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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend:
- - wenigstens eine Laserlichtquelle zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels in einen Primärraumwinkelbereich um eine Primärabstrahlrichtung;
- - einen Wellenlängenkonverter, welcher derart angeordnet ist, dass das mit der Laserlichtquelle ausstrahlbare Primärlichtbündel auf den Wellenlängenkonverter trifft, und welcher derart ausgebildet ist, dass durch das auftreffende Primärlichtbündel eine Sekundärlichtverteilung ausstrahlbar ist;
- - eine Abstrahloptikeinrichtung zum Umformen der Sekundärlichtverteilung in eine Abstrahllichtverteilung des Lichtmoduls; und
- - einen Sicherheitsbügel, welcher ausgehend von dem Wellenlängenkonverter betrachtet den Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung überdeckt und einen Umlenkbereich mit einer reflektierenden Oberfläche umfasst, so dass ein entlang der Primärabstrahlrichtung auftreffendes Lichtbündel in Richtung einer Detektionsfläche mindestens eines zur Detektion von Laserstrahlung ausgebildeten Detektionselements ablenkbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen Lichtmodul. Derartige Lichtmodule und Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge sind bspw. aus der
DE 10 2015 221 399 A1 bekannt. Die nicht vorveröffentlichte
DE 10 2017 101 678 A1 zeigt die Merkmale des Oberbegriffs und einen Detektor, der einen Filter aufweist.
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Im Bereich der Kraftfahrzeugbeleuchtung, insbesondere bei Kraftfahrzeugscheinwerfern, ist die Verwendung von leistungsstarken Lichtquellen mit möglichst hoher Leuchtdichte erwünscht. Dadurch lassen sich mit kleinem Bauraum lichtstarke Beleuchtungseinrichtungen realisieren. Die abgestrahlten Lichtverteilungen müssen bestimmte, in der Regel gesetzlich vorgegebene Eigenschaften aufweisen. Für die Frontlichter eines Kraftfahrzeuges ist in der Regel weißes Licht erwünscht.
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Mit Laserlichtquellen, beispielsweise Halbleiter-Laserdioden, lassen sich hohe Strahlungsleistungen erzielen. Allerdings strahlen Laserlichtquellen im Prinzip meist nahezu monochromatisches, kohärentes und stark kollimiertes Laserlicht aus, das in dieser Form nicht unmittelbar als abgestrahltes Licht der Beleuchtungseinrichtung verwendet werden kann.
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Laserlichtquellen werden in der Kraftfahrzeugbeleuchtung daher meist mit einem Wellenlängenkonverter eingesetzt. Dabei wird das monochromatische, kohärente Laserlicht in diffuses und weitgehend inkohärentes weißes Licht umgewandelt. Aus der
DE 10 2012 220 481 A1 und der
US 8,400,011 B2 sind beispielsweise Lichtmodule mit einer Laserlichtquelle und einem Photolumineszenzkonverter bekannt. Der Photolumineszenzkonverter weist einen Photolumineszenzfarbstoff (z.B. Phosphor) auf, der durch Anregung zur Photolumineszenz mittels Laserlicht (z.B. blaues Licht) ein Licht mit anderen Wellenlängen (z.B. gelbes Licht) abgibt. Die so erzielte Sekundärlichtverteilung umfasst das umgewandelte Licht und gegebenenfalls auch gestreute Anteile des eingestrahlten Laserlichts. Durch Überlagerung des blauen Laserlichts und des konvertierten gelben Lichts ergibt sich dann idealerweise weißes Mischlicht, das für die Zwecke der Kraftfahrzeugbeleuchtung genutzt werden kann.
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Dem Wellenlängenkonverter kommt eine sicherheitsrelevante Bedeutung zu, da nicht umgewandeltes Laserlicht bei den typisch hohen Strahlungsleistungen von Laserlichtquellen potenziell gefährlich ist.
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Wird der Wellenlängenkonverter beschädigt, kann unter Umständen eine Gefährdung durch aus der Beleuchtungseinrichtung austretende, stark kollimierte Laserstrahlen auftreten. Um Beschädigungen des Konverters zu detektieren und den Laser gegebenenfalls abzuschalten, ist in der
DE 10 2012 220 481 A1 und der
US 8,400,011 B2 eine Detektionseinrichtung zum Detektieren der Strahlungsintensität vorgesehen ist. Nachteile dieser Sicherheitsvorrichtungen sind, dass sie zusätzliche optische und elektronische Komponenten benötigen, um die Strahlungsintensität zu detektieren. Außerdem ist eine Steuereinrichtung erforderlich, um die Laserlichtquelle abzuschalten, wenn die detektierte Intensität einen Sicherheitsgrenzwert überschreitet.
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Aus der
DE 10 2015 221 399 A1 ist eine Sicherheitsvorrichtung bekannt, bei der ein Sicherheitsbügel vorgesehen ist, der ausgehend von dem Wellenlängenkonverter betrachtet den Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung überdeckt und einen Umlenkbereich mit einer reflektierenden Oberfläche umfasst, so dass ein entlang der Primärabstrahlrichtung auftreffendes Lichtbündel in Richtung einer Detektionsfläche mindestens eines zur Detektion von Laserstrahlung ausgebildeten Detektionselements abgelenkt wird. Problematisch ist hierbei, dass die Anordnung des Wellenlängenkonverters, des Sicherheitsbügels und des mindestens einen Detektionselements in einem fest vorgegebenen Bezug zueinander stehen. Es ist somit nicht möglich, diese Bauteile nach individuellen Wünschen in dem Lichtmodul anzuordnen.
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Ferner ist bspw. aus der
US 8,502,695 B2 ein Lichtmodul für Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt, bei dem ein optisches Filterelement als separates Bauteil in dem Strahlengang vor dem zur Detektion von Laserstrahlung ausgebildeten Detektionselement angeordnet ist. Das Filterelement ist dabei derart ausgestaltet, dass nicht konvertierte (z.B. blaue) Strahlanteile blockiert werden und andere Strahlanteile, insbesondere an dem Wellenlängenkonverter konvertierte (z.B. gelbe) Strahlanteile transmittiert werden. Das Filterelement ist in der Regel als ein separates Farbglasfilter ausgebildet. Nachteilig ist hierbei dass ein zusätzliches optisches Filterelement im Strahlengang angeordnet, positioniert und in dem Lichtmodul befestigt werden muss. Wenn das Filterelement als ein Interferenzfilter ausgebildet ist, müssen die auftreffenden Strahlen zudem in einem relativ engen Winkelbereich bezüglich einer auf der Detektionsfläche des Detektionselements stehenden Senkrechten auf das Interferenzfilter treffen, damit dieses auch die gewünschte Filterwirkung entfalten kann.
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Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lichtmodul der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass es einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist und dass es darüber hinaus eine besonders zuverlässige Detektion einer Beschädigung oder eines Defekts des Wellenlängenkonverters und gleichzeitig eine besonders große Freiheit bezüglich der Positionierung der einzelnen Bauteile der Sicherheitsvorrichtung zur Detektion der Beschädigung oder des Defekts ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Lichtmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass auf die Detektionsfläche des mindestens einen Detektionselements ein Interferenzfilter direkt aufgebracht ist, und dass in einem Strahlengang von dem Umlenkbereich des Sicherheitsbügels zu dem Interferenzfilter des mindestens einen Detektionselements jeweils ein Optikelement angeordnet und ausgebildet ist, dass das in Richtung der Detektionsfläche des mindestens einen Detektionselements abgelenkte Lichtbündel in einem Winkelbereich von +/-5° bezüglich einer auf der Detektionsfläche des mindestens einen Detektionselements stehenden Senkrechten auf das Interferenzfilter trifft. Die Erfindung wird auch durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer gelöst, der ein solches Lichtmodul mit den genannten Merkmalen aufweist. Das Interferenzfilter kann bspw. durch Sputtern oder durch Aufdampfen (mittels thermischer Erhitzung) direkt auf der Detektionsfläche des Detektionselements erzeugt werden.
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Da das Interferenzfilter nur bei senkrechtem Lichteinfall gut funktioniert und eine effiziente spektrale Filterung der Strahlung vornehmen kann, wird vorgeschlagen, vor dem Detektionselement, das unter einem schrägen Lichteinfall beleuchtet wird, ein Optikelement anzuordnen, welches das Licht parallelisiert und im Wesentlichen senkrecht auf die Detektionsfläche des Detektionselements umlenkt. Die verschiedenen Bauteile der Sicherheitsvorrichtung (der Sicherheitsbügel und das mindestens eine Detektionselement mit dem direkt aufgebrachten Interferenzfilter) können mit größerer Freiheit auf einer Platine positioniert und befestigt werden. Das Optikelement kann derart ausgestaltet und auf der Platine angeordnet und befestigt werden, dass die von dem Umlenkbereich des Sicherheitsbügels abgelenkte Strahlung das Detektionselement erreicht und darüber hinaus auch noch senkrecht oder nahezu senkrecht auf die Detektionsfläche trifft. Es hat besondere Vorteile für die Auswerteelektronik, wenn sich alle Bauteile auf einer gemeinsamen Platine befinden.
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Eine Sicherheitsvorrichtung zur Detektion einer Beschädigung des Wellenlängenkonverters des erfindungsgemäßen Lichtmoduls kann ein Detektionselement oder mehrere Detektionselemente umfassen. Der Umlenkbereich des Sicherheitsbügels lenkt ein auftreffendes Lichtbündel in Richtung des einen Detektionselements ab bzw. lenkt mehrere Teillichtbündel des auftreffenden Lichtbündels in Richtung der verschiedenen Detektionselemente ab. Bei mehreren Detektionselementen kann die Strahlungsintensität der nicht konvertierten Laserlicht-Strahlungsanteile oder der an dem Wellenlängenkonverter konvertierten Strahlungsanteile an jedem Detektionselement als Absolutwert erfasst und ausgewertet werden. Dabei kann beim Über- bzw. Unterschreiten von vorgegebenen Grenzwerten auf eine Beschädigung des Wellenlängenkonverters geschlossen werden. Alternativ ist es auch denkbar, die an den verschiedenen Detektionselementen gemessenen Strahlungsintensitäten in einen Bezug zueinander zu setzen. Falls sich die Relation der verschiedenen gemessenen Strahlungsintensitäten über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus verändert, kann auf eine Beschädigung des Wellenlängenkonverters geschlossen werden. In dem Strahlengang zwischen dem Umlenkbereich des Sicherheitsbügels und jedem der Detektionselemente bzw. den auf deren Detektionsfläche direkt aufgebrachten Interferenzfiltern ist jeweils ein Optikelement angeordnet. Das Optikelement lenkt die auf das jeweilige Detektionselement gerichteten Strahlungsanteile auf die Detektionsfläche und sorgt insbesondere dafür, dass die Strahlen senkrecht auf das Interferenzfilter treffen.
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Die Erfindung schlägt ferner vor, statt eines Farbglasfilters ein optisches Detektionselement mit direkt aufgebrachtem Interferenzfilter zu benutzen. Dadurch entfällt der aufwendige Prozessschritt, ein Farbglasfilterelement auf der Detektionsfläche des Detektionselements bzw. im Strahlengang der in Richtung des Detektionselements gerichteten Strahlung anzuordnen und zu befestigen, beispielsweise mittels Klebung oder einer mechanischen Klemmung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Optikelement als eine Vorsatzoptik aus einem transparenten massiven (und/ oder festen) Material ausgebildet ist, die eine Eintrittsfläche, durch die das in Richtung der Detektionsfläche des mindestens einen Detektionselements abgelenkte Lichtbündel in die Vorsatzoptik eintritt, und eine Austrittsfläche aufweist, durch die das durch die Vorsatzoptik umgelenkte Lichtbündel aus der Vorsatzoptik austritt und auf das Interferenzfilter des entsprechenden Detektionselements trifft. Durch die mindestens eine Vorsatzoptik kann die Einheit aus Vorsatzoptik und Detektor nahezu beliebig auf der Platine positioniert werden. Die Vorsatzoptik muss über dem Detektor (vor der Detektionsfläche) angebracht sein, um die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen. Die Befestigung der Vorsatzoptik auf der Platine kann bspw. mittels Anschrauben über entsprechende Anschraublaschen der Vorsatzoptik oder durch Heißverstemmen erfolgen.
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Vorteilhaftweise besteht die Vorsatzoptik aus Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Als Polycarbonat können bspw. die im Handel erhältlichen Produkte Tarflon LC 1700, Lexan oder Makrolon verwendet werden. Die Vorsatzoptik kann die einfallenden Strahlen auf definierte Weise umlenken, so dass sie nahezu senkrecht auf das Interferenzfilter treffen. Vorzugsweise ist die Vorsatzoptik derart ausgebildet, dass das Umlenken des Lichtbündels allein aufgrund von Brechung von Strahlen des Lichtbündels an der Eintrittsfläche und/oder der Austrittsfläche der Vorsatzoptik erfolgt. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die Vorsatzoptik TIR (total internal reflection)-Eigenschaften aufweist, wobei die Vorsatzoptik dann derart ausgebildet ist, dass das Umlenken des Lichtbündels aufgrund von Brechung von Strahlen des Lichtbündels an der Eintrittsfläche und/oder der Austrittsfläche der Vorsatzoptik und durch Totalreflexion an mindestens einer Grenzfläche der Vorsatzoptik erfolgt. Auch Mehrfach-Reflexionen an einer oder mehreren der Grenzflächen sind denkbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Umlenkbereich des Sicherheitsbügels zur Realisierung einer spektralen Vorfilterung des entlang der Primärabstrahlrichtung auftreffenden Lichtbündels zumindest bereichsweise farbig lackiert ist. Dadurch kann eine spektrale Vorfilterung erfolgen, was die Filtereigenschaften bzw. die Filterwirkung des gesamten optischen Pfades verbessert. Vorzugsweise ist der Umlenkbereich des Sicherheitsbügels zumindest bereichsweise blau lackiert. Eine blaue Lackierung reflektiert hauptsächlich die nicht konvertierten blauen Strahlungsanteile, sodass verstärkt diese Strahlungsanteile über das Optikelement auf das auf der Detektionsfläche des Detektionselements direkt aufgebrachte Interferenzfilter treffen. Andersfarbige Strahlungsanteile werden von der blauen Lackierung größtenteils absorbiert.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sicherheitsbügel aus einem transparenten Material besteht und der Umlenkbereich des Sicherheitsbügels eine dichroitische Reflexionsschicht aufweist, welche ausgebildet ist, einen ersten Anteil der Strahlung des entlang der Primärabstrahlrichtung auftreffenden Lichtbündels zu reflektieren und einen anderen Anteil der Strahlung zu transmittieren. Vorzugsweise ist die dichroitische Reflexionsschicht ausgebildet, einen nicht konvertierten blauen Anteil der Strahlung des entlang der Primärabstrahlrichtung auftreffenden Lichtbündels zu reflektieren und einen konvertierten gelben Anteil der Strahlung zu transmittieren. Auch mithilfe einer dichroitischen Reflexionsschicht können somit hauptsächlich die nicht konvertierten blauen Strahlungsanteile reflektiert werden, sodass verstärkt diese Strahlungsanteile über das Optikelement auf das auf der Detektionsfläche des Detektionselements direkt aufgebrachte Interferenzfilter treffen. Andersfarbige Strahlungsanteile werden durch das transparente Material des Sicherheitsbügels transmittiert und gelangen nicht auf die Detektionsflächen der Detektionselemente.
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Die Transmissionseigenschaften des Optikelements können dadurch eingestellt und an die gegebenen Bedingungen, insbesondere an die Empfindlichkeit der Detektionselemente, angepasst werden, indem eine Eintrittsfläche und/oder eine Austrittsfläche des Optikelements eine Graufilterschicht mit definierten Transmissionseigenschaften aufweist. Auf diese Weise kann die Lichtmenge, die auf die Detektionselement fällt, durch Anpassen der Transmission des Optikelements eingestellt werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass eine Eintrittsfläche und/oder eine Austrittsfläche des Optikelements aufgeraut oder mattiert ist. Dadurch kann die Winkelverteilung der auf das Interferenzfilter bzw. die Detektionsfläche auftreffenden Strahlung nach einem Zufallsprinzip aufgefächert werden, um zum Beispiel eine homogene Ausleuchtung der Detektionsfläche zu erreichen. Selbstverständlich sollten auch bei einer auf Vermischung der Strahlung gerichteten Ausführungsform die Strahlen größtenteils in einem Winkelbereich von +/-5° bezüglich der auf der Detektionsfläche des mindestens einen Detektionselements stehenden Senkrechten, also nahezu senkrecht, auf das Interferenzfilter treffen.
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Alternativ oder zusätzlich ist es ferner denkbar, dass eine Eintrittsfläche und/oder eine Austrittsfläche des Optikelements eine Mikrostruktur aufweist, welche ausgebildet ist, das durch das Optikelement hindurchtretende Lichtbündel gezielt so umzulenken, dass es in einem Winkelbereich von +/-5° bezüglich der auf der Detektionsfläche des mindestens einen Detektionselements stehenden Senkrechten auf das Interferenzfilter trifft. In diesem Fall könnte die Vorsatzoptik sogar einfach als ein Würfel oder als eine planparallele Platte ausgeführt sein, die eine Diffusor-Mikrostruktur aufweist. Durch die Mikrostruktur können die auftreffenden Strahlen gezielt in einen definierten Vorzugswinkel umgelenkt werden. Die Mikrostruktur kann somit die Umlenkwirkung der hindurchtretenden Strahlung erfüllen, so dass diese nahezu senkrecht auf das Interferenzfilter trifft. Zusätzlich kann durch die Mikrostruktur auch noch eine Auffächerung der Strahlung erreicht werden, sodass die Detektionsfläche möglichst homogen und gleichförmig ausgeleuchtet wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls in einem vertikalen Längsschnitt;
- 2 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Normalfall;
- 3 das Lichtmodul aus 2 im Fehlerfall;
- 4 ein Optikelement des Lichtmoduls aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 5 ein Optikelement des Lichtmoduls aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 6 einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht; und
- 7 eine Detektionsfläche eines Detektionselements mit darauf auftreffenden Strahlen.
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In 6 ist ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugscheinwerfer in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieser umfasst ein lichtundurchlässiges Gehäuse 4, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. Das Gehäuse 4 hat in Lichtaustrittsrichtung 6 eine Lichtaustrittsöffnung 8, die durch eine transparente Abdeckscheibe 10 aus Glas oder Kunststoff verschlossen ist. Im Inneren des Gehäuses 4 ist ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 20 angeordnet, das mittels einer Laserlichtquelle weißes Licht erzeugt, das zur Erzeugung einer beliebigen Lichtverteilung oder eines Teils davon genutzt werden kann. Die Lichtverteilung kann eine abgeblendete Lichtverteilung, eine Fernlichtverteilung oder eine beliebige adaptive Lichtverteilung (z.B. Teilfernlicht, Markierungslicht, Stadtlicht, Autobahnlicht, Schlechtwetterlicht o.ä.) sein. Das Lichtmodul 20 kann zur Leuchtweitenverstellung um eine horizontale Achse 12 verschwenkbar in dem Gehäuse 4 gelagert sein. Ferner wäre es denkbar, dass das Lichtmodul 20 um eine vertikale Achse (nicht dargestellt) verschwenkbar ist, um eine dynamische Kurvenlichtfunktionalität realisieren zu können. Zusätzlich zu dem Lichtmodul 20 können in dem Gehäuse 4 auch noch andere Lichtmodule (beispielhaft durch das Element 14 dargestellt) zur Erzeugung anderer Lichtverteilungen oder zur Ergänzung der durch das Lichtmodul 20 erzeugten Teil-Lichtverteilung, so dass sich durch beide Teil-Lichtverteilungen zusammen eine gewünschte Lichtverteilung des Scheinwerfers 2 ergibt, angeordnet sein. Ferner wäre es denkbar, dass in dem Gehäuse 4 auch noch eines oder mehrere Leuchtenmodule (beispielhaft durch das Element 16 dargestellt) zur Erzeugung einer oder mehrerer Leuchtenfunktionen (z.B. Blinklicht, Positionslicht, Tagfahrlicht) angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Lichtmodul 20 wird nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert. Bezugnehmend auf 1 umfasst das Lichtmodul 20 wenigstens eine Laserlichtquelle 22 zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels 24 in einen relativ kleinen Primärraumwinkelbereich um eine Primärabstrahlrichtung 26. In dem gezeigten Beispiel trifft das Primärlichtbündel 24 auf eine optionale Zwischenoptik 28, die das Primärlichtbündel 24 auf einen Wellenlängenkonverter 30 lenkt. Der Wellenlängenkonverter 30 ist von einem Trägerbauteil 32 gehaltert im Strahlengang des Primärlichtbündels 24 der Laserlichtquelle 22 angeordnet. Durch das auftreffende Primärlichtbündel 24 wird der Wellenlängenkonverter 30 zur Ausstrahlung einer Sekundärlichtverteilung 34 angeregt, welche vorzugsweise inkohärentes, polychromatisches bzw. weißes Licht aufweist. Daher hat die Sekundärlichtverteilung nicht mehr die potenziell gefährlichen Eigenschaften von Laserlicht.
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Die Sekundärlichtverteilung 34 füllt einen im Vergleich zu dem Primärraumwinkelbereich größeren Sekundärraumwinkelbereich aus. Ferner umfasst das Lichtmodul 20 eine Abstrahloptikeinrichtung 36 zum Umformen bzw. Umlenken der Sekundärlichtverteilung 34 in eine Abstrahllichtverteilung 38 des Lichtmoduls 20, die den Scheinwerfer 2 im Wesentlichen in der Lichtaustrittsrichtung 6 konzentriert verlässt. Die Abstrahloptikeinrichtung 36 ist in dem Beispiel als ein Reflektor ausgebildet.
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Das Lichtmodul umfasst des Weiteren einen Sicherheitsbügel 40, welcher ausgehend von dem Wellenlängenkonverter 30 betrachtet den Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 26 überdeckt und einen Umlenkbereich 42 mit einer reflektierenden Oberfläche umfasst, so dass ein entlang der Primärabstrahlrichtung 26 auftreffendes Lichtbündel 24 in Richtung einer Detektionsfläche mindestens eines Detektionselements 44 abgelenkt wird. Das Detektionselement 44 ist zum Erfassen und Überwachen der Strahlungsintensität von Laserlicht und zum Aussenden eines entsprechenden Detektorsignals ausgebildet. Der Sicherheitsbügel 40 überdeckt nur einen kleinen Abschnitt des Sekundärwinkelbereichs der Sekundärlichtverteilung 34, so dass ein Großteil der Sekundärlichtverteilung 34 auf die Abstrahloptikeinrichtung 36 trifft und zur Erzeugung der Abstrahllichtverteilung 38 zur Verfügung steht. Insbesondere ragt der Sicherheitsbügel 40 über die Halterungsebene des Wellenlängenkonverters 30 hervor. Der Wellenlängenkonverter 20 kann in einem mittigen Abschnitt des Trägerbauteils 32 positioniert sein. Der Sicherheitsbügel 40 setzt beispielsweise an einem Randabschnitt des Trägerbauteils 32 an und ragt ausgehend von dem Randabschnitt über den mittigen Bereich des Trägerbauteil 32. Insofern überdeckt der Sicherheitsbügel 40 einen Teil der Fläche des Wellenlängenkonverters 30.
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Der Sicherheitsbügel 40 ist so bemessen und angeordnet, dass der Primärraumwinkelbereich überdeckt wird, in dem Lichtbündel verlaufen, welche ausgehend von der Laserlichtquelle 22 um die Primärabstrahlrichtung 26 verlaufen. Im Idealfall treffen auch nur solche Lichtbündel auf den Sicherheitsbügel 40, welche ausgehend von der Laserlichtquelle 22 in einem Primärraumwinkelbereich um die Pimärabstrahlrichtung 26 verlaufen, sodass eine Umformung in die Abstrahllichtverteilung 38 auch nur für solche Lichtbündel unterdrückt wird. Die Abstrahllichtverteilung 38 wird im Wesentlichen durch die Sekundärlichtverteilung 34 erzeugt. Eine Unterdrückung von Lichtstrahlen in dem vergleichsweise kleinen Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung 26 führt daher im Normalbetrieb nicht zu einem nennenswerten Leistungsverlust oder Störungen der Abstrahllichtverteilung 38.
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In den 2 und 3 ist das erfindungsgemäße Lichtmodul 20 ohne die Abstrahloptikeinrichtung 36 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Laserlichtquelle 22, die optionale Zwischenoptik 28 und der Wellenlängenkonverter 30 sind zu einer gemeinsamen Einheit 46 zusammengefasst, die als eine Laserdiode bezeichnet werden kann. Diese ist über das Trägerbauteil 32 an einer Platine (Printed Circuit Board, PCB) 48 befestigt und über Kontaktstifte 50 mit der Platine 48 elektrisch kontaktiert. Das Trägerbauteil 32 ist vorzugsweise als ein Kühlkörper zum Abführen von Wärme ausgebildet, die während eines Betriebs der Laserdiode 46 entsteht. Die Laserdiode 46 strahlt die weiße Sekundärlichtverteilung 34 aus, von der ein relativ kleiner Anteil auf den Sicherheitsbügel 40 bzw. dessen Umlenkbereich 42 trifft (vergleiche 2).
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 sind zwei Detektionselemente 44 vorgesehen, nämlich ein erstes Detektionselement 44a und ein zweites Detektionselement 44b. Diese sind neben der Laserdiode 46 auf der Platine 48 befestigt und elektrisch kontaktiert. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Lichtmodul 20 auch nur ein Detektionselement 44 (vergleiche 1) oder mehr als zwei Detektionselemente 44 aufweisen. Die Detektionselement 44 weisen jeweils eine Detektionsfläche 44c (vgl. 7) auf, die in den 2 und 3 nach oben gerichtet ist. Auf die Detektionsfläche 44c des mindestens einen Detektionselements 44 ist ein Interferenzfilter 52 direkt aufgebracht, vorzugsweise unter Wärmeeinwirkung aufgedampft. Ferner ist in einem Strahlengang von dem Umlenkbereich 42 des Sicherheitsbügels 40 zu dem Interferenzfilter 52 des mindestens einen Detektionselements 44 jeweils ein Optikelement 54 angeordnet. Dieses ist dazu ausgebildet, das von dem Sicherheitsbügel 40 bzw. dessen Umlenkbereich 42 in Richtung der Detektionsfläche 44c des Detektionselements 44 abgelenkte Lichtbündel in einem Winkelbereich zwischen +5° und -5° bezüglich einer Senkrechten 56 auf das Interferenzfilter 52 zu lenken. Die Senkrechte 56 steht senkrecht auf der Detektionsfläche 44c des mindestens einen Detektionselements 44. Ein Lichtbündel mit den in diesem Winkelbereich einfallenden Strahlen ist in 7 mit dem Bezugszeichen 58 bezeichnet. Vorzugsweise treffen die Strahlen des Lichtbündels 58 senkrecht oder nahezu senkrecht auf das Interferenzfilter 52 bzw. die Detektionsfläche 44c.
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2 zeigt das Lichtmodul 20 in einer Seitenansicht im Normalfall (intakter Wellenlängenkonverter), und 3 zeigt das Lichtmodul 20 in einer Seitenansicht im Fehlerfall (defekter oder beschädigter Wellenlängenkonverter). Im Normalfall strahlt die Laserdiode 46 weißes Mischlicht (gestreutes blaues Laserlicht und konvertiertes gelbes Licht) der Sekundärlichtverteilung 34 ab. Im Fehlerfall kann der nicht im Wellenlängenkonverter 30 gestreute (und nicht konvertierte) Anteil an blauem Licht ansteigen. In 3 ist die nicht konvertierte Blauabstrahlung mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet und mit einem 100% worst-case-Fehler ohne Wellenlängenkonverter 30 gezeigt.
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Im Normalfall ist die Strahlung auf beide Detektionselemente 44a, 44b ungefähr gleich verteilt. Im Fehlerfall fällt mehr Strahlung auf das linke Detektionselement 44a und weniger auf das rechte Detektionselement 44b, so dass sich in einem Vergleich der Sensorsignale der beiden Detektionselemente 44a, 44b eine starke Signaländerung ergibt, die auf einen Defekt des Wellenlängenkonverters hindeutet.
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Vorzugsweise sind beide Detektionselemente 44 gleich und Standardbauteile, um Kosten zu sparen. Insbesondere haben beide Detektionselemente 44 die gleiche Interferenzfilter-Beschichtung. Da auf die Detektionsflächen 44c der Detektionselemente 44 ein Interferenzfilter 52 aufgedampft ist, müssen die Strahlen des einfallenden Lichtbündels 58 in einem Winkel von max. 5° zur Senkrechten 56 auf das Interferenzfilter 52 auftreffen, damit dieses die gewünschte spektrale Filterwirkung realisieren können. Die einfallende Strahlung wird durch einen zu schrägen Einfallwinkel nicht mehr ausreichend spektral gefiltert. Aus diesem Grund wird im Strahlengang vor der Detektionsfläche 44c der Detektionselemente 44 jeweils ein Optikelement 54 angeordnet. Dieses wird anhand der 4 und 5 näher erläutert.
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Das Optikelement 54 ist vorzugsweise als eine Vorsatzoptik 62 aus einem massiven (und/oder festen) transparenten Material ausgebildet. Die Vorsatzoptik 62 weist eine Eintrittsfläche 64, durch die das in Richtung der Detektionsfläche 44c des mindestens einen Detektionselements 44 abgelenkte Lichtbündel 34, 60 in die Vorsatzoptik 62 eintritt, und eine Austrittsfläche 66 auf, durch die das in die Vorsatzoptik 62 eingetretene Lichtbündel aus der Vorsatzoptik 62 wieder austritt und auf das Interferenzfilter 52 des entsprechenden Detektionselements 44 trifft. Die Vorsatzoptik 62 besteht vorzugsweise aus Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA).
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In dem Beispiel aus 4 ist die Vorsatzoptik 62 derart ausgebildet, dass das Umlenken des Lichtbündels 34, 60 aufgrund von Brechung von Strahlen des Lichtbündels an der Eintrittsfläche 64 und/oder der Austrittsfläche 66 der Vorsatzoptik 62 und durch Totalreflexion an mindestens einer Grenzfläche 68 der Vorsatzoptik 62 erfolgt. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, dass die Strahlen 34, 60 mehr als einmal an einer oder mehreren Grenzflächen 68 der Vorsatzoptik 62 totalreflektiert werden.
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In dem Beispiel aus 5 ist die Vorsatzoptik 62 derart ausgebildet, dass das Umlenken des Lichtbündels 34, 60 allein aufgrund von Brechung von Strahlen des Lichtbündels an der Eintrittsfläche 64 und/oder der Austrittsfläche 66 der Vorsatzoptik 62 erfolgt.
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Um die Transmissionseigenschaften der Vorsatzoptik 62 einstellen zu können, ist es denkbar, dass die Eintrittsfläche 64 und/oder die Austrittsfläche 66 des Optikelements 54 bzw. der Vorsatzoptik 62 eine Graufilterschicht mit definierten Transmissionseigenschaften aufweist. Dadurch kann die auf die Detektionsfläche 44c eines Detektionselements 44 einfallende Lichtmenge eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich wäre es denkbar, dass die Eintrittsfläche 64 und/oder die Austrittsfläche 66 des Optikelements 54 bzw. Der Vorsatzoptik 62 aufgeraut oder mattiert ist. Auf diese Weise kann die auf das Interferenzfilter 52 auftreffende Strahlung etwas aufgefächert werden, so dass die Detektionsfläche 44c besonders homogen und gleichförmig ausgeleuchtet wird.
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Die Vorsatzoptik 62 kann auch als ein Würfel oder als eine planparallele Platte ausgeführt sein, die eine Diffusor-Mikrostruktur aufweist. Diese kann auf der Eintrittsfläche 64, auf der Austrittsfläche 66 und/oder in dem Körper der Vorsatzoptik 62 selbst ausgebildet sein. Die Mikrostruktur kann die Umlenkung der Lichtbündel bewirken, so dass diese nahezu senkrecht auf das Interferenzfilter 52 auftreffen. Alternativ oder zusätzlich kann die Mikrostruktur auch eine Auffächerung des Lichts bewirken, bevor es auf die Detektionsfläche 44c eines Detektionselements 44 trifft.
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Ferner ist es denkbar, dass der Umlenkbereich 42 des Sicherheitsbügels 40 zur Realisierung einer spektralen Vorfilterung des entlang der Primärabstrahlrichtung 26 auftreffenden Lichtbündels 24 zumindest bereichsweise farbig lackiert ist. Dadurch kann eine spektrale Vorfilterung der Strahlen des Lichtbündels 24 erfolgen, wodurch die Filtereigenschaften des Interferenzfilters 52 verbessert werden. Vorzugsweise ist der Umlenkbereich 42 des Sicherheitsbügels 40 zumindest bereichsweise blau lackiert. Eine blaue Lackierung reflektiert hauptsächlich die nicht konvertierten blauen Strahlungsanteile, sodass verstärkt diese Strahlungsanteile über das Optikelement 54 auf das auf der Detektionsfläche 44c des Detektionselements 44 aufgedampfte Interferenzfilter 52 treffen. Andersfarbige Strahlungsanteile, insbesondere konvertierte gelbe Strahlungsanteile, werden von der blauen Lackierung größtenteils absorbiert.
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Schließlich wäre es auch denkbar, dass der Sicherheitsbügel 40 aus einem transparenten Material besteht und der Umlenkbereich 42 des Sicherheitsbügels 40 eine dichroitische Reflexionsschicht aufweist. Diese ist ausgebildet, einen ersten Anteil der Strahlung des entlang der Primärabstrahlrichtung 26 auftreffenden Lichtbündels 24 zu reflektieren und einen anderen Anteil der Strahlung zu transmittieren. Vorzugsweise ist die dichroitische Reflexionsschicht ausgebildet, einen nicht konvertierten blauen Anteil der Strahlung des entlang der Primärabstrahlrichtung 26 auftreffenden Lichtbündels 24 zu reflektieren und einen konvertierten gelben Anteil der Strahlung zu transmittieren. Auch mithilfe einer dichroitischen Reflexionsschicht können somit hauptsächlich die nicht konvertierten blauen Strahlungsanteile in Richtung des Detektionselements 44 reflektiert werden, sodass verstärkt diese Strahlungsanteile über das Optikelement 54 auf das auf der Detektionsfläche 44c des Detektionselements 44 aufgedampfte Interferenzfilter 52 treffen. Andersfarbige Strahlungsanteile werden durch die dichroitische Schicht und das transparente Material des Sicherheitsbügels 40 transmittiert und gelangen nicht auf die Detektionsfläche 44c des Detektionselements 44.
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Der Umlenkbereich 42 kann vorzugweise speziell geformt sein, z.B. so dass bereits das auf das Optikelement 54 einfallende Lichtbündel schon fokussiert ist, wie in 3 gezeigt. Besonders vorteilhaft ist auch, wenn das Lichtbündel mit geringer Divergenz bzw. mit parallelen Strahlen auf das Optikelement 54 auftrifft. So kann das Optikelement 54 die Strahlen besser in Richtung des Detektionselements 44a umlenken.
