DE202017100639U1 - Headlight for motor vehicles with at least one laser light source - Google Patents
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Abstract
Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge mit zumindest einer Laserlichtquelle (1), deren Laserstrahl (3) auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel gelenkt wird, welche einen Phosphor (6) zur Lichtkonversion aufweist, und mit einem Projektionssystem (8) zur Projektion des an dem zumindest einem Lichtkonversionsmittel erzeugten Lichtes (7) in den Fahrbahnraum, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Phosphor zumindest zwei Elektroden (10, 11) angeordnet sind, welche die Beläge eines Kondensators (CP) mit dem Phosphor als Dielektrikum bilden, und eine Messeinrichtung (12) vorgesehen ist, mit welcher die zumindest zwei Elektroden verbunden sind und welche zur Messung der Kapazität des Kondensators sowie zur Abgabe eines Signals (s) eingerichtet ist, falls die ermittelte Kapazität außerhalb eines festgelegten Toleranzbereiches um einen Sollwert liegt.Headlamp for motor vehicles with at least one laser light source (1) whose laser beam (3) is directed to at least one light conversion means having a phosphor (6) for light conversion, and with a projection system (8) for projecting the light generated at the at least one light conversion means (7) in the carriageway space, characterized in that at least two electrodes (10, 11) are arranged on the phosphor, which form the coverings of a capacitor (CP) with the phosphor as a dielectric, and a measuring device (12) is provided with to which the at least two electrodes are connected and which is arranged to measure the capacitance of the capacitor and to output a signal (s) if the determined capacitance lies outside a specified tolerance range around a desired value.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge mit zumindest einer Laserlichtquelle, deren Laserstrahl auf zumindest ein Lichtkonversionsmittel gelenkt wird, welche einen Phosphor zur Lichtkonversion aufweist, und mit einem Projektionssystem zur Projektion des an dem zumindest einem Lichtkonversionsmittel erzeugten Lichtes in den Fahrbahnraum.The invention relates to a headlight for motor vehicles with at least one laser light source whose laser beam is directed to at least one light conversion means having a phosphor for light conversion, and with a projection system for projecting the light generated at the at least one light conversion means in the roadway space.
Laserlichtquellen (z.B. Halbleiterlaser, Laserdioden) weisen eine Reihe von speziellen vorteilhaften Eigenschaften, wie z.B. hohe Strahlungsintensitäten und eine kleine lichtemittierende Fläche auf. Außerdem sind die ausgestrahlten Lichtbündel weitestgehend kollimiert. Laser light sources (e.g., semiconductor lasers, laser diodes) have a number of special advantageous properties, such as e.g. high radiation intensities and a small light-emitting surface. In addition, the emitted light beams are largely collimated.
Daraus ergibt sich für die Verwendung von Laserlichtquellen zu Beleuchtungszwecken, insbesondere für Fahrzeuge, eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise können optische Systeme, bei denen als Lichtquelle eine Laserlichtquelle zum Einsatz kommt, mit kleineren Brennweiten und stärker gebündelten Strahlverläufen realisiert werden. Mit weniger stark kollimierten Lichtbündeln – beispielsweise von Glühlampen oder LEDs stammenden – ist dies nicht möglich. Es lassen sich somit bei Verwendung von Laserlichtquellen optische Systeme für Laserlicht mit geringem Bauraum realisieren.This results in the use of laser light sources for lighting purposes, especially for vehicles, a number of advantages. For example, optical systems in which a laser light source is used as the light source can be realized with smaller focal lengths and more focused beam progressions. This is not possible with less strongly collimated light bundles - for example from incandescent lamps or LEDs. Thus, when using laser light sources, it is possible to realize optical systems for laser light with a small installation space.
Laser strahlen in der Regel monochromatisches Licht oder Licht in einem engen Wellenlängenbereich aus. Bei einem Kfz-Scheinwerfer ist allerdings für das abgestrahlte Licht „weißes“ Mischlicht erwünscht oder gesetzlich vorgeschrieben, sodass sich Laserlichtquellen in einem Kfz-Scheinwerfer nicht ohne weiteres einsetzen lassen und man Lichtkonversionsmittel verwendet. Ein solches Lichtkonversionsmittel enthält einen „Phosphor“ oder Phosphorkörper, oft in Form eines Plättchens, was weiter unten näher beschrieben wird.Lasers typically emit monochromatic light or light in a narrow wavelength range. However, in a car headlamp, "white" mixed light is desired or prescribed by law for the radiated light, so that laser light sources in a vehicle headlamp can not be readily used and light conversion means are used. Such a light conversion agent contains a "phosphor" or phosphorus body, often in the form of a platelet, as described in more detail below.
Bei Verwendung von Laserlichtquellen ergibt sich das Problem, dass diese, insbesondere für das menschliche Auge, ein hohes Gefahrenpotential darstellen. Dies resultiert daraus, dass Laser üblicherweise kohärentes und stark kollimiertes Licht ausstrahlen, welches bei den typischen hohen Strahlungsintensitäten von Laserlichtquellen potenziell gefährlich ist. Dies gilt insbesondere bei Strahlungsleistungen von einigen Watt, wie sie im Bereich der Kfz-Beleuchtung erwünscht ist.The use of laser light sources poses the problem that they pose a high risk potential, in particular for the human eye. This is because lasers typically emit coherent and highly collimated light, which is potentially dangerous at the typical high radiation intensities of laser light sources. This is especially true at radiation powers of a few watts, as is desirable in the field of automotive lighting.
Es müssen daher, um Laserlichtquellen im Kfz-Bereich, insbesondere bei Kfz-Scheinwerfern einsetzen zu können, Sicherheitsvorschriften zum Betrieb von Lasereinrichtungen eingehalten werden. Dabei ist insbesondere sicherzustellen, dass Licht (Laserlicht) aus einem Kfz-Scheinwerfer nur mit einer Intensität unterhalb von vorgeschriebenen Grenzwerten austritt. Außerdem muss eine Blendung oder Gefährdung von Verkehrsteilnehmern vermieden werden.Therefore, in order to be able to use laser light sources in the motor vehicle sector, in particular for motor vehicle headlamps, safety regulations for the operation of laser devices must be observed. In particular, it must be ensured that light (laser light) escapes from a motor vehicle headlight only at an intensity below prescribed limits. In addition, dazzling or endangering road users must be avoided.
Dabei liegt eine besondere Gefahr in einer Beschädigung des Phosphors, beispielsweise einem Bruch oder dem Auftreten von Rissen oder Perforationen. In einem solchen Fall durchsetzt nämlich zumindest ein Teil des primären Laserstrahls den Phosphor, gelangt über das Scheinwerferprojektionssystem auf die Straße und kann Personen gefährden.There is a particular risk in damage to the phosphor, such as a break or the occurrence of cracks or perforations. In such a case, at least a portion of the primary laser beam penetrates the phosphor, passes through the headlamp projection system on the road and can endanger people.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Scheinwerfer zu schaffen, bei welchem ein Störfall im Sinne einer teilweisen oder vollständigen Beschädigung des Phosphors mit geringem Aufwand detektiert werden kann, damit Maßnahmen getroffen werden können, um die von der Laserstörstrahlung ausgehende Gefährdung zu verhindern bzw. minimal halten.It is an object of the invention to provide a headlamp, in which a malfunction in the sense of partial or complete damage of the phosphor can be detected with little effort, so that measures can be taken to prevent the danger emanating from the laser interference radiation endangerment or minimal hold.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Scheinwerfer der eingangs angegeben Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Phosphor zumindest zwei Elektroden angeordnet sind, welche die Beläge eines Kondensators mit dem Phosphor als Dielektrikum bilden, und eine Messeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die zumindest zwei Elektroden verbunden sind und welche zur Messung der Kapazität des Kondensators sowie zur Abgabe eines Signals eingerichtet ist, falls die ermittelte Kapazität außerhalb eines festgelegten Toleranzbereiches um einen Sollwert liegt.This object is achieved on the basis of a headlamp of the type described, according to the invention in that at least two electrodes are arranged on the phosphor, which form the linings of a capacitor with the phosphor as a dielectric, and a measuring device is provided, with which the at least two Electrodes are connected and which is adapted to measure the capacitance of the capacitor and to output a signal if the determined capacity is outside a specified tolerance range around a desired value.
Eine zweckmäßige und günstig realisierbare Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Messeinrichtung als Wechselspannungsmessbrücke ausgebildet ist und der Kondensator mit dem Phosphor als Dielektrikum in einem Brückenzweig liegt.An expedient and advantageously realizable development of the invention is characterized in that the measuring device is designed as an alternating voltage measuring bridge and the capacitor is connected to the phosphor as a dielectric in a bridge branch.
Hierbei kann es besonders vorteilhaft sein, falls die Wechselspannungsmessbrücke eine Wien-Brücke ist.It may be particularly advantageous if the AC voltage bridge is a Vienna bridge.
Weiters ist es zweckmäßig, wenn in einem weiteren Brückenzweig ein Referenzkondensator liegt, der gleich wie der Phosphor ausgestaltet ist.Furthermore, it is expedient if in a further bridge branch, a reference capacitor, which is the same as the phosphor configured.
Es kann auch mit Vorteil vorgesehen sein, dass der Phosphor quaderförmig ausgebildet ist.It can also be provided with advantage that the phosphor is cuboidal.
Andererseits ist es in vielen Fällen opportun, wenn der Phosphor plättchenförmig ausgebildet ist. On the other hand, it is in many cases opportune if the phosphor is platelet-shaped.
Bei zweckmäßigen Ausbildungen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Phosphor transmissiv ist.In expedient embodiments of the invention, it is provided that the phosphor is transmissive.
Sehr vorteilhaft ist es in vielen Fällen, wenn die Elektroden transparent sind. It is very advantageous in many cases when the electrodes are transparent.
In diesem Fall können die Elektroden vorteilhafterweise aus aufgedampften Indiumzinnoxid bestehen.In this case, the electrodes can advantageously consist of vapor-deposited indium tin oxide.
Auch kann es für gewisse Scheinwerfervarianten zweckmäßig sein, wenn der Phosphor reflektiv ist. Also, it may be useful for certain headlamp variants if the phosphor is reflective.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigenThe invention together with further advantages is explained in more detail below by way of example embodiments, which are illustrated in the drawing. In this show
Unter Bezugnahme auf
Lichttechnischer Ausgangspunkt des Scheinwerfers ist eine Laserlichtquelle
Die Laserlichtquelle
Man verwendet Lumineszenz-Farbstoffe, wobei die Ausgangswellenlänge im Allgemeinen kürzer und damit energiereicher als das emittierte Wellenlängengemisch ist. Der gewünschte Weißlichteindruck entsteht dabei durch additive Farbmischung. Dabei wird unter "weißes Licht" Licht einer solchen Spektralzusammensetzung verstanden, welches beim Menschen den Farbeindruck "weiß" hervorruft. Der Begriff "Licht" ist natürlich nicht auf für das menschliche Auge sichtbare Strahlung eingeschränkt. Für das Lichtkonversionsmittel – den „Phosphor“ – kommen beispielsweise Optokeramiken in Frage, das sind transparente Keramiken, wie beispielsweise YAG:Ce (ein Yttrium-Aluminium-Granat mit Cer dotiert).One uses luminescent dyes, wherein the output wavelength is generally shorter and thus more energetic than the emitted wavelength mixture. The desired white light impression is created by additive color mixing. In this case, "white light" is understood as meaning light of such a spectral composition which causes the color impression "white" in humans. Of course, the term "light" is not limited to radiation visible to the human eye. For the light conversion agent - the "phosphor" - are for example optoceramics in question, these are transparent ceramics, such as YAG: Ce (an yttrium-aluminum garnet doped with cerium).
Der Phosphor hat meist die Form eines Plättchens, wobei nach dem Auflicht- oder dem Durchlichtprinzip gearbeitet werden kann. Im ersten Fall („reflektiv“, Auflicht) wird das konvertierte Licht an derselben Seite abgestrahlt, auf welcher der Laserstrahl auftrifft, im zweiten, in
Der Phosphor
Wie oben erwähnt ist im vorliegenden Fall der Phosphor
Falls der Phosphor
Um einen solchen Störfall sofort zu erkennen, sieht die Erfindung nun vor, dass an dem Phosphor
In
In
Was die Messeinrichtung
Im ungestörten Betrieb des Scheinwerfers, nämlich bei unbeschädigtem Phosphor, ist die Brücke abgeglichen. Tritt beispielsweise ein Riss
Es soll nochmals betont werden, dass diese Methode des Erkennens einer Kapazitätsänderung nur eine von vielen Möglichkeiten ist, welche dem Fachmann zur Verfügung stehen. Prinzipiell könnte des Weiteren bei entsprechender Auslegung der Messeinrichtung zusätzlich oder alternativ auch eine Änderung des Parallelwiderstandes RP als ein Kriterium für einen Fehlerzustand des Phosphors ausgewertet werden.It should again be emphasized that this method of detecting a change in capacity is only one of many possibilities which are available to the person skilled in the art. In principle, furthermore, with a corresponding design of the measuring device, a change of the parallel resistance R P could additionally or alternatively be evaluated as a criterion for a fault condition of the phosphor.
Weiters ist es oft sinnvoll, wenn die Elektroden transparent sind und beispielsweise aus aufgedampften Indiumzinnoxid bestehen. Eine solche Lösung kann natürlich mit Vorteil bei einem transmissiven Phosphor angewendet werden.Furthermore, it is often useful if the electrodes are transparent and consist for example of vapor-deposited indium tin oxide. Such Of course, solution can be used to advantage with a transmissive phosphor.
Prinzipiell ist es möglich, für den Scheinwerfer sowohl reflektierende als auch transmissive Strahlengänge zu verwenden, wobei letztlich auch eine Mischung von reflektierenden und transmissiven Strahlengängen nicht ausgeschlossen ist.In principle, it is possible to use both reflective and transmissive beam paths for the headlight, with a mixture of reflective and transmissive beam paths ultimately not being ruled out.
Auch kann es sich bei dem Scheinwerfer auch um einen solchen mit einem scannenden Lasersystem handeln, bei welchem an dem Phosphor durch einen über Mikrospiegel abgelenkten Laserstrahl ein Bild „geschrieben“ wird, welches dann über ein Abbildungssystem auf die Straße projiziert wird. Ein Beispiel eines solchen Scheinwerfers zur Erzeugung eines Bildes durch einen scannenden Laserstrahl ist etwa in der veröffentlichten österreichischen Patentanmeldung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Scheinwerfer headlights
- 22
- Laserlichtquelle Laser light source
- 33
- Fokussieroptik focusing optics
- 44
- Laserstrahl laser beam
- 55
- Laseransteuerung laser driver
- 66
- Phosphor phosphorus
- 77
- Mischlicht mixed light
- 88th
- Projektionssystem projection system
- 99
- Störstrahl spurious
- 1010
- Elektrode electrode
- 1111
- Elektrode electrode
- 1212
- Messeinrichtung measuring device
- 1313
- Leitung management
- 1414
- Leitung management
- 1515
- Anzeigeeinrichtung display
- 1616
- Abdeckplättchen cover plates
- 1717
- Abdeckplättchen cover plates
- 1818
- Risse cracks
- εε
- Dielektrizitätskonstantepermittivity
- CP C P
- Kondensator capacitor
- C1 C 1
- Kondensator capacitor
- R1 R 1
- Widerstand resistance
- R2 R 2
- Widerstand resistance
- R3 R 3
- Widerstand resistance
- RP R P
- Widerstand resistance
- UW U W
- Wechselspannung AC
- U0 U 0
- Spannung tension
- dd
- Abstand distance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |