruiert, dass das Primärlichtbündel im Falle eines Defektes oder eines Fehlens zumindest eines Teils des Photolumineszenzelements automatisch unschädlich gemacht wird, bspw. durch Absorption oder Streuung.
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Eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art ist bspw. aus der
DE 10 2014 207 024 A1 (vgl. dort
6) bekannt. Die bekannte Beleuchtungseinrichtung umfasst ein passives Sicherheitssystem. Dabei weist das Photolumineszenzelement ein Loch auf, durch das ein Teil der unkonvertierten Primärstrahlung hindurchtreten kann. Diese trifft dann größtenteils auf die erste Lichteintrittsfläche des zentralen Linsenabschnitts der als Vorsatzoptik ausgebildeten Abstrahloptikeinrichtung und tritt durch diesen hindurch, um über die gegenüberliegende erste Lichtaustrittsfläche aus der Vorsatzoptik wieder auszutreten. Im Strahlengang nach der ersten Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik ist ein optisches Element angeordnet, das als eine Blende, ein Diffusor, ein Reflektor oder eine Linse ausgebildet sein kann. Im Falle einer Blende ist diese derart ausgebildet, dass sie die über die erste Lichtaustrittsfläche aus der Vorsatzoptik austretenden Lichtstrahlen absorbiert.
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Im Falle eines Defekts des Photolumineszenzelements oder bei zumindest teilweise fehlendem Photolumineszenzelement gelangen unkonvertierte Laserlichtstrahlen aus der Primärlichtverteilung über den zentralen Linsenabschnitt der Vorsatzoptik auf die Blende und werden dort absorbiert, so dass von diesen keine potenzielle Gefährdung der Verkehrsteilnehmer mehr ausgehen kann. Nachteilig bei der bekannten Beleuchtungseinrichtung ist es, dass die Blende im Strahlengang der für die Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung genutzten Abstrahllichtverteilung des Laserlichtmoduls angeordnet ist und die Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung beeinträchtigt.
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Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass auf einfache aber wirksame Weise eine potenzielle Gefährdung von Verkehrsteilnehmern durch Laserstrahlen, die nicht in das gewünschte Mischlicht umgewandelt wurden, unterbunden werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Vorsatzoptik derart relativ zu der Laserlichtquelle angeordnet und derart ausgebildet ist, dass Lichtstrahlen, welche in einem Strahlengang nach dem Photolumineszenzelement in dem Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung verlaufen, nach Möglichkeit alle auf die erste Lichteintrittsfläche des zentralen Linsenabschnitts treffen und durch diesen hindurchtreten, und dass der zentrale Linsenabschnitt ausgebildet ist, durch diesen hindurchtretende Lichtstrahlen auf einen definierten Bereich der Blendenanordnung zu lenken, der eine Streustruktur zum Streuen der auftreffenden Lichtstrahlen oder einen Reflexionsbereich zum Umlenken der auftreffenden Lichtstrahlen auf eine als Lichtfalle wirkende Einrichtung der Beleuchtungseinrichtung umfasst.
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Gemäß dieser Erfindung kommt der Blendenanordnung der Beleuchtungseinrichtung also eine Doppelfunktion zu. Zum einen dient sie dazu, zumindest einen Teil der Abstrahllichtverteilung des Laserlichtmoduls abzuschatten, so dass eine resultierende abgeblendete Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung erzeugt werden kann. Die abgeblendete Lichtverteilung ist bspw. ein Nebellicht (mit ebener horizontaler Helldunkelgrenze), ein Abblendlicht (mit asymmetrischer horizontaler Helldunkelgrenze) oder ein Teil davon, bspw. ein Grundlicht (breite Streuung mit ebener horizontaler Helldunkelgrenze) oder ein Spotlicht (deutlich konzentrierter als das Grundlicht mit asymmetrischer horizontaler Helldunkelgrenze), wobei eine Überlappung von Grundlicht und Spotlicht herkömmliches Abblendlicht erzeugen kann.
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Zum anderen ist die Blendenanordnung Bestandteil eines integrierten passiven Sicherheitssystems der Beleuchtungseinrichtung, bei dem die Blendenanordnung einen definierten Bereich aufweist, auf den durch den zentralen Linsenabschnitt hindurchtretende Lichtstrahlen in dem Primärwinkelbereich gelenkt werden, und der die auftreffenden Lichtstrahlen, falls es sich um potenziell gefährliche Laserstrahlen handelt, auf die eine oder andere Weise unschädlich macht. Anders als in der
DE 10 2014 207 024 A1 werden bei der vorliegenden Erfindung die durch den zentralen Linsenabschnitt hindurchtretenden Lichtstrahlen in dem Primärwinkelbereich gezielt auf den definierten Bereich der Blendenanordnung gelenkt. Dies wird durch eine entsprechende Ausgestaltung der ersten Lichteintrittsfläche und/oder der ersten Lichtaustrittsfläche des zentralen Linsenabschnitts der Vorsatzoptik realisiert. Somit muss die Blendenanordnung bzw. der definierte Bereich nicht so im Strahlengang der Abstrahllichtverteilung angeordnet sein, dass dadurch die Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung beeinträchtigt wird.
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Um die auftreffenden Lichtstrahlen, falls es sich um potenziell gefährliche Laserstrahlen handelt, unschädlich zu machen, können verschiedene Möglichkeiten eingesetzt werden. Die Erfindung schlägt nun vor, dass der definierte Bereich der Blendenanordnung, auf den die durch den zentralen Linsenabschnitts hindurchtretenden Lichtstrahlen gelenkt werden, eine Streustruktur zum Streuen der auftreffenden Lichtstrahlen aufweist. Die auftreffenden Lichtstrahlen werden unabhängig davon diffus gestreut, ob es sich um potenziell gefährliche unkonvertierte Laserstrahlen oder um gewünschtes konvertiertes Mischlicht handelt. Im Falle von unkonvertierten Laserstrahlen, die bei einem Defekt oder einem zumindest teilweise Fehlen des Photolumineszenzelements durch den zentralen Linsenabschnitt der Vorsatzoptik hindurchtreten und auf den definierten Bereich der Blendenanordnung gelenkt werden, führt die diffuse Streuung bzw. breite Auffächerung jedoch dazu, dass die Strahlungsintensität auf einen akzeptablen ungefährlichen Wert reduziert wird. In diesem Sinne wird vorgeschlagen, dass der definierte Bereich der Blendenanordnung eine Streustruktur umfasst, die derart ausgebildet ist, dass auf die Streustruktur auftreffende Lichtstrahlen so weit aufgefächert werden, dass selbst bei einem defekten oder zumindest teilweise fehlenden Photolumineszenzelement eine Strahlungsintensität der Lichtstrahlen unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass der definierte Bereich der Blendenanordnung, auf den die durch den zentralen Linsenabschnitts hindurchtretenden Lichtstrahlen gelenkt werden, einen Reflexionsbereich zum Umlenken der auftreffenden Lichtstrahlen auf eine als Lichtfalle wirkende Einrichtung der Beleuchtungseinrichtung umfasst. Falls die Blende sowieso zumindest teilweise mit einer spiegelnden Oberfläche versehen ist, kann die Verspiegelung in dem definierten Bereich genutzt werden, die Lichtstrahlen aus dem zentralen Linsenabschnitt der Vorsatzoptik auf die als Lichtfalle wirkende Einrichtung zu lenken. Zu diesem Zweck kann die Blendenanordnung in dem definierten Bereich in gewünschter Weise geformt sein. Alternativ oder zusätzlich wäre es denkbar, die als Lichtfalle wirkende Einrichtung derart relativ zu der Blendenanordnung und/oder dem Laserlichtmodul zu positionieren, dass die Lichtstrahlen aus dem zentralen Linsenabschnitt der Vorsatzoptik auch ohne eine spezielle Verformung des definierten Bereichs der Blendenanordnung auf die Lichtfalle gelenkt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der definierte Bereich der Blendenanordnung einen Reflexionsbereich umfasst, der zumindest einen Teil der auf den Reflexionsbereich auftreffenden Lichtstrahlen auf eine Detektionseinrichtung umlenkt, welche zum Erfassen einer Strahlungsintensität der umgelenkten Lichtstrahlen ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die an sich passive Sicherheitseinrichtung in eine aktive Sicherheitseinrichtung gewandelt werden. Die Detektionseinrichtung kann alternativ oder zusätzlich zu der als Lichtfalle wirkenden Einrichtung vorgesehen sein. Falls die Detektionseinrichtung zu große Strahlungsintensitätswerte detektiert, ist dies ein Indiz darauf, dass die auf die Detektionseinrichtung auftreffenden Lichtstrahlen einen abnormal hohen Anteil an unkonvertierter Laserstrahlung umfassen und dass das Photolumineszenzelement defekt ist und/oder zumindest teilweise fehlt. Durch geeignete Gegenmaßnahmen, z.B. eine geeignete Ansteuerung der Laserlichtquelle zur Reduzierung von deren Leistung, kann eine potenzielle Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer wirksam verhindert werden. Die Detektionseinrichtung kann bspw. einen Bild- oder Fotosensor (z.B. CCD- oder CMOS-Sensor) umfassen. Die Detektionseinrichtung kann aber auch einen Mehrfach-Pixel-Detektor (sog. image sensor IC with multi-pixels) oder eine einfache digitale Kamera mit Linse umfassen, wobei die Linse den definierten Bereich der Blendenanordnung auf einem Bildsensor der Kamera abbildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in dem Strahlengang zwischen dem definierten Bereich der Blendenanordnung und der Detektionseinrichtung ein Filterelement angeordnet ist. Dieses ist vorzugsweise für Laserstrahlung durchlässig, so dass die Detektionseinrichtung in erster Linie die Strahlungsintensität der Laserstrahlung misst. Auf das Filterelement kann möglicherweise verzichtet werden, wenn der definierte Bereich der Blendenanordnung bspw. einen Reflexionsbereich umfasst, der derart ausgebildet (z.B. lackiert) ist, dass er Laserstrahlung bevorzugt oder besonders gut in Richtung der Detektionseinrichtung bzw. der als Lichtfalle wirkenden Einrichtung reflektiert.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung eine im Strahlengang der Blendenanordnung nachgeordnete Projektionsoptik umfasst, welche einen an der Blendenanordnung vorbei gelangten Teil der Abstrahllichtverteilung zur Erzeugung einer resultierenden abgeblendeten Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung auf eine Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert und eine Kante der Blendenanordnung als Helldunkelgrenze der Lichtverteilung auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abbildet. Gemäß dieser Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung also als ein Projektionssystem (im Gegensatz zu einem Reflexionssystem) ausgebildet. Die Projektionsoptik ist vorzugsweise als eine Projektionslinse ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass die Projektionsoptik als ein Projektionsreflektor ausgebildet ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Blendenanordnung ein flächiges Blendenelement umfasst, dessen Flächenerstreckung sich in einer Horizontalebene parallel zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt, in das die Beleuchtungseinrichtung eingebaut ist. Das Blendenelement weist vorzugsweise eine in Fahrtrichtung nach vorne gerichtete Vorderkante auf, die zur Erzeugung der Helldunkelgrenze der resultierenden Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildet wird. Vorzugsweise weist das horizontale Blendenelement eine Verspiegelung auf. Diese muss nicht das gesamte Blendenelement bedecken. Es ist denkbar, dass das Blendenelement nur teilweise verspiegelt ausgebildet ist. Die Verspiegelung sollte insbesondere auf zumindest auf einer dem Lichtmodul zugewandten Seite und zumindest in der Nähe von und an der Vorderkante des Blendenelements ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise ist das Laserlichtmodul derart relativ zu dem Blendenelement angeordnet, dass die Hauptabstrahlrichtung der Abstrahllichtverteilung des Laserlichtmoduls auf die Vorderkante des Blendenelements oder geringfügig darüber gerichtet ist. Vorzugsweise ist der Reflexionsabschnitt der Abstrahloptikeinrichtung derart ausgebildet, dass Lichtstrahlen des über die zweite Lichtaustrittsfläche des Reflexionsabschnitts aus der Abstrahloptikeinrichtung austretenden Teils der Abstrahllichtverteilung in Richtung der Vorderkante des Blendenelements gebündelt sind. Dabei liegt mindestens ein Schnittpunkt der Lichtstrahlen des über die zweite Lichtaustrittsfläche des Reflexionsabschnitts aus der Abstrahloptikeinrichtung austretenden Teils der Abstrahllichtverteilung im Strahlengang nach der Vorderkante.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es wird betont, dass die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung die in den Figuren gezeigten und nachfolgend erläuterten Merkmale jedoch auch in einer beliebigen Kombination aufweisen kann, selbst wenn diese Kombination hier nicht ausdrücklich offenbart ist. Es zeigen:
- 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinrichtung;
- 2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinrichtung mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
- 3 eine Abstrahloptikeinrichtung mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen bei fehlerfreiem Photolumineszenzelement;
- 4 eine Abstrahloptikeinrichtung mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen bei fehlerhaftem Photolumineszenzelement;
- 5 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und
- 6 ein Laserlichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung nach 5.
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1 zeigt in schematischer Ansicht eine an sich aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 10 ist zum Einbau in eine entsprechende Einbauöffnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) vorgesehen. Sie umfasst ein Laserlichtmodul 12 zum Aussenden einer Abstrahllichtverteilung 14 (vgl. 2 und 6) und eine im Strahlengang der Abstrahllichtverteilung 14 angeordnete Blendenanordnung 16. Die Blendenanordnung 16 umfasst in dem hier gezeigten Beispiel ein flächiges Blendenelement, dessen Flächenerstreckung sich in einer Horizontalebene 18 parallel zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, in das die Beleuchtungseinrichtung eingebaut ist, und damit auch parallel zu einer Lichtaustrittsrichtung 20 einer resultierenden Lichtverteilung 22 (vgl. 2) der Beleuchtungseinrichtung 10 erstreckt.
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Das Blendenelement 16 weist eine in Fahrtrichtung 20 gerichtete Vorderkante 16a auf, die zur Erzeugung einer Helldunkelgrenze der resultierenden Lichtverteilung 22 der Beleuchtungseinrichtung 10 auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildet werden kann. Zur Abbildung der Vorderkante 16a auf der Fahrbahn weist die hier dargestellte Beleuchtungseinrichtung 10 eine im Strahlengang nach dem Blendenelement 16 angeordnete Projektionsoptik in Form einer Projektionslinse 9 auf. Deshalb wird die hier gezeigte Art einer Beleuchtungseinrichtung 10 auch als ein Projektionssystem bezeichnet. Das Blendenelement 16 kann auf einer dem Laserlichtmodul 12 zugewandten Seite in der Nähe von und an der Vorderkante 16a eine spiegelnde Oberfläche aufweisen. Selbstverständlich kann auch die gesamte Oberfläche des Blendenelements 16 verspiegelt sein. Das Laserlichtmodul 12 ist derart relativ zu dem Blendenelement 16 angeordnet und ausgerichtet, dass eine Hauptabstrahlrichtung 8 der Abstrahllichtverteilung 14 des Laserlichtmoduls 12 auf die Vorderkante 16a des Blendenelements 16 oder geringfügig darüber gerichtet ist.
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Das Laserlichtmodul 12 umfasst mindestens eine Laserlichtquelle 1, die Primärlichtbündel 13 an Laserlicht ausstrahlt (vgl. 6), welches um eine Primärabstrahlrichtung 17 in einem kleinen Primärraumwinkelbereich 15 konzentriert ist, d.h. ein Laserlichtbündel mit einer typischen, geringen Divergenz.
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Bei dem in 6 dargestellten Normalbetrieb trifft das Primärlichtbündel 13 auf ein Photolumineszenzelement 30, welches im Strahlengang des Primärlichtbündels 13 der Laserlichtquelle 1 angeordnet ist. Das Photolumineszenzelement 30 ist dazu eingerichtet, das Laserlicht des Primärlichtbündels 13 teilweise zu streuen und teilweise mittels Photolumineszenz in (inkohärentes) Licht einer von dem Laserlicht abweichenden Wellenlänge umzuwandeln. Für die vorliegenden Anwendungen kann das Photolumineszenzelement 30 z.B. einen plattenartigen Träger aufweisen, welcher einen Photolumineszenzfarbstoff aufweist und teilweise lichtstreuend wirken kann. Durch das auftreffende Primärlichtbündel 13 wird daher das Photolumineszenzelement 30 unter Ausnutzung von Photolumineszenz zur Ausstrahlung einer Sekundärlichtverteilung 19 veranlasst, welche einen im Vergleich zu dem Primärraumwinkelbereich 15 deutlich größeren Sekundärraumwinkelbereich 21 ausfüllt. Das Licht der Sekundärlichtverteilung 19 ist vorzugsweise inkohärent, polychromatisch oder weiß und weist die potenziell gefährlichen Eigenschaften von Laserlicht nicht mehr auf.
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Des Weiteren umfasst das Laserlichtmodul 12 eine Abstrahloptikeinrichtung 2, welche dazu eingerichtet ist, die Sekundärlichtverteilung 19 in eine im Wesentlichen um die Hauptabstrahlrichtung 8 konzentrierte Abstrahllichtverteilung 14 des Laserlichtmoduls 12 umzuformen. Die Abstrahloptikeinrichtung 2 ist in dem hier gezeigten Beispiel als eine massive Vorsatzoptik aus einem transparenten Material (z.B. Glas oder Kunststoff, insbesondere PC oder PMMA) ausgebildet und weist einen zentralen Linsenabschnitt 2a mit einer ersten Lichteintrittsfläche 31 und einer ersten Lichtaustrittsfläche 32 und einen diesen umfangsseitig umgebenden Reflexionsabschnitt 2b mit einer zweiten Lichteintrittsfläche 33 und einer zweiten Lichtaustrittsfläche 34 auf. Die ersten Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen 31, 32 sind vorzugsweise als konvex gewölbte Flächen einer Sammellinse ausgebildet. Die zweite Lichteintrittsfläche 33 ist bspw. als eine Zylinderfläche oder als eine Kegelstumpffläche ausgebildet. Die zweite Lichtaustrittsfläche 34 kann eben oder (konkav oder konvex) gewölbt ausgebildet sein. Der Linsenabschnitt 2a und der Reflexionsabschnitt 2b sind in 6 durch imaginäre Linien 2c getrennt dargestellt.
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Die Vorsatzoptik 2 bündelt hindurchtretende Lichtstrahlen auf zweierlei Weise. In dem Linsenabschnitt 2a werden hindurchtretende Lichtstrahlen an den Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen 31, 32 durch Brechung gebündelt. In dem äußeren Reflexionsabschnitt 2b werden über die Lichteintrittsfläche 33 eintretende Lichtstrahlen gebrochen, treffen danach auf eine äußere Grenzfläche 35, an der sie totalreflektiert und in Richtung der Lichtaustrittsfläche 34 umgelenkt werden, wo die Lichtstrahlen beim Verlassen der Vorsatzoptik 2 erneut gebrochen werden. In dem Reflexionsabschnitt 2b werden die Lichtstrahlen also durch Brechung und Reflexion gebündelt. Deshalb wird die Vorsatzoptik 2 auch als TIR (total internal reflection)-Vorsatzoptik bezeichnet.
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Die hier in den Figuren gezeigte Beleuchtungseinrichtung 10 umfasst somit ein Projektionsmodul, das seinerseits die mindestens eine Laserlichtquelle 1, die der mindestens einen Lichtquelle 1 zugeordnete TIR-Vorsatzoptik 2, das Blendenelement 16 zur Erzeugung einer Helldunkelgrenze der resultierenden Lichtverteilung und die Projektionslinse 9 aufweist. Das Licht, das durch den Reflexionsabschnitt 2b der Vorsatzoptik 2 gebündelt wird, wird bevorzugt in Richtung der Blendenkante 16a gebündelt. Das Licht, das durch den zentralen Linsenabschnitt 2a gebündelt wird, wird im Stand der Technik auf die Blendenkante 16a gebündelt. Licht, das auf die spiegelnden Abschnitte des Blendenelements 16 trifft, wird von dort in Richtung der Projektionslinse 9 reflektiert. Der beschriebene Strahlengang ist in 2 gezeigt.
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Die Vorsatzoptik 2 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 10 ist abweichend von der bekannten Vorsatzoptik 2 angeordnet und ausgebildet. Insbesondere ist die Vorsatzoptik 2 derart relativ zu der Laserlichtquelle 1 angeordnet und derart ausgebildet, dass Lichtstrahlen, welche in einem Strahlengang nach dem Photolumineszenzelement 30 in dem Primärraumwinkelbereich 15 um die Primärabstrahlrichtung 17 verlaufen, ausschließlich auf die erste Lichteintrittsfläche 31 des zentralen Linsenabschnitts 2a treffen und durch diesen hindurchtreten. Dies hat die Wirkung, die nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 näher erläutert wird: In den 3 und 4 ist das Photolumineszenzelement 30 nicht explizit eingezeichnet, es ist Bestandteil der eingezeichneten Laserlichtquelle 1. 3 zeigt den fehlerfreien Normalfall, bei dem das Photolumineszenzelement 30 voll funktionsfähig und an der vorgesehenen Position in dem Laserlichtmodul 12 angeordnet ist. Das von der optisch aktiven Fläche des Photolumineszenzelements 30 ausgehende Mischlicht der Sekundärlichtverteilung 19 trifft zum Teil auf die erste Lichteintrittsfläche 31 und zum Teil auf die zweite Lichteintrittsfläche 33 und durchläuft danach zum Teil den zentralen Linsenabschnitt 2a und zum Teil den Reflexionsabschnitt 2b. Dabei treffen auf den zentralen Linsenabschnitt 2a alle Lichtstrahlen, welche in einem Strahlengang nach dem Photolumineszenzelement 30 in dem Primärraumwinkelbereich 15 um die Primärabstrahlrichtung 17 verlaufen.
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Dies ist insbesondere für einen Fehlerfall von Bedeutung, der beispielhaft in 4 gezeigt ist. Bei einem Defekt des Photolumineszenzelements 30, bspw. aufgrund eines zumindest teilweise Ablösens des Photolumineszenzfarbstoffs von dem Träger, eines Bruchs des Photolumineszenzelements 30 oder eines Lösens des Photolumineszenzelements 30 von seiner vorgesehenen Position im Strahlengang, kann es vorkommen, dass nach dem defekten Photolumineszenzelement 30 (oder dessen ursprünglicher Position) eine größere Menge an unkonvertiertem Laserlicht in dem Primärraumwinkelbereich 15 um die Primärabstrahlrichtung 17 abgestrahlt wird. Durch die besondere Anordnung und Ausgestaltung der Vorsatzoptik 2 trifft im Fehlerfall praktisch das gesamte unkonvertierte Laserlicht auf den zentralen Linsenabschnitt 2a der Vorsatzoptik 2 und kann durch geeignete Maßnahmen unschädlich gemacht werden. Im Fehlerfall tritt also viel weniger Licht bzw. Strahlung, möglicherweise sogar überhaupt kein Licht bzw. keine Strahlung, durch den Reflexionsabschnitt 2b der Vorsatzoptik 2 hindurch.
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Um eine potenzielle Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer durch unkonvertiertes Laserlicht, das im Fehlerfall mit deutlich höherer Strahlungsintensität als im Normalfall in dem Primärraumwinkelbereich 15 um die Primärabstrahlrichtung 17 abgestrahlt wird, zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass der zentrale Linsenabschnitt 2a ausgebildet ist, durch diesen hindurchtretende Lichtstrahlen auf einen definierten Bereich 11 des Blendenelements 16 (vgl. 5) zu lenken. Dies gilt für das (im Normalfall überwiegend vorliegende) konvertierte Mischlicht wie für das (im Fehlerfall verstärkt auftretende) unkonvertierte Laserlicht gleichermaßen. Der Bereich 11 umfasst eine Streustruktur zum Streuen der auftreffenden Lichtstrahlen oder einen Reflexionsbereich zum Umlenken der auftreffenden Lichtstrahlen auf eine als Lichtfalle wirkende Einrichtung 23 der Beleuchtungseinrichtung 10.
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Eine Streustruktur auf dem definierten Bereich 11 der Blendenanordnung 16 führt zu einer diffusen Streuung der auftreffenden Lichtstrahlen. Im Falle von unkonvertierten Laserstrahlen, die bei einem Defekt oder einem zumindest teilweise Fehlen des Photolumineszenzelements 30 durch den zentralen Linsenabschnitt 2a der Vorsatzoptik 2 hindurchtreten und auf den definierten Bereich 11 der Blendenanordnung 16 gelenkt werden, führt die diffuse Streuung bzw. breite Auffächerung dazu, dass die Strahlungsintensität auf einen akzeptablen ungefährlichen Wert, vorzugsweise unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts, reduziert wird.
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Ein Reflexionsbereich auf dem definierten Bereich
11 der Blendenanordnung
16 lenkt die auftreffenden Lichtstrahlen auf eine als Lichtfalle wirkende Einrichtung
23 der Beleuchtungseinrichtung
10. Die Lichtfalle
23 absorbiert das auftreffende Licht. Hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise einer Lichtfalle wird beispielhaft auf die
DE 10 2004 038 321 A1 verwiesen. Andere Ausgestaltungen einer Lichtfalle sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Falls das Blendenelement
16 sowieso zumindest teilweise mit einer spiegelnden Oberfläche versehen ist, kann die Verspiegelung in dem definierten Bereich
11 genutzt werden, um die auftreffenden Lichtstrahlen aus dem zentralen Linsenabschnitt
2a der Vorsatzoptik
2 auf die Lichtfalle
23 zu lenken. Zu diesem Zweck kann das Blendenelement
16 in dem definierten Bereich
11 in gewünschter Weise geformt sein. Alternativ oder zusätzlich wäre es denkbar, die als Lichtfalle wirkende Einrichtung
23 derart relativ zu der Blendenanordnung
16 und/oder dem Laserlichtmodul
12 zu positionieren, dass die Lichtstrahlen aus dem zentralen Linsenabschnitt
2a der Vorsatzoptik
2 auch ohne eine spezielle Verformung des definierten Bereichs
11 der Blendenanordnung
16 auf die Lichtfalle
23 gelenkt werden. Alternativ kann der definierte Bereich
11 mit einem Lack oder einer sonstigen Beschichtung versehen sein, damit auftreffende Laserstrahlung bevorzugt absorbiert wird.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Lichtfalle 23 kann eine Detektionseinrichtung 24 vorgesehen sein, auf die zumindest ein Teil der auf den als Reflexionsbereich ausgebildeten definierten Bereich 11 auftreffenden Lichtstrahlen umgelenkt wird. Zu diesem Zweck kann zumindest ein Teil des reflektierenden definierten Bereichs 11 entsprechend geformt sein. Die Detektionseinrichtung 24 ist zum Erfassen einer Strahlungsintensität der umgelenkten Lichtstrahlen ausgebildet. Falls die Detektionseinrichtung 24 zu große Strahlungsintensitätswerte detektiert, ist dies ein Indiz darauf, dass die auf die Detektionseinrichtung 24 auftreffenden Lichtstrahlen einen abnormal hohen Anteil an unkonvertierter Laserstrahlung umfassen und dass das Photolumineszenzelement 30 defekt ist und/oder zumindest teilweise fehlt. Durch geeignete Gegenmaßnahmen, z.B. eine geeignete Ansteuerung der Laserlichtquelle 1 zur Reduzierung ihrer Leistung, kann eine potenzielle Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer wirksam verhindert werden. Die Detektionseinrichtung 24 kann bspw. einen Bild- oder Fotosensor (z.B. CCD- oder CMOS-Sensor) umfassen. Die Detektionseinrichtung 24 kann aber auch einen Mehrfach-Pixel-Detektor (sog. image sensor IC with multi-pixels) oder eine einfache digitale Kamera mit Linse umfassen, wobei die Linse den definierten Bereich 11 der Blendenanordnung 16 auf einem Bildsensor der Kamera abbildet.
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Im Strahlengang des von dem reflektierenden definierten Bereich 11 umgelenkten Lichts kann ein hauptsächlich für Laserstrahlung durchlässiges Filterelement (nicht dargestellt) angeordnet sein, so dass hauptsächlich Laserstrahlung auf die Lichtfalle 23 und/oder die Detektionseinrichtung 24 trifft. Alternativ kann der reflektierende definierte Bereich 11 mit einem Lack oder einer sonstigen Beschichtung versehen sein, damit auftreffende Laserstrahlung bevorzugt reflektiert wird. In diesem Fall kann auf das Filterelement im Strahlengang verzichtet werden.
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Selbstverständlich sind auch andere Lösungen zur Realisierung eines passiven Sicherheitssystems zur Vermeidung potenzieller Gefahren durch Laserstrahlen, die nicht in das gewünschte Mischlicht umgewandelt wurden, denkbar. So kann bspw. die erste Lichteintrittsfläche 31 des zentralen Linsenabschnitts 2a, auf die alle Lichtstrahlen treffen, welche in einem Strahlengang nach dem Photolumineszenzelement 30 in dem Primärraumwinkelbereich 15 um die Primärabstrahlrichtung 17 verlaufen, mit einer Streustruktur, bspw. einer Mikrostruktur oder einer Aufrauhung, versehen sein, so dass das auftreffende Licht nicht mehr in Richtung der Blendenkante 16a fokussiert wird, sondern diffus gestreut wird. Die diffuse Streuung bzw. breite Auffächerung führt dazu, dass die Strahlungsintensität reduziert wird. Im Falle eines Defekts oder eines zumindest teilweise Fehlens des Photolumineszenzelements 30, bei dem eine große Menge an unkonvertierten Laserstrahlen auf die erste Lichteintrittsfläche 31 trifft, kann die Strahlungsintensität auf einen akzeptablen ungefährlichen Wert reduziert werden. Die Streustruktur kann dabei die komplette Eintrittsfläche 31 umfassen. Bevorzugt umfasst sie jedoch nur einen Teil davon, da die Laserlichtquelle 1 üblicherweise in dem Primärraumwinkelbereich 15 keinen rotationssymmetrischen Strahlungskegel abstrahlt, sondern einen elliptischen Kegel. Insofern wäre es ausreichend, wenn auf der ersten Lichteintrittsfläche 31 der Vorsatzoptik 2 nur ein dem auftreffenden elliptischen Kegel entsprechender elliptischer Flächenbereich mit der Streustruktur versehen ist. Dadurch kann die Effizienz des Lichtmoduls 12 und damit der gesamten Beleuchtungseinrichtung 10 im Normalfall gesteigert werden. Anstatt die Streustruktur auf die erste Eintrittsfläche 31 aufzubringen, kann sie auch auf die erste Lichtaustrittsfläche 32 oder einen Teil davon, oder aber auf eine Kombination der Flächen 31 und 32 aufgebracht werden.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass auf der ersten Lichteintrittsfläche 31 ein Filterelement aufgebracht ist, welches für unkonvertierte Laserstrahlung intransparent ist. Die unkonvertierte Laserstrahlung wird also daran gehindert, durch das zentrale Linsenelement 2a hindurchzutreten, was sich insbesondere im Fehlerfall auswirkt und einen Durchtritt von potenziell gefährlicher Laserstrahlung durch die Vorsatzoptik 2 verhindert. In diesem Fall ist die Fläche 31 bevorzugt plan ausgebildet. Ferner kann in diesem Fall die Streustruktur auf der Fläche 31 entfallen, wodurch die Effizienz gesteigert werden kann.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann der zentrale Linsenabschnitt 2a der Vorsatzoptik 2 umfassend die ersten Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen 31 und 32 so gestaltet sein, dass das hindurchtretende Licht nicht auf das Blendenelement 16 trifft und nicht durch die Projektionslinse 9 hindurchtritt, sondern auf ein optisches Element trifft, welches das auftreffende Licht entweder diffus streut oder absorbiert. Im Fehlerfall würde dann die auftreffende unkonvertierte Laserstrahlung diffus gestreut oder absorbiert werden, so dass sie keine potenzielle Gefahr mehr darstellen würde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012220481 A1 [0008]
- DE 102015205353 A1 [0008]
- DE 102014207024 A1 [0009, 0014]
- DE 102004038321 A1 [0034]
