DE212016000081U1

DE212016000081U1 - Laser unit with aperture to reduce aberrant light

Info

Publication number: DE212016000081U1
Application number: DE212016000081.0U
Authority: DE
Original assignee: ZKW Group GmbH
Current assignee: ZKW Group GmbH
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2026-08-26
Also published as: AT517733B1; AT517733A1; WO2017049329A1

Abstract

Fahrzeugscheinwerfer (9, 209) mit einer Lasereinheit (10, 100) mit einer Laserlichtquelle (11, 111), vorzugsweise Laserdiode, zum Aussenden von Laserlicht und mit einer Kollimatoroptik (13, 113, 213), welche zumindest ein optisches Bauelement (12, 112, 212) umfasst, wobei die Kollimatoroptik dazu eingerichtet ist, von der Lichtquelle ausgesandtes Laserlicht zu kollimieren und auf einen der Lasereinheit (10, 100) zugeordneten Umlenkspiegel (15) zu richten, wobei sich das Laserlicht (14, 120) überwiegend entlang eines regulären Lichtweges, vorzugsweise entlang einer optischen Achse der Kollimatoroptik, ausbreitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimatoroptik (13, 113, 213) eine Blende (25, 125, 225) zugeordnet ist, welche außerhalb einer Einhüllenden (22) des regulären Lichtweges angeordnet ist und zumindest einen Teil aberranten Laserlichts, welches sich entlang eines von dem regulären Lichtweg abweichenden Lichtwegs, welcher der Ausbreitung im Falle ohne die Blende (25, 125, 225) mit zumindest einer zusätzlichen Reflexion (24, 107) an oder in einem optischen Bauelement der Kollimatoroptik entspricht, ausblendet, bevor es nach Durchlaufen der Kollimatoroptik auf den Umlenkspiegel (15) fällt.Vehicle headlight (9, 209) having a laser unit (10, 100) with a laser light source (11, 111), preferably a laser diode, for emitting laser light and with a collimator optics (13, 113, 213), which at least one optical component (12, 112, 212), wherein the collimator optics is arranged to collimate laser light emitted by the light source and to direct it to a deflection mirror (15) associated with the laser unit (10, 100), the laser light (14, 120) being predominantly along one regular optical path, preferably along an optical axis of the collimator, spreads, characterized in that the collimator (13, 113, 213) is associated with a diaphragm (25, 125, 225) which is disposed outside of an envelope (22) of the regular light path and at least a portion of aberrant laser light which propagates along a light path deviating from the regular light path, which propagation in the case without the diaphragm (25, 125, 225) with at least one additional reflection (24, 107) on or in an optical component of the collimator optics, fades out before it falls on the deflection mirror (15) after passing through the collimator optics.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lasereinheit für einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer Laserlichtquelle, vorzugsweise Laserdiode, zum Aussenden von Laserlicht und mit einer Kollimatoroptik, welche zumindest ein optisches Bauelement umfasst, wobei die Kollimatoroptik dazu eingerichtet ist, von der Lichtquelle ausgesandtes Laserlicht zu kollimieren und auf einen der Lasereinheit zugeordneten Umlenkspiegel zu richten, wobei sich das Laserlicht überwiegend entlang eines regulären Lichtweges ausbreitet. Die Erfindung betrifft außerdem ein Lasermodul mit einer Mehrzahl von Lasereinheiten sowie einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer Lasereinheit bzw. einem Lasermodul der genannten Art.The invention relates to a laser unit for a vehicle headlight with a laser light source, preferably laser diode, for emitting laser light and with a collimator, which comprises at least one optical component, wherein the collimator is adapted to collimate laser light emitted from the light source and on one of the laser unit directed deflecting mirror, wherein the laser light propagates predominantly along a regular light path. The invention also relates to a laser module having a plurality of laser units and to a vehicle headlight having a laser unit or a laser module of the type mentioned.

Im Rahmen dieser Offenbarung bedeutet optisches Bauelement eine optische Komponente mit lichtsammelnden oder -streuenden Eigenschaften, und spezifischer einen Formreflektor (z. B. Hohl- oder Wölbspiegel) oder eine refraktive Komponente wie eine optische Linse oder ein refraktives Homogenisierung-Element, wobei auch Kombinationen aus diesen Komponenten eingeschlossen sein können. Ferner wird unter regulärem Lichtweg jener Lichtpfad verstanden, den ein Lichtstrahl, der von der Laserlichtquelle im Maximum der Abstrahlung ausgesandt, durch das optische System nimmt, wobei unerwünschte Reflexionen oder Streueffekte außer Acht bleiben. Als regulärer Laserstrahl wird entlang des regulären Lichtwegs sich ausbreitendes Laserlicht verstanden, bis hin zu einer Abweichung (transversaler Abstand vom Weg des Maximums bzw. Winkelabweichung), bei der die Intensität auf einen festgelegten Bruchteil – typischer Weise die Hälfte – der Intensität im Maximum abgefallen ist. Für den regulären Lichtweg bleiben außerdem unerwünschte Reflexionen an optischen Bauelementen außer Acht. Der reguläre Laserstrahl hat in der Regel einen definierten, von der Art der Lichtquelle abhängigen Querschnitt. Der reguläre Lichtweg ist in der Regel so gewählt, dass er entlang der optischen Achse der Kollimatoroptik verläuft, da dies lichttechnisch einfacher zu behandeln ist als abseits der optischen Achse (sogenannte „schiefe”) Strahlenbündel. Bei den hier in erster Linie (aber nicht ausschließlich) betrachteten Laserdioden ist der Querschnitt typischer Weise kreisförmig oder elliptisch; der Durchmesser des Laserstrahls liegt typischer Weise bei wenigen Millimetern, z. B. 2 mm, und die Strahldivergenz liegt in der Größenordnung von wenigen mrad, oft deutlich darunter, beispielsweise bei 0,3 bis 0,5 mrad.As used herein, optical device means an optical component having light-gathering or scattering properties, and more specifically, a shape reflector (eg, a hollow or bulging mirror) or a refractive component, such as an optical lens or a refractive homogenizer element these components can be included. Furthermore, the regular light path is understood to be the light path through which a light beam emitted by the laser light source in the maximum of the radiation passes through the optical system, ignoring unwanted reflections or scattering effects. As a regular laser beam is understood along the regular light path propagating laser light, to a deviation (transverse distance from the path of the maximum or angular deviation), in which the intensity has fallen to a fixed fraction - typically half - the intensity in the maximum , In addition, unwanted reflections on optical components are ignored for the regular light path. The regular laser beam usually has a defined, dependent on the type of light source cross-section. The regular light path is usually chosen so that it runs along the optical axis of the collimator, as this is technically easier to treat than off the optical axis (so-called "oblique") beam. In the laser diodes primarily (but not exclusively) considered herein, the cross-section is typically circular or elliptical; the diameter of the laser beam is typically a few millimeters, z. B. 2 mm, and the beam divergence is on the order of a few mrad, often much lower, for example, at 0.3 to 0.5 mrad.

Der Einsatz von Laserlichtquellen in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen, gewinnt derzeit an Bedeutung, da Laserdioden flexiblere und effizientere Lösungen ermöglichen, wodurch auch die Leuchtdichte des Lichtbündels sowie die Lichtausbeute erheblich gesteigert werden kann und hochauflösende scannende AFS-Scheinwerfersysteme realisiert werden können.The use of laser light sources in motor vehicles, in particular for headlights of motor vehicles, is currently gaining in importance, since laser diodes enable more flexible and efficient solutions, whereby the luminance of the light bundle and the light output can be increased considerably and high-resolution scanning AFS headlight systems can be realized.

Bei bekannten Beleuchtungsvorrichtungen in Fahrzeugen wird der Laserstrahl allerdings nicht direkt aus der Beleuchtungsvorrichtung bzw. dem Scheinwerfer emittiert, um eine Gefährdung der Augen von Menschen und anderen Lebewesen durch den extrem gebündelten Lichtstrahl hoher Leistung zu vermeiden. Der Laserstrahl wird vielmehr auf ein zwischengeschaltetes Konversionselement gerichtet, das ein Material zur Luminenszenzkonversion, kurz „Phosphor” genannt, enthält und das Laserlicht, beispielsweise einer Wellenlänge im blauen Bereich, in sichtbares Licht, vorzugsweise weißes Licht, umwandelt; dieses sichtbare Licht wird dann nach außen gelenkt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter „Phosphor” ganz allgemein ein Stoff oder eine Stoffmischung verstanden, welche Licht einer Wellenlänge in Licht einer anderen Wellenlänge oder eines Wellenlängengemisches umwandelt – sogenannte „Wellenlängenkonversion” –, insbesondere um „weißes” Licht zu erzeugen. Zumeist ist dem Konversionselement ein programmiert verschwenkbarer Spiegel vorgeschaltet (hinsichtlich des Strahlengangs des Laserlichts), der als Umlenkspiegel dazu dient, den der Laserstrahl auf verschiedene Orte auf dem flächigen Konversionselement zu lenken. Um zu erreichen, dass auf dem Konversionselement wohldefinierte Lichtpunkte oder (bei bewegtem Spiegel) Lichtmuster erzeugt werden, wird das von der Laserlichtquelle herrührende Licht mittels einer optischen Anordnung kollimiert, die hier als Kollimatoroptik bezeichnet wird. Die Kollimatoroptik ist (hinsichtlich des Strahlengangs) zwischen der Lichtquelle und dem Spiegel, in der Regel unmittelbar nach der Laserlichtquelle, angeordnet und kann mehrere optische Bauelemente und/oder das Licht begrenzende Komponenten umfassen, ist jedoch häufig durch eine einzelne optische Linse gebildet. Durch die programmierte Bewegung des Spiegels erzeugt der Laserstrahl ein Leuchtbild auf dem Konversionselement, und dieses Leuchtbild wird durch eine optische Anordnung, beispielsweise eine Abbildungsoptik mit Reflektoren und/oder vorzugsweise Linsen, als Lichtverteilung auf die Fahrbahn einer Straße projiziert.In known lighting devices in vehicles, however, the laser beam is not emitted directly from the lighting device or the headlight in order to avoid endangering the eyes of humans and other living beings by the extremely concentrated light beam of high power. Rather, the laser beam is directed to an intermediate conversion element which contains a material for luminescence conversion, called "phosphor" for short, and converts the laser light, for example a wavelength in the blue region, into visible light, preferably white light; this visible light is then directed outwards. In the context of the present invention, the term "phosphor" generally refers to a substance or a substance mixture which converts light of one wavelength into light of another wavelength or of a wavelength mixture - so-called "wavelength conversion" - in particular in order to produce "white" light. In most cases, the conversion element is preceded by a programmed pivotable mirror (with respect to the beam path of the laser light), which serves as a deflection mirror to direct the laser beam to different locations on the planar conversion element. In order to achieve that on the conversion element well-defined light spots or (with a moving mirror) light pattern are generated, the light originating from the laser light source is collimated by means of an optical arrangement, which is referred to here as collimator optics. The collimating optics is located (with respect to the beam path) between the light source and the mirror, usually immediately after the laser light source, and may comprise a plurality of optical components and / or light-limiting components, but is often formed by a single optical lens. Due to the programmed movement of the mirror, the laser beam generates a luminous image on the conversion element, and this luminous image is projected onto the roadway of a road by an optical arrangement, for example an imaging optics with reflectors and / or preferably lenses.

In dieser Beleuchtungsvorrichtung wird somit ein fokussierter Laserstrahl, oder eine Vielzahl solcher fokussierten Laserstrahlen, auf eine Umlenkeinrichtung, die beispielsweise als MEMS-Scanning-Spiegel mit einer hochreflektiven Spiegelfläche ausgebildet ist, geleitet und von der Umlenkeinrichtung so abgelenkt, dass der Laserstrahl auf weitere optische Komponenten fällt und dort einen lumineszenten Leuchtstoff (sogenannten „Phosphor”) ortsveränderlich anregt.In this illumination device, a focused laser beam, or a plurality of such focused laser beams, is thus guided onto a deflection device, which is designed, for example, as a MEMS scanning mirror with a highly reflective mirror surface, and deflected by the deflection device so that the laser beam is directed onto further optical components falls and there stimulates a luminescent phosphor (so-called "phosphor") spatially variable.

Seitens der Anmelderin wurde beobachtet, dass es von besonderer Bedeutung ist, dass der Laserstrahl nur die hochreflektive Spiegelfläche der Umlenkeinrichtung beleuchtet. Die Spiegelfläche hat eine sehr hohe Reflektivität, die typischerweise über 99% liegt. Jener Lichtanteil, der nicht reflektiert wird, wird in Form von Wärme in die Spiegelfläche deponiert, was zur Erwärmung des Bauteils führt, dem die Spiegelfläche zugehört. Durch geeignete Maßnahmen- nämlich passive oder aktive Kühlung durch Ableiten der Wärme zum Scheinwerfergehäuse hin, zumeist durch Wärmeleitung und/oder Lüftung – wird diese Erwärmung des Bauteils kompensiert, um zu vermeiden, dass das Bauteil bzw. die Umlenkeinrichtung sich durch zu starke Erwärmung verformt oder zerstört wird. Die Oberflächen des Bauteils außerhalb der Spiegelfläche haben deutlich geringere Reflexionsgrade als die hochreflektive Spiegelfläche selbst, typischer Weise bei 50 bis 60%. Es besteht daher die Gefahr, dass an der Spiegelfläche vorbeigeleitetes Laserlicht den Bauteil bzw. die Umlenkeinrichtung stark erhitzt und zu unerwünschter Verformung oder thermischer Zerstörung führt. Applicants have observed that it is of particular importance that the laser beam only illuminate the highly reflective mirror surface of the deflection device. The mirror surface has a very high reflectivity, which is typically over 99%. The part of the light which is not reflected is deposited in the mirror surface in the form of heat, which leads to heating of the component to which the mirror surface belongs. By appropriate measures - namely passive or active cooling by dissipating the heat towards the headlight housing, usually by heat conduction and / or ventilation - this heating of the component is compensated to avoid that the component or the deflection deformed by excessive heating or gets destroyed. The surfaces of the device outside the mirror surface have significantly lower reflectivities than the highly reflective mirror surface itself, typically 50 to 60%. There is therefore a risk that laser light conducted past the mirror surface will strongly heat the component or the deflection device and lead to undesired deformation or thermal destruction.

Außerdem ist vom normalen Strahlengang in einem Laser-System der hier betrachteten Art abweichendes Licht – im Folgenden als aberrantes Licht bezeichnet – grundsätzlich nachteilig, da der Phosphor durch solches aberrantes Licht auch in Bereichen angeregt wird, auf die der reguläre Laserstrahl gerade nicht trifft. Somit werden in der Lichtverteilung auch Regionen, die eigentlich unbeleuchtet bleiben sollen, nicht vollständig abgedunkelt, was zu einer Verfälschung des gewünschten Leuchtbildes und der daraus resultierenden Lichtverteilung auf der Straße führt.In addition, from the normal beam path in a laser system of the type considered here, different light - hereinafter referred to as aberrant light - basically disadvantageous, since the phosphor is excited by such aberrant light in areas to which the regular laser beam just not. Thus, in the light distribution even regions that are supposed to remain unlit, not completely darkened, resulting in a falsification of the desired light image and the resulting light distribution on the street.

Das Auftreten aberranten Lichts kann aber aus zumindest zwei Gründen nicht vollständig verhindert werden. Zum einen können Abweichungen der Laserlichtquelle, wie z. B. Defekte in der Laserlichtquelle oder fehlerhafte Justierung, dazu führen, dass ein Teil der Laserstrahlung von der regulären Richtung des Laserstrahls abweicht. Zum anderen enthält die Kollimatoroptik optische Bauelemente, insbesondere optische Linsen, an deren Oberflächen es zu Reflexionen kommt, die an sich unerwünscht, jedoch aus physikalischen Gründen (Fresnel-Reflexion) unvermeidlich sind. Diese parasitären Reflexionen lassen sich durch geeignete Beschichtungen der brechenden Oberflächen zwar weitgehend unterdrücken, jedoch verbleiben restliche Effekte von ca. 1% pro Grenzfläche. Bei einer aktuell verwendeten Laserleistung von z. B. bis zu 35 W ergibt dies den beträchtlichen Wert von 350 mW, der als aberrantes Licht verloren geht.But the appearance of aberrant light can not be completely prevented for at least two reasons. On the one hand, deviations of the laser light source, such as. As defects in the laser light source or incorrect adjustment, cause a part of the laser radiation deviates from the regular direction of the laser beam. On the other hand, the collimator optical system contains optical components, in particular optical lenses, on the surfaces of which reflections occur that are undesirable in themselves but unavoidable for physical reasons (Fresnel reflection). Although these parasitic reflections can be largely suppressed by suitable coatings of the refractive surfaces, remaining effects of about 1% per interface remain. At a currently used laser power of z. For example, up to 35W gives the considerable value of 350mW, which is lost as aberrant light.

Es ist bekannt, zur Begrenzung des Laserstrahls nach außen Lochblenden zu verwenden; diese Blenden begrenzen jedoch den regulären Laserstrahl selbst und führen daher zu Verlusten der Lichtleistung.It is known to use for limiting the laser beam to the outside pinhole; However, these diaphragms limit the regular laser beam itself and therefore lead to loss of light output.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Auswirkungen von Laserlicht, das von dem regulären Strahlverlauf abweicht, insbesondere aberrantem Licht, das durch unerwünschte Reflexionen an lichtbrechenden Flächen erzeugt wird, zu verringern oder möglichst ganz zu beseitigen. Dabei sollen allerdings die regulären Lichtstrahlen des Laserlichts nicht behindert werden.It is therefore an object of the invention to reduce or eliminate as far as possible the effects of laser light which deviates from the regular beam path, in particular aberrant light which is produced by unwanted reflections on refractive surfaces. However, the regular light beams of the laser light should not be obstructed.

Diese Aufgabe wird von einem Leuchtmodul der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Kollimatoroptik erfindungsgemäß eine Blende zugeordnet ist, welche zumindest einen Teil aberranten Laserlichts, welches sich entlang eines Lichtwegs ausbreitet, der von dem regulären Lichtweg abweicht und zumindest eine zusätzliche Reflexion an oder in einem optischen Bauelement der Kollimatoroptik beinhaltet, ausblendet, bevor es auf den Umlenkspiegel fällt – d. h. bevor es den Umlenkspiegel erreichen kann. Die Blende kann hierbei an jeder geeigneten Stelle im Lichtweg des aberranten Lichts angeordnet sein, insbesondere nach oder auch vor dem Ort, wo die zusätzliche Reflexion (bei fehlender Blende und somit unblockiertem Lichtweg) stattfindet.This object is achieved by a lighting module of the type specified in that the collimator according to the invention is associated with a diaphragm, which propagates at least a portion of aberrant laser light, which propagates along an optical path, which differs from the regular light path and at least one additional reflection on or in includes an optical component of the collimator optics, fades out before it falls on the deflection mirror - d. H. before it can reach the deflection mirror. In this case, the diaphragm can be arranged at any suitable location in the light path of the aberrant light, in particular after or even before the location where the additional reflection (in the absence of diaphragm and thus unblocked light path) takes place.

Gemäß der Erfindung ist somit eine zusätzliche Blende vorgesehen, die dazu dient, auf den Spiegel-Bauteil nur jenes Licht auftreffen zu lassen, welches auf die Spiegelfläche auftrifft; dagegen absorbiert die Blende aberrantes Licht, welches nicht dem fokussierten Laserstrahl entspricht. Dadurch wird einerseits verhindert, dass das MEMS-Bauteil durch Licht, das durch die oben erwähnten parasitären Reflexionen zustande kommt, zu stark erwärmt oder sogar zerstört wird, und andererseits das gesamte vom regulären Strahlengang abweichendes Licht im optischen System reduziert, was dem am Phosphor erreichbaren Kontrast zugutekommt.According to the invention, therefore, an additional aperture is provided which serves to impinge on the mirror component only that light which impinges on the mirror surface; On the other hand, the diaphragm absorbs aberrant light which does not correspond to the focused laser beam. On the one hand, this prevents the MEMS component from being excessively heated or even destroyed by light, which is caused by the above-mentioned parasitic reflections, and, on the other hand, reduces the total light deviating from the regular beam path in the optical system, which is achievable by the phosphor Contrast benefits.

Die erfindungsgemäße Blende kann zudem so ausgelegt sein, dass die Blende mit ihrer optisch wirksamen Öffnungsbegrenzung außerhalb einer Einhüllenden des regulären Lichtweges angeordnet ist, wodurch kein Licht des regulären Laserstrahls zum Phosphor hin abgeschattet wird. In dieser Hinsicht wird eine Einschränkung der Effizienz hinsichtlich der von der Laserlichtquelle erzeugten Laserstrahlung vermieden. Mit anderen Worten, die Blendenöffnung kann so dimensioniert sein, dass der reguläre Strahlverlauf eines vorschriftsmäßig justierten Laserstrahls die erfindungsgemäße Blende ungehindert passieren kann. Natürlich ist darüber hinaus dafür zu sorgen, dass die erfindungsgemäße Blende und ihre Aufhängung nirgends den Strahlverlauf des Laserstrahls obstruieren, weder vor noch nach der Ablenkung am Umlenkspiegel.The diaphragm according to the invention can also be designed so that the aperture is arranged with its optically effective opening limit outside of an envelope of the regular light path, whereby no light of the regular laser beam is shaded to the phosphor out. In this regard, a limitation of the efficiency with respect to the laser radiation generated by the laser light source is avoided. In other words, the aperture can be dimensioned so that the regular beam path of a properly adjusted laser beam can pass through the aperture invention unhindered. Of course, moreover, care must be taken to ensure that the diaphragm according to the invention and its suspension nowhere obstruct the beam path of the laser beam, neither before nor after the deflection at the deflection mirror.

Die erfindungsgemäße Lösung erbringt zusätzliche Vorteile zusätzlich zur so erreichten thermischen Entlastung des Spiegelbauteils. Aberrantes Licht, dass abseits der Spiegelfläche oder auch mit irregulärer Strahlrichtung über die Spiegelfläche reflektiert wird, trifft unkontrolliert auf den Phosphor auf, und dieser wird dadurch angeregt werden und weißes Licht abstrahlen. Dies würde zu unerwünschten Leuchtbildern und Streulicht auf der Straße führen, bis hin zur Überschreitung der zulässigen Grenzwerte für Blend- und Streulicht bei Scheinwerfern. The solution according to the invention provides additional advantages in addition to the thermal relief of the mirror component achieved in this way. Aberrant light, which is reflected off the mirror surface or even with an irregular beam direction over the mirror surface, hits the phosphor uncontrollably, and this will be excited and emit white light. This would lead to unwanted light images and stray light on the road, to exceeding the permissible limits for glare and stray light in headlights.

Zusätzlich ergibt die erfindungsgemäße Lösung einen Schutz gegen irrtümliche Fehleinstellungen der Laserdiode und/oder der optischen Bauelemente, da durch einen falsch justierten Laserstrahl Bauteile außerhalb der hochreflektierenden Oberfläche des Umlenkspiegels getroffen werden und dadurch unzulässig erwärmt werden könnten. Sollte der Laserstrahl sich verschieben, beispielsweise durch eine fehlerhafte Justierung oder durch Stoßeinwirkung während des Betriebs, wird aufgrund der abweichenden Laserstrahlung der Spiegel nicht zerstört, sondern dank der Erfindung lediglich die erfindungsgemäße Blende erhitzt. Dies kann beispielsweise durch eine Temperaturüberwachung erkannt werden, die eine übermäßige Erwärmung als Fehlerfall erkennt und den Laser aus Sicherheitsgründen abschaltet.In addition, the solution according to the invention provides protection against erroneous misadjustments of the laser diode and / or the optical components, as components are hit outside of the highly reflective surface of the deflecting mirror by a misaligned laser beam and thus could be heated inadmissible. If the laser beam is displaced, for example due to erroneous adjustment or due to impact during operation, the mirror is not destroyed due to the deviating laser radiation but, thanks to the invention, merely heats the diaphragm according to the invention. This can be detected for example by a temperature monitoring, which detects excessive heating as a fault and shuts off the laser for safety reasons.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann eine Blende zwischen der Kollimatoroptik und dem Umlenkspiegel angeordnet sein. Hierbei wird eine Positionierung unmittelbar vor dem Umlenkspiegel als günstig angesehen. Dies ermöglicht das Ausblenden von aberrantem Licht, das infolge unerwünschter Reflexionen an optischen Bauelementen der Kollimatoroptik zustande kommt.In an advantageous embodiment of the invention, a diaphragm between the collimator and the deflection mirror can be arranged. Here, a positioning immediately before the deflection mirror is considered favorable. This allows the masking of aberrant light due to unwanted reflections on optical components of the collimator optics.

In einer anderen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann eine Blende vor dem ersten optischen Bauelement der Kollimatoroptik angeordnet sein. Dadurch kann erreicht werden, dass Laserlichtanteile, die von der Laserlichtquelle unter großem Winkel ausgehen und sich in der Kollimatoroptik unter unerwünschten Reflexionen ausbreiten würden, ausgeblendet werden.In another advantageous embodiment of the invention, a diaphragm may be arranged in front of the first optical component of the collimator optics. It can thereby be achieved that laser light components which emanate from the laser light source at a large angle and propagate in the collimator optics under undesirable reflections are masked out.

Diese beiden Ausbildungen können auch kombiniert werden, d. h. es kann je eine Blende vor und nach der Kollimatoroptik vorgesehen sein.These two training courses can also be combined, d. H. It can ever be provided before and after the collimator an aperture.

Beispielsweise kann die Blende eine vorzugsweise kreisrunde oder ovale (insbesondere ellipsenartig geformte) Öffnung aufweisen, deren Innendurchmesser das Hindurchtreten, vorzugsweise das ungehinderte Hindurchtreten, des Laserlichts gemäß dem regulären Lichtweg zulässt. Als Variante kann die Öffnung eine andere Form aufweisen, z. B. quadratisch oder rechteckig, welche den Querschnitt des regulären Strahls umgibt.For example, the aperture may have a preferably circular or oval (in particular ellipsoidal shaped) opening, the inner diameter of which allows the passage of, preferably the unimpeded passage of, the laser light according to the regular light path. As a variant, the opening may have a different shape, for. B. square or rectangular, which surrounds the cross section of the regular beam.

Es kann zudem zur Vereinfachung der Konstruktion der Komponenten der Lasereinheit beitragen, wenn die Blende mit einer Linsenhalterung zum Halten eines der optischen Bauelemente der Kollimatoroptik integriert ist.It may also help simplify the design of the components of the laser unit when the bezel is integrated with a lens mount for holding one of the optical components of the collimator optics.

Als Sicherheitsmaßnahme kann außerdem vorgesehen sein, dass die Blende einen Temperatursensor zur Überwachung auf eine unzulässige Erwärmung als Anzeichen einer fehlerhaften Justierung der optischen Komponenten aufweist.As a safety measure, it may also be provided that the diaphragm has a temperature sensor for monitoring an impermissible heating as a sign of a faulty adjustment of the optical components.

Die erfindungsgemäße Lasereinheit eignet sich auch für ein Lasermodul, das eine Mehrzahl von Lasereinheiten gemäß der Erfindung umfasst, wobei die Lasereinheiten ihr Laserlicht auf einen gemeinsamen Spiegel richten; hierbei können die Lasereinheiten eigene Kollimatoroptiken aufweisen, wobei diese in der Regel zudem das Laserlicht der Lasereinheiten auf die Spiegelfläche eines gemeinsamen Konvertorelements fokussieren. Die Lasereinheiten können auch eine gemeinsame Kollimatoroptik haben, sodass ein Lasermodul für einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer Mehrzahl von Lasereinheiten mit jeweils einer Laserlichtquelle – vorzugsweise Laserdiode – zum Aussenden von Laserlicht gebildet ist, mit einer Kollimatoroptik wie voranstehend beschrieben, wobei das Laserlicht der Lasereinheiten zusammengeführt und auf einen gemeinsamen Spiegel geleitet wird. Die Erfindung kommt insbesondere in einem Fahrzeugscheinwerfer mit einer Lasereinheit und/oder einem Lasermodul der genannten Art zur vorteilhaften Anwendung.The laser unit according to the invention is also suitable for a laser module comprising a plurality of laser units according to the invention, the laser units directing their laser light onto a common mirror; In this case, the laser units may have their own collimator optics, which also usually focus the laser light of the laser units on the mirror surface of a common converter element. The laser units may also have a common collimator optics, so that a laser module for a vehicle headlight with a plurality of laser units, each with a laser light source - preferably laser diode - is formed for emitting laser light, with a collimator optics as described above, wherein the laser light of the laser units merged and on a common mirror is passed. The invention is particularly advantageous in a vehicle headlamp with a laser unit and / or a laser module of the type mentioned.

Die Erfindung samt weiteren Ausbildungen und Vorzügen wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und nicht als einschränkend für die Erfindung auszulegen sind. Die Zeichnungen zeigen in schematischer FormThe invention, together with further embodiments and advantages, will be described below with reference to some embodiments, which are illustrated in the accompanying drawings and are not to be construed as limiting the invention. The drawings show in schematic form

1 eine Übersicht des Strahlengangs in einem Scheinwerfer mit einer Lasereinheit; 1 an overview of the beam path in a headlight with a laser unit;

2 den Strahlengang zwischen Laserlichtquelle und Spiegel, wobei der reguläre Strahlengang sowie beispielhafte aberrante Lichtanteile dargestellt sind; 2 the beam path between the laser light source and the mirror, wherein the regular beam path and exemplary aberrant light components are shown;

3 eine vergrößerte Ansicht eines steuerbaren Spiegels; 3 an enlarged view of a controllable mirror;

4 eine Ausführungsform der Erfindung, worin eine erfindungsgemäße Blende zwischen Kollimatoroptik und Spiegel angeordnet ist; 4 an embodiment of the invention, wherein a diaphragm according to the invention between collimator optics and mirror is arranged;

5 die Geometrie der Blende der 5; 5 the geometry of the aperture of the 5 ;

6 eine weitere Art aberranten Lichts bei einer dicken Linse der Kollimatoroptik; 6 another type of aberrant light with a thick lens of collimator optics;

7 eine Ausführungsform der Erfindung mit einer der Linse der 6 vorgeschalteten erfindungsgemäßen Blende; und 7 an embodiment of the invention with one of the lens of 6 upstream panel according to the invention; and

8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Lasermodul mit mehreren Laserlichtquellen und einer erfindungsgemäßen Blende in einer gemeinsamen Kollimatoroptik. 8th a further embodiment of the invention with a laser module with a plurality of laser light sources and a diaphragm according to the invention in a common collimator optics.

In 1 ist ein typischer Strahlengang in einem scannenden Laser-Scheinwerfer 9 skizziert, der grundsätzlich bekannter Art ist, aber auch in der Erfindung zur Anwendung kommt. Der Laser-Scheinwerfer 9 (der hier lediglich schematisch und ohne Gehäuse gezeigt ist) weist ein oder mehrere Lasereinheiten 10 (nur eine Lasereinheit ist dargestellt) auf, die einen Laserstrahl erzeugt. Hierzu weist jede Lasereinheit als Lichtquelle eine Laserdiode 11 auf, die Laserlicht emittiert, sowie eine Kollimatoroptik 13, die das Laserlicht zu einem Laserstrahl 14 formt und auf einen der Lasereinheit zugeordneten Umlenkspiegel 15 richtet. Die Kollimatoroptik 13 umfasst ein oder mehrere hintereinander angeordnete optische Bauelemente 12, beispielsweise eine einzelne optische Linse oder zwei unmittelbar hintereinander angeordnete Linsen.In 1 is a typical beam path in a scanning laser spotlight 9 outlined, which is basically known type, but also in the invention is used. The laser headlight 9 (which is shown here only schematically and without housing) has one or more laser units 10 (Only one laser unit is shown), which generates a laser beam. For this purpose, each laser unit as a light source, a laser diode 11 on which emits laser light, as well as a collimator optics 13 that turns the laser light into a laser beam 14 forms and on a laser unit associated with the deflection mirror 15 directed. The collimator optics 13 comprises one or more optical components arranged one behind the other 12 For example, a single optical lens or two lenses arranged directly behind one another.

Der Umlenkspiegel 15 umfasst eine programmiert verstellbare Spiegelfläche 16, typischer Weise in Form einer planen Spiegelplatte, die durch (nichtgezeigte) Stellkomponenten um zwei Achsen 18x, 18y quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls verschwenkbar ist. Eine der Lasereinheit zugeordnete Steuereinrichtung 50 versorgt die Lichtquelle 11 mit Strom und steuert die Stellkomponenten der Schwenkachsen 18x, 18y. Mithilfe des Umlenkspiegels 15 wird der Laserstrahl auf einen Phosphor 55, der das auftreffende Laserlicht in sichtbares Licht konvertiert, wobei dort infolge der scannenden Bewegung des Umlenkspiegels ein Leuchtbild 54 erzeugt wird; dieses Leuchtbild wird durch eine Abbildungsoptik 56, hier beispielsweise eine optische Linse, als eine Lichtverteilung 60 auf die Fahrbahn einer Straße projiziert. Die Kollimatoroptik dient hier somit zusätzlich dazu, das von der Lichtquelle ausgesandte Laserlicht auf das Konverterelement 55 zu fokussieren, das im regulären Lichtweg dem Umlenkspiegel 15 folgt. Die Fokussierung dient der Bündelung des Laserstrahls auf einen Lichtpunkt (Lichtfleck) definierter Größe.The deflection mirror 15 includes a programmed adjustable mirror surface 16 typically in the form of a plane mirror plate, which is defined by (not shown) adjusting components about two axes 18x . 18y is pivotable transversely to the propagation direction of the laser beam. A control unit associated with the laser unit 50 supplies the light source 11 with power and controls the control components of the pivot axes 18x . 18y , Using the deflecting mirror 15 the laser beam is switched to a phosphor 55 which converts the incident laser light into visible light, there being a luminous image due to the scanning movement of the deflecting mirror 54 is produced; This light image is through an imaging optics 56 Here, for example, an optical lens, as a light distribution 60 projected onto the lane of a street. The collimator optics thus additionally serves the laser light emitted by the light source on the converter element 55 to focus, in the regular light path the deflection mirror 15 follows. Focusing serves to concentrate the laser beam onto a light spot (spot) of defined size.

In dem Leuchtbild kann zudem die Helligkeit ortsveränderlich in Abhängigkeit von dem Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Konverterelement variiert werden, beispielsweise durch Modulation der Verweilzeit und/oder der Laserleistung; letztere kann z. B. dadurch eingestellt werden, dass der die Lichtquelle speisende Strom in Abhängigkeit von der Spiegelstellung eingestellt wird. Selbstverständlich ist die in 1 gezeigte Anordnung nur beispielhaft und andere Strahlengänge – beispielsweise mit am Phosphor 55 transmissivem trahlengang und/oder mit mehreren Laserstrahlen, die auf einen gemeinsamen Spiegel gerichtet werden, – können ebenso verwendet werden.In addition, the brightness in the luminous image can be varied in a spatially variable manner as a function of the point of impingement of the laser beam on the converter element, for example by modulation of the residence time and / or the laser power; the latter can z. B. be adjusted by the current supplying the light source is set in dependence on the mirror position. Of course, the in 1 arrangement shown only by way of example and other beam paths - for example, with the phosphor 55 transmissive track and / or with multiple laser beams directed at a common mirror - may also be used.

2 zeigt eine schematische Darstellung des Lichtverlaufs in der Lasereinheit 8 gemäß dem Stand der Technik, in einer Längsschnittansicht entlang der optischen Achse, die durch eine Strichpunktlinie symbolisiert ist; die optischen Bauelemente sind im Schnitt dargestellt und haben eine um die optische Achse drehsymmetrische Formgebung, der Spiegel ist dagegen in einer Vorderansicht dargestellt. In dem hier gezeigten Beispiel ist die Kollimatoroptik 13 durch zwei hintereinander angeordnete Linsen 12 verwirklicht. Der Laserstrahl 14 wird so kollimiert, dass er über den Umlenkspiegel 15 auf das Konverterelement 55 fokussiert ist; er erzeugt hierbei auf der Spiegelfläche 16 einen Lichtpunkt 20. Der Laserstrahl 14 ist hinsichtlich eines regulären Strahlengangs ausgelegt, der sich durch eine minimale Anzahl von Reflexionen – in diesem Fall null, also keine Reflexionen, sondern lediglich Brechung, da die Kollimatoroptik keine spiegelnden Elemente aufweist – an den optischen Grenzflächen der optischen Bauelemente 12 beim Durchgang des Laserlichts 14 durch die Kollimatoroptik 13 auszeichnet. Dieser reguläre Strahlengang kann zudem durch eine Einhüllende 22 beschrieben werden, die die regulären Lichtanteile umgibt. Die optischen Grenzflächen der Linsen sind vergütet, beispielsweise durch AR-Beschichtungen bekannter Art, um Lichtverluste durch Reflexion 24 zu verringern. Dennoch lassen sich im Allgemeinen die Reflexionen 24 nicht vollkommen unterdrücken. Durch eine Kombination von Reflexionen ergeben sich zusätzliche – hier als aberrant bezeichnete – Lichtanteile, die ebenso wie der reguläre Laserstrahl sich nach vorne ausbreiten, jedoch nicht dessen kollimierte Eigenschaften aufweisen; von denen beispielhaft zwei Strahlengänge 23a, 23b gezeigt sind. Diese aberranten Lichtanteile können somit unerwünschte Bereiche des Umlenkspiegels und/oder umliegende Komponenten beleuchten; dies ist in 2 durch einen Streulichtbereich 21 symbolisiert, der den Lichtpunkt 20 umgibt. 2 shows a schematic representation of the light path in the laser unit 8th according to the prior art, in a longitudinal sectional view along the optical axis, which is symbolized by a dashed line; the optical components are shown in section and have a rotationally symmetrical about the optical axis shape, the mirror is, however, shown in a front view. In the example shown here is the collimator optics 13 by two lenses arranged one behind the other 12 realized. The laser beam 14 is collimated so that it is above the deflecting mirror 15 on the converter element 55 is focused; he generates this on the mirror surface 16 a point of light 20 , The laser beam 14 is designed with respect to a regular beam path, which is characterized by a minimum number of reflections - in this case zero, so no reflections, but only refraction, since the collimator optics has no reflective elements - at the optical interfaces of the optical components 12 during the passage of the laser light 14 through the collimator optics 13 distinguished. This regular beam path can also be achieved by an envelope 22 be described, which surrounds the regular light components. The optical interfaces of the lenses are tempered, for example, by AR coatings of known type, to light losses by reflection 24 to reduce. Nevertheless, in general, the reflections can be 24 not completely suppress. A combination of reflections results in additional - here referred to as aberrant - light components which, like the regular laser beam, propagate forward but do not have its collimated properties; one of which is exemplified by two beam paths 23a . 23b are shown. These aberrant light components can thus illuminate undesired regions of the deflection mirror and / or surrounding components; this is in 2 through a stray light area 21 symbolizes the light point 20 surrounds.

3 zeigt einen beispielhaften Aufbau des Umlenkspiegels 15, beispielsweise in MEMS-Technologie. Der Umlenkspiegel 15 ist zweiachsig verschwenkbar ausgelegt, wobei die Spiegelfläche 16 auf einem plattenartigen Bauteil angeordnet ist, das um eine erste Achse 18y schwenkbar in einem Zwischenrahmen 17 aufgehängt ist, der wiederum um eine zweite Achse 18x schwenkbar in einem Hauptrahmen 19 aufgehängt ist. Die Aufhängungen sind beispielsweise nach bekannter Art als steuerbare Torsionselemente ausgeführt, die somit als Stellkomponenten für die Schwenkachsen 18x, 18y dienen. 3 shows an exemplary construction of the deflection mirror 15 , for example in MEMS technology. The deflection mirror 15 is designed biaxially pivotable, the mirror surface 16 is arranged on a plate-like member, which is about a first axis 18y swiveling in an intermediate frame 17 suspended, which in turn is about a second axis 18x swiveling in a main frame 19 is suspended. The suspensions are, for example, in a known manner as controllable Torsionselemente executed, which thus as adjusting components for the pivot axes 18x . 18y serve.

4 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer Darstellung analog zur 2, wobei der 2 entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen angegeben sind. Um aberrante Lichtanteile – insbesondere die Lichtstrahlen 23a, 23b – auszusondern, weist die Kollimatoroptik 13 eine Blende 25 auf, die hier zwischen dem letzten optischen Bauelement der Kollimatoroptik 12 und dem Umlenkspiegel 15 angeordnet ist. In der Regel ist eine Positionierung der Blende 25 unmittelbar vor dem Spiegel 15, d. h. diesem möglichst nahe, vorteilhaft, da hierdurch eine besonders einfache Eingrenzung auf den Arbeitsbereich der Spiegelfläche 16 erreicht werden kann. Die Blende 25 ist im Allgemeinen eine Lochblende mit einer z. B. kreisförmigen Öffnung, die um die optische Achse zentriert ist; auch eine Formgebung entsprechend einer Ellipse wird häufig verwendet. Als Variante kann die Öffnung eine andere Form aufweisen, z. B. quadratisch oder rechteckig, wenn dies dem Querschnitt des regulären Strahls entsprechend der Umhüllenden 22 besser entspricht. 4 shows a first embodiment of the invention in a representation analogous to 2 , where the 2 corresponding components are given the same reference numerals. About aberrant light components - especially the light rays 23a . 23b - weed out, shows the collimator optics 13 a panel 25 on, here between the last optical component of the collimator optics 12 and the deflecting mirror 15 is arranged. As a rule, a positioning of the aperture 25 right in front of the mirror 15 , ie, this as close as possible, advantageous, since this is a particularly simple limitation to the working area of the mirror surface 16 can be achieved. The aperture 25 is generally a pinhole with a z. B. circular opening centered about the optical axis; also a shaping according to an ellipse is often used. As a variant, the opening may have a different shape, for. B. square or rectangular, if this is the cross section of the regular beam according to the envelope 22 better corresponds.

In Übereinstimmung mit der ihr zugedachten Aufgabe muss die Blende 25 hinsichtlich Formgebung und Material so gestaltet sein, dass sie eine hohe Absorption und geringen Reflexionsgrad aufweist, um zu vermeiden, dass durch unkontrolliert zurückreflektieres Licht zusätzliches aberrantes Licht generiert wird. Des Weiteren muss die Blende 25 dauerhaft die Lichtleistung absorbieren können, ohne durch Lichteinstrahlung sowie die daraus entstehende thermische Belastung zerstört zu werden. Außerdem dürfen keine mechanischen Veränderungen – z. B. infolge thermischer Ausdehnung – auftreten, welche dazu führen würden, dass reguläre Anteile des Laserstrahls abgeschattet werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Blende als eine in dem die Lichteinheit umgebenden Gehäuse bzw. dem Scheinwerfergehäuse verankerte Lochplatte aus einem geeigneten thermisch leitfähigen Material mit einer absorbierenden Oberfläche – z. B. eine Metallfolie mit galvanisch schwarz-verzinkter Oberfläche und/oder einer Beschichtung aus hitzebeständigem Lack – ausgebildet ist, sodass die absorbierte Lichtleistung als Wärme an das Gehäuse abgeleitet werden kann.In accordance with the task assigned to it, the aperture must 25 be designed in terms of shape and material, that it has a high absorption and low reflectance, to avoid that additional aberrant light is generated by uncontrolled reflected light back. Furthermore, the aperture must 25 can permanently absorb the light output without being destroyed by light radiation and the resulting thermal stress. In addition, no mechanical changes - z. B. due to thermal expansion - occur, which would cause that regular portions of the laser beam are shaded. This can be achieved, for example, in that the aperture is formed as a perforated plate anchored in the housing surrounding the light unit or the spotlight housing made of a suitable thermally conductive material having an absorbent surface - for. As a metal foil with galvanic black-galvanized surface and / or a coating of heat-resistant paint - is formed so that the absorbed light output can be dissipated as heat to the housing.

Der Innendurchmesser der Öffnung der Blende 25 wird anhand des Winkels bestimmt, den das zu unterdrückende aberrante Licht gegenüber optischen Achse bzw. der Strahlrichtung des regulären Strahls aufweist. Das wird in 5 an einem Beispiel erläutert. Mit dem Bezugszeichen 23c ist ein aberranter Lichtstrahl gezeigt, der von dem regulären Laserlicht durch innere Reflexion an der dem Spiegel zugewandten Oberfläche der letzten Linse 12 der Kollimatoroptik ausgeht, ein zweites Mal an der anderen Oberflächenseite der Linse reflektiert wird und sich auf diese Weise wieder nach vorne (zum Spiegel hin) ausbreitet. Dieser aberrante Lichtstrahl 23c weist dabei einen Strahlverlauf auf, der um einen Winkel δ (griechischer Buchstabe delta) von der Richtung der optischen Achse abweicht. Nach Zurücklegen des Abstands d zwischen der Linse 12 und der Blende 25 ist der aberrante Lichtstrahl 23c somit um einen radialen Versatz c = d·(tanδ + tanγ) + b vom regulären Laserstrahl 14 entfernt, wobei γ (griechischer Buchstabe gamma) der (halbe) Konvergenzwinkel des regulären Lichtstrahls und b ein lateraler Versatz aufgrund des Reflexionsstrahlenganges ist. Es reicht daher, die (z. B. kreisrunde) Öffnung der Blende so auszulegen, dass diese einen Innendurchmesser D aufweist, der größer ist als der Durchmesser L des regulären Laserstrahls an der Position der Blende 25, jedoch nicht größer als D_max = L + 2c, um die aberranten Lichtanteile 23c auszublenden. Sofern der Laserstrahl einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist, z. B. in Form einer Ellipse, gilt diese Beziehung jeweils für die Hauptrichtungen des Querschnitts.The inner diameter of the aperture of the aperture 25 is determined by the angle which the suppressed aberrant light has with respect to the optical axis and the beam direction of the regular beam, respectively. That will be in 5 explained by an example. With the reference number 23c an aberrant beam of light is shown from the regular laser light by internal reflection at the mirror-facing surface of the last lens 12 the collimator optics goes out, is reflected a second time on the other surface side of the lens and in this way propagates forward (towards the mirror). This aberrant ray of light 23c has a beam path that deviates from the direction of the optical axis by an angle δ (Greek letter delta). After covering the distance d between the lens 12 and the aperture 25 is the aberrant ray of light 23c thus by a radial offset c = d * (tanδ + tanγ) + b from the regular laser beam 14 where γ (Greek letter gamma) is the (half) convergence angle of the regular light beam and b is a lateral offset due to the reflection beam path. It is therefore sufficient to design the (eg circular) aperture of the diaphragm so that it has an inner diameter D which is larger than the diameter L of the regular laser beam at the position of the diaphragm 25 , but not greater than D _max = L + 2c, around the aberrant light components 23c hide. If the laser beam has a non-circular cross-section, z. B. in the form of an ellipse, this relationship applies to the main directions of the cross section.

Anhand 5 ist auch erkennbar, dass es vorteilhaft ist, die Blende 25 möglichst nahe vor dem Spiegel 15 zu positionieren, da dies ermöglicht, den größten Teil des aberranten Lichts abzuschatten, ohne hierbei den regulären laserstrahl zu beeinträchtigen. Zudem ist hier der Wert des Versatzes c am größten, woraus sich eine hohe Toleranz hinsichtlich der geometrischen Auslegung der Blende ergibt.Based 5 it is also apparent that it is beneficial to the aperture 25 as close as possible to the mirror 15 as this allows to shade most of the aberrant light without interfering with the regular laser beam. In addition, here is the value of the offset c greatest, resulting in a high tolerance with respect to the geometric design of the aperture.

Wieder bezugnehmend auf 4 kann die Blende 25 zudem mit einem Temperatursensor 26 ausgestattet sein, der die Temperatur der Blende überwacht. Eine übermäßige Erwärmung der Blende 25 deutet auf eine fehlerhafte Justierung der optischen Komponenten und/oder der Lichtquelle hin. Die übermäßige Erwärmung kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass die gemessene Temperatur über einen bestimmten, voreingestellten Schwellwert steigt. Dann löst der Sensor 26 einen Fehlerzustand aus; alternativ oder in Kombination kann der Sensor 26 ein vorübergehendes oder dauerhaftes Abschalten der Lasereinheit auslösen. Der Temperatursensor 26 ist günstiger Weise auf der Blende 25 möglichst nahe dem Innenrand, jedoch auf der dem Laserlicht abgewandten Seite der Blende 25 angeordnet, um eine Messverfälschung durch die Lichteinstrahlung zu vermeiden.Referring again to 4 can the aperture 25 also with a temperature sensor 26 be equipped, which monitors the temperature of the aperture. Excessive heating of the aperture 25 indicates a faulty adjustment of the optical components and / or the light source. Excessive heating may be detected, for example, by the measured temperature rising above a certain preset threshold. Then the sensor releases 26 an error condition; alternatively or in combination, the sensor 26 trigger a temporary or permanent shutdown of the laser unit. The temperature sensor 26 is cheaper way on the aperture 25 as close to the inner edge, but on the side facing away from the laser light of the aperture 25 arranged to prevent a falsification by the light irradiation.

Außerdem kann ein Laserüberwachungssensor 27 (1), beispielsweise in Form eine Photodiode, vorgesehen sein, der die Laserleistung bestimmt. Der Sensor 27 ist im Strahlverlauf beispielsweise vor dem ersten optischen Bauelement der Kollimatoroptik positioniert. Das Signal des Sensors 27 kann für eine Sicherheitsabschaltung der Lasereinheit im Falle einer Laser-Fehlfunktion verwendet werden. Außerdem liefert der Sensor 27 eine Kontrollgröße für das Steuereinrichtung 50, beispielsweise zur Überwachung der Laserintensität hinsichtlich betriebsbedingter Schwankungen (z. B. infolge Erwärmung) und/oder aufgrund der Scannerbewegung.In addition, a laser monitoring sensor 27 ( 1 ), for example in the form of a photodiode, be provided which determines the laser power. The sensor 27 is in the beam path, for example, before the first optical component of Positioned collimator optics. The signal of the sensor 27 can be used for a safety shutdown of the laser unit in the event of a laser malfunction. In addition, the sensor provides 27 a control variable for the control device 50 For example, to monitor the laser intensity with respect to operational fluctuations (eg due to heating) and / or due to the scanner movement.

In den 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform einer Lasereinheit 100 dargestellt, bei der aberrantes Licht, das von der Reflexion am Außenrand einer Linse herrührt, durch eine Blende unterbunden wird, die vorzugsweise vor der betreffenden Linse angeordnet ist. Es gilt grundsätzlich ein Strahlverlauf wie oben anhand der 1 diskutiert; ungeachtet dessen werden in 6 und 7 Bezugszeichen mit einer vorgestellten Ziffer 1 verwendet. Die unmittelbar der Laserlichtquelle 111 nachfolgende erste Linse 112 ist hier als dicke Linse mit den beiden Hauptebenen Φ1 und Φ2 gezeigt, die einen Abstand t zueinander haben. Die Laserlichtquelle 111 ist beispielsweise in einem Abstand zur Linse positioniert, die der objektseitigen Brennweite f der Linse entspricht, sodass der Laserstrahl 22 nach der Linse parallel kollimiert (d. h. telezentrisch) ist; durch eine zweite Linse (in 6 und 7 nicht gezeigt) kann der Laser dann auf den Umlenkspiegel fokussiert werden. Die Linsenhöhe h (Durchmesser der Linse quer zur optischen Achse) ist ebenfalls gezeigt.In the 6 and 7 is another embodiment of a laser unit 100 in which aberrant light, which results from the reflection at the outer edge of a lens, is prevented by a diaphragm, which is preferably arranged in front of the relevant lens. Basically, there is a beam path as above based on the 1 discussed; regardless, in 6 and 7 Reference numeral with an imaginary digit 1 used. The directly of the laser light source 111 subsequent first lens 112 is shown here as a thick lens with the two principal planes Φ1 and Φ2 spaced apart from each other. The laser light source 111 is positioned, for example, at a distance from the lens that corresponds to the object-side focal length f of the lens, so that the laser beam 22 parallel collimated (ie telecentric) after the lens; through a second lens (in 6 and 7 not shown), the laser can then be focused on the deflection mirror. The lens height h (diameter of the lens transverse to the optical axis) is also shown.

Lichtstrahlen, die objektseitig unter nicht zu großen Winkel (insbesondere Winkel kleiner α) auf die Linse 112 treffen, werden an der objektseitigen Grenzfläche 104 gebrochen, bewegen sich im Linsenmaterial fort, und werden an der vorderen Linsenfläche 105 nochmals gebrochen. Der Lichtstrahl 120 repräsentiert einen Lichtstrahl gerade am Rand des regulären Strahlwegs. Dagegen sind unter einem großen Winkel aus der Laserlichtquelle 111 ausgehende Lichtstrahlen 121 problematisch, weil sie den äußeren Linsenrand 108 treffen, da die Linse durch die Linsenhöhe (genauer: Linsendurchmesser) h begrenzt ist. Sofern diese Lichtanteile nicht austreten und/oder absorbiert werden, kommt es zur Reflexion 107 des Strahls an der Grenzfläche (nach innen), und der Strahl tritt aus der Linse unter einem deutlich größeren Winkel aus, als aberranter Strahl 124. Die Blende 125 unterbindet dieses aberrante Licht 124 dadurch, dass sie den Winkelbereich außerhalb des Winkels α abdeckt, welcher Lichanteile, die durch zusätzliche Reflexionen von dem regulären Strahlverlauf abweichen, und somit aberrante Laserstrahlen repräsentiert. Licht aus der Laserlichtquelle 11, das innerhalb des halben Öffnungswinkels α ausgeht, soll dagegen die Blende passieren, um die Effizienz der Laserlichtquelle 111 (z. B. Laserdiode) nicht zu verringern.Light rays, the object side at not too large angle (in particular angle smaller α) on the lens 112 Meet, be at the object-side interface 104 Broken, moving in the lens material, and will be on the front lens surface 105 broken again. The light beam 120 represents a ray of light just at the edge of the regular beam path. In contrast, at a large angle from the laser light source 111 outgoing light rays 121 problematic because they are the outer lens edge 108 because the lens is limited by the lens height (more precisely: lens diameter) h. If these light components do not escape and / or are absorbed, reflection occurs 107 of the beam at the interface (inward) and the beam exits the lens at a significantly greater angle than aberrant beam 124 , The aperture 125 suppress this aberrant light 124 in that it covers the angular range outside the angle α, which Lichanteile, which differ by additional reflections from the regular beam path, and thus aberrant laser beams represents. Light from the laser light source 11 , which emanates within half the opening angle α, however, should pass through the aperture to the efficiency of the laser light source 111 (eg laser diode).

Der Grenzwert für den Winkel α (griechischer Buchstabe alpha), für den der Strahl gerade noch an der zweiten Grenzfläche 105 gebrochen wird, ohne äußeren Linsenrand 108 zu treffen, lässt sich durch folgende Gleichung beschreiben: h/2 ≥ αt + f(1 – t·Φ1)cosα The limit for the angle α (Greek letter alpha), for which the beam just at the second interface 105 is broken, without outer lens edge 108 can be described by the following equation: h / 2 ≥ αt + f (1-t · Φ1) cosα

Die Blende 125 wird zweckmäßiger Weise hinsichtlich Position und Innendurchmesser der Blendenöffnung so ausgelegt, dass Strahlen mit einem Winkel α, der diese Bedingung erfüllt, ungehindert passieren können. Strahlen, die unter einem größeren Winkel α einfallen, als die obige Bedingung zulässt, werden dagegen durch die Blende abgeschattet werden.The aperture 125 is expediently designed in terms of position and inner diameter of the aperture so that rays with an angle α, which meets this condition, can pass unhindered. On the other hand, rays incident at a larger angle α than the above condition will allow to be shaded by the aperture.

Die Blende 125 kann zudem mit einem Temperatursensor 126 zur Überwachung der Blende auf übermäßige Erwärmung und/oder mit einem Laserüberwachungssensor 127, der vorzugsweise innerhalb der Öffnung der Blende positioniert ist, ausgestattet sein. Für diese Sensoren 126, 127 gilt ansonsten das Gleiche wie oben zu den Sensoren 26, 27 der ersten Ausführungsform diskutiert.The aperture 125 can also use a temperature sensor 126 to monitor the shutter for excessive heating and / or with a laser monitoring sensor 127 , which is preferably positioned within the aperture of the aperture, be equipped. For these sensors 126 . 127 Otherwise, the same applies as above to the sensors 26 . 27 of the first embodiment.

Die Erfindung kann auch in Anordnungen mit mehreren Laserlichtquellen zur Anwendung kommen. 8 zeigt eine schematische Übersicht eines Strahlengangs in einem Scheinwerfer 209 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, worin ein Lasermodul 200 eine Mehrzahl (d. h. zwei oder mehr) Lasereinheiten 210, 220, 230 umfasst, die jeweils eine Laserlichtquelle 211, 221, 231 beinhalten. Die von den Lichtquellen 211, 221, 231 ausgesandten Laserstrahlen 214, 224, 234 werden mithilfe einer Strahlvereinigungsvorrichtung 201 zusammengeführt, beispielsweise mittels Umlenkprismen 202, 222, 232, sodass ein Laserstrahlenbündel oder homogenisierter Laserstrahl 204 gebildet wird; geeignete Einrichtungen zum Zusammenführen von Laserstrahlen sind dem Fachmann wohlbekannt und bilden nicht Gegenstand der Erfindung. Dieser so zusammengeführte Laserstrahl 204 wird – ebenso wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen – mittels einer gemeinsamen Kollimatoroptik 213 mit optischen Bauelementen (Linsen) 212 kollimiert und der so kollimierter Strahl 14 auf einen Umlenkspiegel 15 gerichtet, der wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen erläutert eine scannende Bewegung zur Erzeugung eines Leuchtbildes ausführt. Die Kollimatoroptik 213 ist mit einer Blende 225 ausgestattet, mit der aberrante Lichtanteile ausgesondert werden. Wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen erläutert, kann die Blende 225 an jedem geeigneten Ort der positioniert sein, beispielsweise wie hier gezeigt nach der letzten Linse 212 der Kollimatoroptik 213 und dem Umlenkspiegel 15. Im Übrigen gilt für die Blende 225 das zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen Gesagte in analoger Weise.The invention can also be used in arrangements with multiple laser light sources. 8th shows a schematic overview of a beam path in a headlight 209 according to a further embodiment of the invention, wherein a laser module 200 a plurality (ie, two or more) laser units 210 . 220 . 230 includes, each a laser light source 211 . 221 . 231 include. The of the light sources 211 . 221 . 231 emitted laser beams 214 . 224 . 234 be using a beam combining device 201 merged, for example by means of deflection prisms 202 . 222 . 232 so that a laser beam or homogenized laser beam 204 is formed; suitable means for merging laser beams are well known to those skilled in the art and do not form the subject of the invention. This merged laser beam 204 is - as in the previous embodiments - by means of a common collimator optics 213 with optical components (lenses) 212 collimated and the collimated beam 14 on a deflecting mirror 15 directed, as explained in the preceding embodiments performs a scanning movement to generate a luminous image. The collimator optics 213 is with a shutter 225 equipped with the aberrant light components are separated out. As explained in the preceding embodiments, the aperture 225 be positioned at any suitable location, for example, as shown here after the last lens 212 the collimator optics 213 and the deflecting mirror 15 , Incidentally, applies to the aperture 225 the comments made to the preceding embodiments in an analogous manner.

Selbstverständlich sind die oben diskutierten Ausführungsformen nur beispielhaft und nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen. Der Fachmann wird ohne Weiteres weitere Implementierungen der Erfindung verwirklichen können, die im Bereich der Erfindung gemäß den nachstehenden Ansprüchen liegen.Of course, the embodiments discussed above are intended to be illustrative and not limiting of the invention. The person skilled in the art will readily be able to realize further implementations of the invention which are within the scope of the invention as claimed in the following claims.

Claims

Vehicle headlights ( 9 . 209 ) with a laser unit ( 10 . 100 ) with a laser light source ( 11 . 111 ), preferably laser diode, for emitting laser light and with a collimator optics ( 13 . 113 . 213 ), which at least one optical component ( 12 . 112 . 212 ), wherein the collimator optics is adapted to collimate laser light emitted by the light source and to a laser unit ( 10 . 100 ) associated deflection mirror ( 15 ), whereby the laser light ( 14 . 120 ) propagates predominantly along a regular light path, preferably along an optical axis of the collimator optics, characterized in that the collimator optics ( 13 . 113 . 213 ) an aperture ( 25 . 125 . 225 ) which is outside an envelope ( 22 ) of the regular light path and at least a part of aberrant laser light which extends along a light path deviating from the regular light path, which propagation in the case without the diaphragm ( 25 . 125 . 225 ) with at least one additional reflection ( 24 . 107 ) on or in an optical component of the collimator optics, fades out before it has passed through the collimator optics onto the deflection mirror ( 15 ) falls.

Vehicle headlight according to claim 1, characterized in that the diaphragm ( 125 ) in front of the first optical component ( 125 ) of the collimator optics is arranged.

Vehicle headlight according to claim 1, characterized in that the diaphragm ( 25 . 225 ) between the collimator optics ( 13 ) and the deflection mirror ( 15 ) is arranged, preferably immediately in front of the deflection mirror.

Vehicle headlight according to one of the preceding claims, characterized in that the diaphragm ( 25 . 125 . 225 ) has a preferably circular or oval opening whose inner diameter allows the passage of the laser light according to the regular light path.

Vehicle headlight according to one of the preceding claims, characterized in that the diaphragm with a lens holder for holding one of the optical components of the collimator optics ( 13 . 113 . 213 ) is integrated.

Vehicle headlight according to one of the preceding claims, characterized in that the diaphragm has a temperature sensor for monitoring an inadmissible heating.

Vehicle headlight according to one of the preceding claims, characterized in that the collimator optics ( 13 . 113 . 213 ) is also adapted to the laser light emitted by the light source on a converter element ( 55 ), in the regular light path the deflection mirror ( 15 ) follows.

Vehicle headlight with a laser module ( 200 ) comprising a plurality of laser units ( 210 . 220 . 230 ) each with a laser light source ( 211 . 221 . 231 ), preferably laser diode, for emitting laser light and with a collimator optics ( 213 ) as described in one of the preceding claims, wherein the laser light ( 214 . 224 . 234 ) of the laser units and converged on a common mirror ( 15 ).