EP3636993A1 - Illumination device for a motor vehicle and motor vehicle with same - Google Patents
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- EP3636993A1 EP3636993A1 EP19191157.7A EP19191157A EP3636993A1 EP 3636993 A1 EP3636993 A1 EP 3636993A1 EP 19191157 A EP19191157 A EP 19191157A EP 3636993 A1 EP3636993 A1 EP 3636993A1
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- F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
- F21S45/70—Prevention of harmful light leakage
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- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
- F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
- F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
- F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
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- F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
- F21S41/32—Optical layout thereof
- F21S41/33—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature
- F21S41/334—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature the reflector consisting of patch like sectors
- F21S41/335—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature the reflector consisting of patch like sectors with continuity at the junction between adjacent areas
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- F21S41/37—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors characterised by their material, surface treatment or coatings
Definitions
- the present invention relates to a lighting device for a motor vehicle.
- the illumination device comprises a laser light source for emitting laser light, a radiation converter, which contains a luminescent layer, in particular with phosphor, and an imaging optics.
- the radiation converter is designed to convert and fan out laser light emitted by the laser light source into broadband, in particular white, secondary light compared to the laser light.
- the imaging optics are designed to deflect the secondary light in a radiation direction of the illumination device in order to generate a resulting light distribution.
- the lighting device is used in particular as a headlight in a motor vehicle.
- the invention further relates to a motor vehicle with at least one such lighting device.
- the motor vehicle preferably includes such a lighting device in the front area on each mounting side.
- Laser light sources especially semiconductor lasers, offer a number of advantageous properties, such as e.g. a comparatively small light-emitting surface, high radiation intensities, and the emission of largely collimated, narrow-band light beams.
- Optical systems for laser light can therefore be set up with smaller focal lengths than optical systems for less collimated light beams from, for example, incandescent lamps or light-emitting diodes (LEDs).
- the optical systems for laser light can therefore be implemented with a small installation space.
- laser light sources for lighting devices of motor vehicles arise in particular from the fact that lasers emit essentially coherent, monochromatic light or narrow-band light in a narrow wavelength range. Given the typical high radiation intensities of laser light sources, such light is potentially dangerous, especially for the human eye. This applies in particular to radiation powers of a few watts, as are desired in the field of motor vehicle lighting. For safety reasons, road users must not be dazzled in road traffic.
- LEDs white light-emitting diodes
- luminescence conversion LEDs usually have a luminescent layer, which in particular comprises phosphorus.
- a physical system does not entirely or partially supply energy supplied from outside to its thermal energy, but is put into an excited state by the absorbed energy and emits light. If there is no activation process between energy absorption and emission, then one speaks of fluorescence; if an excited intermediate state can "freeze" the energy for a period of time, it is phosphorescence.
- the light of a usually colored (e.g. blue or UV) light emitting LED stimulates the material of the luminescent layer to luminesce, whereby the radiation converter itself emits light of a different wavelength (e.g. yellow).
- a different wavelength e.g. yellow
- the incident light of one wavelength range can be converted into light of another wavelength range.
- a further portion of the incident light is scattered through the luminescent layer without conversion.
- the unconverted scattered light and the emitted light converted by luminescence can then additively overlap and lead e.g. to white mixed light.
- the radiation converter When using the explained principle of luminescence conversion for motor vehicle headlights with a laser light source, the radiation converter is important in terms of safety. If the radiation converter is destroyed or e.g. removed from the beam path of the laser light source due to mechanical influences, vibrations or an accident, potentially dangerous laser light can escape from the headlight without conversion into the desired mixed light. In such accidents, measures must therefore be taken to avoid endangering road users from laser light. For this purpose, various active and passive safety systems are known from the prior art.
- a radiation detector continuously monitors during operation of the laser headlight whether the intensity of the laser light in the beam path after the radiation converter is within permissible (harmless) limit values. If this is not the case, appropriate countermeasures are taken to protect other road users, for example the power of the laser light source is reduced.
- Such an active system is, for example, from the DE 10 2012 220 481 A1 known.
- a loss of light is usually generated, for example by a beam trap, a diffusing element or a shading element. In the event of a fault (radiation converter damaged or removed), the loss of light ensures that this is potentially dangerous laser light is absorbed, scattered or shaded to such an extent that the risk potential for other road users is reduced.
- Such a passive system is, for example, from the DE 10 2013 016 423 A1 known.
- the problem with the passive systems is that the absorption, scattering or shading of the light also occurs in the fault-free case when the radiation converter is fully functional, so that less useful light is available for generating the resulting light distribution.
- the resulting loss in performance of the lighting device can amount to 15-30%.
- the object of the present invention is therefore to increase the operational safety of a lighting device of a motor vehicle with a laser light source.
- a passive safety system for reducing the potential risk from unconverted laser light in the event of a fault is to be proposed, in which the loss of power in the fault-free case is as small as possible.
- a lighting device with the features of claim 1.
- a microstructure of a defined configuration is arranged in a locally limited area of incidence of the imaging optics, which is exposed to the laser light when the radiation converter is omitted, the microstructure being designed such that the deflection angle is from light hitting the impingement area are selected such that the light deflected by the microstructure contributes to the generation of the resulting light distribution.
- the laser light source preferably has one or more laser diode semiconductor chips.
- An optically active element in particular a lens or a reflector, can be arranged in the beam path between the laser light source and the radiation converter in order to bundle the laser light emitted by the laser light source as completely as possible onto the radiation converter.
- the radiation converter is preferably designed such that it has an approximately Lambertian radiation characteristic of the secondary light.
- the Invention arranged a microstructure of a defined configuration in the impact area.
- the microstructure is designed in such a way that the deflected light contributes to the generation of the resulting light distribution. All of the light deflected by the microstructure preferably contributes to the generation of the resulting light distribution, but at least half of the deflected light. For the most part, the deflected light lies within the resulting light distribution.
- the light falling on the impact area is expanded so that the hazard potential is significantly reduced in the event of a fault, but only to the extent that the deflected light still contributes to the generation of the light distribution.
- the light that is incident is thus redirected in a targeted manner by the defined microstructure. In this way, the hazard potential can be significantly reduced in the event of a malfunction with minimal impairment of the light distribution and without loss of light in the event of a fault.
- the imaging optics be designed as a reflector, which is preferably made of a thermoplastic, and the impact area is designed as part of a reflection surface of the reflector.
- the defined microstructure is preferably introduced into an injection molding tool for the reflector, for example by means of milling, and is thus formed at the same time as the reflector is produced as an integral part of the reflection surface in the area of impact.
- the microstructure it would also be conceivable for the microstructure to be formed in the impact area of the reflection surface after the manufacture of the reflector, for example by machining with an embossing tool or with a laser beam.
- thermosetting plastic has the advantage over a reflector made from thermosetting plastic that a metallization layer to be applied to the reflection surface after injection molding is very thin (for example ⁇ 1.0 ⁇ m, in particular about 0.2 ⁇ m) and the dimensions of the previously formed microstructure largely retained even after coating.
- a reflective surface of a reflector made of thermosetting plastic to be applied after the injection molding usually a thickness of several micrometers.
- the microstructure be designed such that a width and / or height of the deflection of the light striking the impact area and deflected by the microstructure corresponds to the total width and / or height of the resulting light distribution.
- the entire width and / or height of the light distribution is used to expand the light striking the microstructure, so that, on the one hand, the incident laser light is fanned out to such an extent that the hazard potential is significantly reduced, and on the other hand, the whole in the case of a failure Light striking the microstructure contributes to the light distribution.
- the microstructure in another embodiment, it would even be possible for the microstructure to be designed in such a way that a small part of the light striking the impact area and deflected by the microstructure extends beyond the width and / or the height of the resulting light distribution. In this case too, the deflected light lies predominantly within the resulting light distribution.
- the deflected light lying outside the light distribution can be used, for example, to implement a gentle runout of the light distribution towards the edges.
- the light that has been redirected by the microstructure into an area beyond the width and / or the height of the resulting light distribution is not simply lost unused, but can be used to soften the outflow of the light distribution to the outside, to illuminate an overhead area of a low-beam light distribution or for side illumination of peripheral areas (e.g. immediately in front of the vehicle or to the side of the road).
- the microstructure prefferably be designed in such a way that a width and / or height of the deflection of the light striking the impingement region and deflected by the microstructure is smaller than the width and / or the height of the resulting one Light distribution, in particular the light hitting the impingement area and deflected by the microstructure being deflected below a horizontal Patoscuro limit of a dimmed light distribution.
- the laser light would thus be directed downward onto the roadway, which would result in an additional gain in safety.
- the microstructure be configured in such a way that the deflection angles of the light striking the impingement area and deflected by the microstructure are different in the vertical and horizontal directions. It is particularly preferred if an opening angle of the light striking the impact area and deflected by the microstructure in the vertical direction is ⁇ 5 ° (for high beam) or + 0 ° / -5 ° (for a light distribution with an upper Patoscuro limit, for example low beam or fog light ) and in the horizontal direction is ⁇ 45 °.
- the deflection angles of the incident light caused by the microstructure are not the same over the entire incident area.
- the microstructure is designed in such a way that a vertical and / or horizontal first deflection angle of light striking a first sub-area of the impact area differs from a vertical and / or horizontal second deflection angle of striking a second sub-area of the impact area Light differs.
- the impingement area therefore has at least two subareas in which the microstructure is designed differently, so that the microstructure of these subareas generates different deflection angles of the incident light.
- the impact area has more than two partial areas, each of which generates different deflection angles.
- the microstructure is preferably designed in such a way that a first partial area is arranged in a center of the impact area and at least one second annular partial area surrounds the first partial area.
- the partial areas are therefore concentric around the center of the impact area arranged.
- the shape of the partial areas or the area of incidence results from an intersection of the laser light (usually a cone with an elliptical base area) that strikes the area of incidence when the radiation converter is omitted and the area of the imaging optics, in the case of a reflector the reflection area (usually parabolic).
- the first partial area can be circular, elliptical or rectangular, for example, or have the shape of a conic section.
- the design of the microstructure in the partial areas of the impact area is such that different deflection angles of the incident light result in the partial areas.
- the microstructure is configured in such a way that a first partial area is formed in a center of the impact area and a second partial area on an outer edge of the impact area, and that a vertical and / or horizontal deflection angle is based on the light hitting the impact area changes continuously from the first partial area to the second partial area.
- the vertical and / or horizontal first deflection angles generated by the microstructure in the center of the impact area are larger than the vertical and / or horizontal second deflection angles generated by the microstructure on the outer edge of the impact area, i.e. the light hitting the microstructure in the center of the impingement area is deflected more strongly than the light hitting the microstructure at the edge of the impingement area.
- the microstructure is designed in such a way that the center of the impingement area lies where an intensity profile of the laser light striking the impingement area when the radiation converter is omitted has its maximum. In this way it can be ensured that those beams of a laser light cone which have a particularly high intensity and therefore have a particularly high risk potential are deflected and expanded the most. On the other hand, those rays at the outer edge of the laser light cone that have a lower intensity and therefore have a lower risk potential are deflected and widened less.
- the microstructure have a waveform in a vertical and / or in horizontal direction has at least three, preferably at least five, mountains and a corresponding number of valleys.
- the waveform can in particular have a sinusoidal shape, a triangular shape, a sawtooth shape or any intermediate shape.
- Height differences between neighboring mountains and valleys are advantageously in the range of ⁇ 100 ⁇ m, preferably of ⁇ 50 ⁇ m, very particularly preferably of ⁇ 10 ⁇ m.
- Distances between adjacent mountains or adjacent valleys, that is to say a wavelength of the microstructure, are preferably in the range of ⁇ 10 mm.
- the microstructure comprises a waveform with first waves with peaks and valleys of a first wave structure and second waves with peaks and valleys of a second wave structure, the first and second waves overlapping and the wave structures being oblique or perpendicular to one another.
- the wavelengths of the first and second waves are preferably of the same size.
- the lighting device have active safety monitoring, which is designed to switch off the laser light source in the event of a defect in the radiation converter or to reduce its power.
- active safety monitoring a long period of time (referred to here as dead time), for example in the range of 250 ms, elapses between the occurrence of an accident and the time until the countermeasures initiated after detection of the accident have an effect on protecting other road users. During this period, a risk to other road users cannot be excluded.
- the passive safety system proposed according to the invention is effective immediately after the occurrence of an accident and ensures a reduction in the risk potential without a time delay.
- the passive safety system proposed according to the invention can thus supplement an existing active safety system in such a way that it is active during the dead time Safety system for an initial reduction of the hazard potential. The active safety system can then further reduce the risk potential.
- a lighting device according to the invention for motor vehicles is designated in its entirety with reference number 101.
- the lighting device 101 is designed as a headlight.
- the lighting device 101 comprises a housing 102, which is preferably made of plastic.
- the headlight housing 102 has a light exit opening which is closed by a transparent cover plate 104.
- the cover plate 104 is made of colorless plastic or glass.
- the disk 104 can be designed as a so-called clear disk without optically effective profiles.
- the pane 104 can be provided, at least in some areas, with optically active profiles (for example cylindrical lenses or prisms) which scatter the light passing through, preferably in the horizontal direction.
- two light modules 105, 106 are arranged inside the headlight housing 102.
- the light modules 105, 106 are arranged to be fixed or movable relative to the housing 102.
- a dynamic cornering light function can be implemented by moving the light modules 105, 106 relative to the housing 102 in the horizontal direction.
- headlight range control can be implemented.
- more or less than the two light modules 105, 106 shown can also be provided in the headlight housing 102.
- At least one of the light modules 105, 106 has a laser light source and the passive safety system proposed according to the invention for reducing a hazard potential for people in the vicinity of the headlight 101 due to unconverted laser light.
- a control unit 107 is arranged in a control unit housing 108 on the outside of the headlight housing 102.
- the control device 107 can also be arranged at any other point on the lighting device 101.
- a separate control device can be provided for each of the light modules 105, 106, wherein the control devices can be an integral part of the light modules 105, 106.
- the control unit 107 can also be arranged remotely from the lighting device 101, for example in the engine compartment of the motor vehicle.
- the control device 107 is used to control and / or regulate the light modules 105, 106 or partial components of the light modules 105, 106, such as light sources of the light modules 105, 106.
- the control of the light modules 105, 106 or the partial components by the control device 107 takes place via connecting lines 110 which in Figure 1 are only represented symbolically by a dashed line.
- the light modules 105, 106 can also be supplied with electrical energy via the lines 110.
- the lines 110 are led from the interior of the lighting device 101 through an opening in the headlight housing 102 into the control unit housing 108 and are connected there to the circuit of the control unit 107. If control units are provided as an integral part of the light modules 105, 106, the lines 110 and the opening in the headlight housing 102 can be omitted.
- the control unit 107 comprises a plug element 109 for connecting a connecting cable to a higher-level control unit (for example in the form of a so-called body controller unit) and / or an energy source (for example in the form of the vehicle battery).
- the invention is explained below using the light module 105 with reference to FIG Figures 2 to 4 , 6 to 8 such as 12 and 13 explained in more detail.
- the light module 106 has a laser light source 4 for emitting laser light 7, which comprises, for example, one or more laser diode semiconductor chips.
- the light module 105 has a radiation converter 6 in the beam path of the laser light 7 Contains luminescent layer, in particular with phosphorus.
- the light module 105 has an imaging optics 1, which in the example shown is designed as a reflector, which is in particular made of a thermoplastic.
- the radiation converter 6 is designed to convert and fan out laser light 7 emitted by the laser light source 4 into a broadband, in particular white, secondary light 8 compared to the laser light 7.
- the imaging optics 1 are designed to deflect the secondary light 8 into a radiation direction 10 of the illumination device 101 in order to generate a resulting light distribution 11.
- a microstructure 12 of a defined configuration is arranged in a locally limited impingement area 2 of the imaging optics 1, which is exposed to the laser light 7 when the radiation converter 6 is omitted.
- the design of the microstructure 12 is such that deflection angles of light 7, 8 striking the impingement area 2 are selected such that the light 13 deflected by the microstructure 12 contributes to the generation of the resulting light distribution 11.
- practically all of the secondary light 8 is available for generating the light distribution 11, so that the light module 105 or the lighting device 101 is particularly efficient.
- the microstructure 12 provides for sufficient expansion and fanning out of incident unconverted laser light 7 from a laser beam 14, so that a hazard potential for people in the vicinity is significantly reduced.
- An optically active element 5 can be arranged in the beam path between the laser light source 4 and the radiation converter 6, which element is designed as a lens in this example.
- the optically active element 5 could also be designed as a reflector. It directs the laser light 7 onto the radiation converter 6.
- the laser light source 4, the optical element 5 and the radiation converter 6 are parts of a light source module 3.
- the radiation converter 6 preferably has an approximately Lambertian radiation characteristic with which it detects the secondary light 8 emits.
- FIG 3 A malfunction is shown in which the radiation converter 6 is damaged, so that at least a portion of the laser light 7 from the laser light source 4 hits the incidence area 2 of the imaging optics 1 unconverted and in a narrow beam 14, possibly even as a parallel beam.
- a fault can also occur if the radiation converter 6 is completely eliminated, in which case the entire laser light 7 in the narrow beam 14 or the parallel beam strikes the impingement area 2 of the imaging optics 1.
- the microstructure 12 deflects the incident laser light 7 of the beam 14 and fanned it out to such an extent that the hazard potential of unconverted laser light 7 for surrounding people is significantly reduced. After the deflection, the light rays 15 are still within the light distribution 11. This has the advantage that in the case of a fault-free operation (cf. Figure 2 ) almost all of the secondary light 8, in particular also the light 13 falling on the impingement area 2 and deflected by the microstructure 12, is available for generating the light distribution 11.
- the entire width and / or height of the light distribution 11 is used to deflect the light 8 or 7 falling on the impingement area 2.
- a small part of the light 13 or 15 deflected by the microstructure 12 would then be shaped in such a way that the rays of the deflected light 13 or 15 in the vertical and / or horizontal direction have an opening angle which is greater than the opening angle ⁇ V or ⁇ H of the light distribution 11 (cf. Figure 4 ) goes out. This can further reduce the risk potential.
- the light 13 deflected in the fault-free case is also predominantly within the resulting light distribution 11.
- the light 13 deflected beyond the light distribution 11 can, for example, soften the outflow of the light distribution 11 to the outside, to illuminate an overhead area above one horizontal light-dark boundary of a dimmed light distribution 11 or for improved side illumination of areas laterally next to the road illuminated by the light distribution 11.
- a width and / or height of the deflection of the light 13 striking the impingement area 2 and deflected by the microstructure 12 is smaller than the width and / or the height of the resulting light distribution 11. that the light 13 striking the impingement area 2 and deflected by the microstructure 12 is deflected below the horizon or below a horizontal Patoscuro limit of a dimmed light distribution 11 (for example low beam or fog light).
- a dimmed light distribution 11 for example low beam or fog light
- the light module 105 shown is designed as a reflection module, the reflector 1 preferably having a paraboloid-like shape.
- the design and function of the microstructure 12 is explained in more detail below for a vertical section. However, the statements apply in a corresponding manner to a horizontal section. If in the trouble-free case (cf. Figure 2 ) the entire reflection surface of the reflector 1 is illuminated with the secondary light 8, the reflector 1 generates the full light distribution or a full light distribution cone 11.
- the light distribution cone 11 has a vertical opening angle ⁇ V in the far field (cf. Figure 4 ).
- the opening angle ⁇ can be different in the horizontal and vertical directions. For example, for a low beam, the opening angle is horizontally up to ⁇ 45 ° and vertically up to ⁇ 5 °.
- section 1 T corresponding to the area of incidence 2, on the conventional reflection surface (cf. Figure 5 ) modulates the microstructure 12 (cf. Figure 6 ), which is designed so that the incident light 8; 7 is already widened by the section 1 T not only into the section ⁇ VT of the opening angle ⁇ V , but preferably up to the full opening angle ⁇ V of the light distribution 11.
- the light 8 incident on the section 1 T ; 7 is thus deflected more strongly from the section 1 T and the light 13 or 15 already leaves the section 1 T or the impact area 2 with the full light distribution cone 11.
- the microstructure 12 preferably has a waveform (cf. Figure 6 ).
- the wavelength ⁇ of the modulated microstructure 12, ie a distance from successive mountains 12.1 or valleys 12.2 of the structure 12, is preferably in the single-digit millimeter range.
- the wavelength ⁇ of the microstructure 12 is also dependent on the focal length of the reflector 1. With a smaller focal length, the wavelength ⁇ should also be chosen correspondingly smaller.
- Height differences h between neighboring mountains 12.1 and valleys 12.2 are preferably in the range of ⁇ 100 ⁇ m, preferably of ⁇ 50 ⁇ m, very particularly preferably of ⁇ 10 ⁇ m.
- the impingement area 2 preferably has at least three, in particular more than five waves (each wave with a mountain 12.1 and a valley 12.2).
- the waveform of the microstructure 12 can in particular be a sine shape, a triangle shape, a sawtooth shape or any intermediate shape.
- the flanks of the waveform can be inclined almost at will.
- the rising and falling flanks of a shaft can also have different slopes.
- a pitch angle ⁇ of the flanks of a shaft with respect to that original course of the reflection surface without microstructure 12 (cf. Figure 5 ) is preferably ⁇ 1 °, in particular approximately 0.25 ° (cf. Figure 6 ).
- the microstructure 12 can be worked into an injection molding tool for producing the reflector 1 without problems, preferably by milling.
- the microstructure 12 has the advantage that the deflection of the incident light 8 is designed in a defined manner.
- a reflector 1 can also be provided with such a microstructure 12, which is provided to produce a partial high beam distribution as the resulting light distribution 11.
- a conventional scattering structure for example in the form of a matting, could produce uncontrolled scattered light in the case of a fault, which would lead to glare for other road users in the dark area of the partial high beam distribution.
- the secondary light 8 can be redistributed in a defined manner in the light distribution 11.
- the microstructure 12 can also consist of a large number of discrete scattering elements 27 arranged next to and / or one above the other (cf. Figure 9 ), which, however, do not cause uncontrolled scattering of the incident light 8, but rather a targeted deflection of the light 8 onto certain areas of the light distribution 11.
- Figure 9 an example of such a scattering element 27 is shown in the form of a cushion optic. It can be clearly seen that the scattering element 27 is neither symmetrical in a vertical section nor in a horizontal section. Approximately, the diffusing element 27 has a plateau 17 in the middle, with inclined side walls 18 producing a continuous (steady) transition between the remaining reflection surface 19 and the plateau 17.
- the microstructure 12 can have a waveform (cf. Figure 10 ) with first waves 20 with mountains and valleys of a first wave structure 21 and second waves 22 with mountains and valleys of a second wave structure 23.
- the first and second shafts 20, 22 overlap and the shaft structures 21, 23 run perpendicular to one another.
- the wave structures 21, 23 of the two shafts 20, 22 could also run obliquely to one another. It can be clearly seen that both waves 20, 22, but in particular the second Wave 22, have an asymmetrical course.
- FIG Figure 11 Another example of a microstructure 12 with first and second waves, the wave structures 21, 23 of which are perpendicular to one another, is shown in FIG Figure 11 shown.
- the lighting device 101 is already equipped with an active safety system for reducing the risk potential from unconverted laser light 7, which reduces the power of the laser light source 4 in the event of a fault, in particular completely switches off the laser light source 4.
- an active safety system for reducing the risk potential from unconverted laser light 7, which reduces the power of the laser light source 4 in the event of a fault, in particular completely switches off the laser light source 4.
- such a security system only has a finite response time, which can be in the range of approximately 250 ms.
- dead time in which the active safety system has not yet been able to reduce the laser light source 4 to reduce the hazard potential, there is already a hazard potential due to unconverted laser light 15 at a certain distance in front of the vehicle.
- the human eye also only activates a protective mechanism (for example, by closing the eyes) after a response time of around 250 ms.
- the human eye cannot react quickly enough to hazards caused by unconverted laser light 15 within the first 250 ms after the occurrence of an accident. Therefore, immediately after an accident occurs, it is particularly important to reduce the hazard potential as quickly as possible.
- the passive safety system proposed according to the invention can make an important contribution, since it is fully operational immediately after the accident occurs and has no dead time.
- the microstructure 12 already reduces the hazard potential to a sufficiently safe level during the dead time of the active safety system and the reaction time of the human eye.
- the microstructure 12 is preferably designed in such a way that it reduces the hazard potential that arises in the period between the occurrence of a fault and the active power reduction of the laser light source 4 to a sufficiently safe level. If, for example, the active safety system reduces the risk distance from 200% to 150%, the microstructure 12 only has to reduce the risk from 150% to 100%. Thus, the deflection or expansion of the light rays on the Striking area 2 striking light 8; 7 are smaller, the flanks of the microstructure 12 can be designed to be less steep. This has advantages for the manufacturability and the service life of the injection molding tool from which the reflector 1 is produced, since the structure corresponding to the microstructure 12 in the tool wears less and the milling radii are simpler.
- a safety distance which a person should keep from the headlight 101 in the event of a malfunction, in order to avoid endangering the person or their eyes from unconverted laser light 15, is theoretically around 30 m, for example, without any safety system.
- due to optical effects in the headlight 101 for example caused by reflection, deflection, absorption at diaphragms or other optical elements in the headlight
- the safety distance can be reduced to, for example, 10 m (for example, within the dead time of the active system).
- the microstructure 12 the safety distance can be reduced again to, for example, 5 m.
- the normalized intensity values of the laser light cone 14 are plotted on the left y-axis and the values for the deflection angle of the microstructure 12 are plotted on the right y-axis. It can be clearly seen that the laser light cone 14 has the highest intensity (normalized to 1) in a central region at 0 ° and consequently the microstructure 12 also has the largest deflection angle of approximately +/- 1 ° in this region. In contrast, the intensities at the edge of the laser light cone 14 are relatively low (towards zero), which is why smaller deflection angles of approximately +/- 0.2 ° are also realized there.
- the necessary strong deflection angles can be realized in the central region of the laser light cone 14 in the event of a fault are, and these are weakened towards the edge, in order to further reduce the effects of the microstructure 12 on the light distribution 11 in the fault-free case.
- the deflection angles (curve 25) are only shown positively for simplification. Differences between the embodiments of the Figures 7 and 8 exist in particular in the course of an envelope 26 of the deflection angle curves 25, ie how the deflection angles change over the entire area of the impact area.
- the envelope 26 in Figure 7 consists essentially of two straight lines that intersect in the center (at 0 °) and also have their maximum of approximately +/- 1.0 ° there.
- the envelope 26 in Figure 8 has the shape of a curved curve with a maximum of about 0.2 ° in the center (at 0 °) and runs outward asymptotically towards a deflection of 0 °, whereby the deflection angles unite from an opening angle of approximately +/- 7 ° Have a value of about 0 °.
- the invention - as described above and in the Figures 2 and 3rd shown - is based primarily on an optical system (so-called. reflection system), consisting of light source module 3 and reflector 1 for generating the light distribution 11.
- reflection system optical system
- the principle can also be extended to combined reflection-projection systems, as described, for example, in the Figures 12 and 13 are shown.
- Such a system has a projection lens 28 which projects an image from an intermediate plane 29 onto the road in front of the vehicle.
- an expansion of the light cone 13 (in the case of a failure) or the beam cone 15 (in the event of a failure) in the intermediate image plane 29 is generated analogously by the microstructure 12. This expansion preferably takes place within the light distribution 11.
- the widening of the light cone 13 or the beam cone 15 can be increased up to the maximum diameter of the lens 28 without loss of power occurring in the case of a failure.
- the light cone 13 generated by the microstructure 12 is then optimally so large that the projection lens 28 is completely illuminated, but not beyond the edge of the lens 28.
- the application can be used on projection systems with an aperture (preferably in or near the intermediate image plane 29) as well as for bi-function systems or high-beam modules be applied.
- the microstructure 12 can be designed in such a way that for greater security in the low beam case, a large part of the radiation 14 is directed onto the diaphragm and then only leaves the light module 105 in the high beam case.
- the light output of the low beam in the case of a fault can be better maintained if the microstructure 12 preferably deflects the incident light 8 into the low beam area of the light distribution 11. It is also advantageous in a reflection projection module if the area of the microstructure 12 is as large as possible in order to generate the largest possible spread of the light cone 13 or the beam cone 15 in the light distribution 11 and to still shine through the lens 28. Ideally here would be the light source module 3, as in Figure 13 shown, slightly tilted. Then, in the event of a fault, the beam cone 14 has already opened further before it hits the reflector 1 or the deflection area 2 with the microstructure 12.
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (101) für ein Kraftfahrzeug. Diese umfasst eine Laserlichtquelle (4) zum Aussenden von Laserlicht (7), einen Strahlungskonverter (6), der eine Lumineszenzschicht, insbesondere mit Phosphor, enthält, und eine Abbildungsoptik (1). Der Strahlungskonverter (6) ist ausgebildet, von der Laserlichtquelle (4) ausgesandtes Laserlicht (7) in im Vergleich zu dem Laserlicht (7) breitbandigeres, insbesondere weißes Sekundärlicht (8), umzuwandeln und aufzufächern. Die Abbildungsoptik (1) ist ausgebildet, das Sekundärlicht (8) in eine Abstrahlrichtung (10) der Beleuchtungseinrichtung (101) zur Erzeugung einer resultierenden Lichtverteilung (11) umzulenken. Um mittels eines passiven Sicherheitssystems ein Gefährdungspotenzial durch unkonvertiertes Laserlicht (7) möglichst ohne Leistungsverluste im fehlerfreien Fall zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass in einem lokal begrenzten Auftreffbereich (2) der Abbildungsoptik (1), der bei Wegfall des Strahlungskonverters (6) dem Laserlicht (7) ausgesetzt ist, eine Mikrostruktur (12) definierter Ausgestaltung angeordnet ist, wobei die Ausgestaltung der Mikrostruktur (12) derart ist, dass Ablenkwinkel von auf den Auftreffbereich (2) treffendem Licht (8, 7) so gewählt sind, dass das von der Mikrostruktur (12) abgelenkte Licht (13, 15) zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung (11) beiträgt.The invention relates to a lighting device (101) for a motor vehicle. This comprises a laser light source (4) for emitting laser light (7), a radiation converter (6), which contains a luminescent layer, in particular with phosphorus, and imaging optics (1). The radiation converter (6) is designed to convert and fan out laser light (7) emitted by the laser light source (4) into broadband, in particular white, secondary light (8) compared to the laser light (7). The imaging optics (1) are designed to deflect the secondary light (8) into a radiation direction (10) of the lighting device (101) in order to produce a resulting light distribution (11). In order to use a passive safety system to reduce the potential risk from unconverted laser light (7) as far as possible without loss of power in the fault-free case, it is proposed that in a locally limited impact area (2) of the imaging optics (1), the laser light if the radiation converter (6) is no longer present (7), a microstructure (12) of a defined design is arranged, the design of the microstructure (12) being such that deflection angles of light (8, 7) hitting the impingement area (2) are selected such that the the microstructure (12) deflected light (13, 15) contributes to the generation of the resulting light distribution (11).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Laserlichtquelle zum Aussenden von Laserlicht, einen Strahlungskonverter, der eine Lumineszenzschicht, insbesondere mit Phosphor, enthält, und eine Abbildungsoptik. Der Strahlungskonverter ist ausgebildet, von der Laserlichtquelle ausgesandtes Laserlicht in im Vergleich zu dem Laserlicht breitbandigeres, insbesondere weißes Sekundärlicht, umzuwandeln und aufzufächern. Die Abbildungsoptik ist ausgebildet, das Sekundärlicht in eine Abstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer resultierenden Lichtverteilung umzulenken. Die Beleuchtungseinrichtung findet insbesondere als Scheinwerfer in einem Kraftfahrzeug Verwendung.The present invention relates to a lighting device for a motor vehicle. The illumination device comprises a laser light source for emitting laser light, a radiation converter, which contains a luminescent layer, in particular with phosphor, and an imaging optics. The radiation converter is designed to convert and fan out laser light emitted by the laser light source into broadband, in particular white, secondary light compared to the laser light. The imaging optics are designed to deflect the secondary light in a radiation direction of the illumination device in order to generate a resulting light distribution. The lighting device is used in particular as a headlight in a motor vehicle.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer derartigen Beleuchtungseinrichtung. Vorzugsweise umfasst das Kraftfahrzeug im vorderen Bereich auf jeder Anbauseite eine derartige Beleuchtungseinrichtung.The invention further relates to a motor vehicle with at least one such lighting device. The motor vehicle preferably includes such a lighting device in the front area on each mounting side.
Laserlichtquellen, insbesondere Halbleiterlaser, bieten eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften, wie z.B. eine vergleichsweise kleine lichtaussendende Fläche, hohe Strahlungsintensitäten, sowie die Ausstrahlung von weitgehend kollimierten, schmalbandigen Lichtbündeln. Optische Systeme für Laserlicht können daher mit kleineren Brennweiten aufgebaut werden, als optische Systeme für weniger stark kollimierte Lichtbündel von zum Beispiel Glühlampen oder Leuchtdioden (LEDs). Die optischen Systeme für Laserlicht lassen sich daher mit geringem Bauraum realisieren.Laser light sources, especially semiconductor lasers, offer a number of advantageous properties, such as e.g. a comparatively small light-emitting surface, high radiation intensities, and the emission of largely collimated, narrow-band light beams. Optical systems for laser light can therefore be set up with smaller focal lengths than optical systems for less collimated light beams from, for example, incandescent lamps or light-emitting diodes (LEDs). The optical systems for laser light can therefore be implemented with a small installation space.
Probleme bei der Nutzung von Laserlichtquellen für Beleuchtungseinrichtungen von Kraftfahrzeugen ergeben sich insbesondere daraus, dass Laser im Wesentlichen kohärentes, monochromatisches Licht oder schmalbandiges Licht in einem engen Wellenlängenbereich ausstrahlen. Bei den typischen hohen Strahlungsintensitäten von Laserlichtquellen ist solches Licht potenziell gefährlich, insbesondere für das menschliche Auge. Dies gilt insbesondere bei Strahlungsleistungen von einigen Watt, wie sie im Bereich der Kraftfahrzeugbeleuchtung erwünscht sind. Im Straßenverkehr muss eine Blendung der Verkehrsteilnehmer aus Sicherheitsgründen vermieden werden.Problems with the use of laser light sources for lighting devices of motor vehicles arise in particular from the fact that lasers emit essentially coherent, monochromatic light or narrow-band light in a narrow wavelength range. Given the typical high radiation intensities of laser light sources, such light is potentially dangerous, especially for the human eye. This applies in particular to radiation powers of a few watts, as are desired in the field of motor vehicle lighting. For safety reasons, road users must not be dazzled in road traffic.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass für das abgestrahlte Licht eines Kraftfahrzeugscheinwerfers meist weißes Mischlicht erwünscht oder gesetzlich vorgeschrieben ist. Es sind daher Maßnahmen zur Umwandlung in geeignetes Licht zu treffen.Another problem is that white mixed light is usually desired or required by law for the emitted light from a motor vehicle headlight. Measures must therefore be taken to convert it into suitable light.
Zur Umwandlung von monochromatischem Licht in polychromatisches oder weißes Licht ist im Bereich der weißen Leuchtdioden (LEDs) oder Lumineszenzkonversions-LEDs die Verwendung von Strahlungskonvertern bekannt. Diese weisen meist eine Lumineszenzschicht auf, die insbesondere Phosphor umfasst. Bei der Lumineszenz führt ein physikalisches System eine von außen zugeführte Energie ganz oder teilweise nicht seiner thermischen Energie zu, sondern wird von der absorbierten Energie in einen angeregten Zustand versetzt und emittiert Licht. Wenn zwischen der Absorption der Energie und der Emission kein Aktivierungsprozess stattfindet, dann spricht man von Fluoreszenz; wenn ein angeregter Zwischenzustand die Energie für eine gewisse Zeit "einfrieren" kann, dann von Phosphoreszenz.For converting monochromatic light into polychromatic or white light, the use of radiation converters is known in the area of white light-emitting diodes (LEDs) or luminescence conversion LEDs. These usually have a luminescent layer, which in particular comprises phosphorus. In the case of luminescence, a physical system does not entirely or partially supply energy supplied from outside to its thermal energy, but is put into an excited state by the absorbed energy and emits light. If there is no activation process between energy absorption and emission, then one speaks of fluorescence; if an excited intermediate state can "freeze" the energy for a period of time, it is phosphorescence.
Das Licht einer üblicherweise farbiges (z.B. blaues oder UV-) Licht ausstrahlenden LED regt das Material der Lumineszenzschicht zur Lumineszenz an, wodurch der Strahlungskonverter selbst Licht einer anderen Wellenlänge (z.B. gelb) abgibt. Auf diese Weise kann zumindest ein Teil des eingestrahlten Lichts eines Wellenlängenbereichs in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs konvertiert werden. In der Regel wird ein weiterer Anteil des eingestrahlten Lichts durch die Lumineszenzschicht ohne Konversion gestreut. Das unkonvertierte gestreute Licht und das durch Lumineszenz konvertierte abgestrahlte Licht können sich dann additiv überlagern und führen z.B. zu weißem Mischlicht.The light of a usually colored (e.g. blue or UV) light emitting LED stimulates the material of the luminescent layer to luminesce, whereby the radiation converter itself emits light of a different wavelength (e.g. yellow). In this way, at least part of the incident light of one wavelength range can be converted into light of another wavelength range. As a rule, a further portion of the incident light is scattered through the luminescent layer without conversion. The unconverted scattered light and the emitted light converted by luminescence can then additively overlap and lead e.g. to white mixed light.
Bei Verwendung des erläuterten Prinzips der Lumineszenz-Konversion für Kraftfahrzeugscheinwerfer mit Laserlichtquelle kommt dem Strahlungskonverter eine sicherheitsrelevante Bedeutung zu. Wird der Strahlungskonverter zerstört oder z.B. durch mechanische Einflüsse, Vibrationen oder einen Unfall aus dem Strahlengang der Laserlichtquelle entfernt, so kann potenziell gefährliches Laserlicht ohne Konversion in das gewünschte Mischlicht aus dem Scheinwerfer austreten. Bei solchen Störfällen müssen daher Maßnahmen ergriffen werden, um eine Gefährdung der Verkehrsteilnehmer durch Laserlicht zu vermeiden. Hierzu sind aus dem Stand der Technik verschiedene aktive und passive Sicherheitssysteme bekannt.When using the explained principle of luminescence conversion for motor vehicle headlights with a laser light source, the radiation converter is important in terms of safety. If the radiation converter is destroyed or e.g. removed from the beam path of the laser light source due to mechanical influences, vibrations or an accident, potentially dangerous laser light can escape from the headlight without conversion into the desired mixed light. In such accidents, measures must therefore be taken to avoid endangering road users from laser light. For this purpose, various active and passive safety systems are known from the prior art.
Bei aktiven Sicherheitssystemen wird während des Betriebs des Laser-Scheinwerfers mittels eines Strahlungsdetektors kontinuierlich überwacht, ob die Intensität des Laserlichts im Strahlengang nach dem Strahlungskonverter innerhalb zulässiger (unschädlicher) Grenzwerte liegt. Falls dem nicht so ist, werden entsprechende Gegenmaßnahmen zum Schutz anderer Verkehrsteilnehmer eingeleitet, bspw. wird die Leistung der Laserlichtquelle reduziert. Ein solches aktives System ist bspw. aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die Betriebssicherheit einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit Laserlichtquelle zu erhöhen. Insbesondere soll ein passives Sicherheitssystem zur Reduzierung des Gefährdungspotenzials durch unkonvertiertes Laserlicht im Störfall vorgeschlagen werden, bei dem der Leistungsverlust im störungsfreien Fall möglichst gering ist.The object of the present invention is therefore to increase the operational safety of a lighting device of a motor vehicle with a laser light source. In particular, a passive safety system for reducing the potential risk from unconverted laser light in the event of a fault is to be proposed, in which the loss of power in the fault-free case is as small as possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird ausgehend von der Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art insbesondere vorgeschlagen, dass in einem lokal begrenzten Auftreffbereich der Abbildungsoptik, der bei Wegfall des Strahlungskonverters dem Laserlicht ausgesetzt ist, eine Mikrostruktur definierter Ausgestaltung angeordnet ist, wobei die Mikrostruktur derart ausgestaltet ist, dass Ablenkwinkel von auf den Auftreffbereich treffendem Licht so gewählt sind, dass das von der Mikrostruktur abgelenkte Licht zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung beiträgt.This object is achieved by a lighting device with the features of
Die Laserlichtquelle weist vorzugsweise einen oder mehrere Laserdioden-Halbleiterchips auf. Im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle und dem Strahlungskonverter kann ein optisch wirksames Element, insbesondere eine Linse oder ein Reflektor, angeordnet sein, um das von der Laserlichtquelle abgestrahlte Laserlicht möglichst vollständig auf den Strahlungskonverter zu bündeln. Der Strahlungskonverter ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er eine annähernd lambert'sche Abstrahlcharakteristik des Sekundärlichts aufweist.The laser light source preferably has one or more laser diode semiconductor chips. An optically active element, in particular a lens or a reflector, can be arranged in the beam path between the laser light source and the radiation converter in order to bundle the laser light emitted by the laser light source as completely as possible onto the radiation converter. The radiation converter is preferably designed such that it has an approximately Lambertian radiation characteristic of the secondary light.
Anders als im Stand der Technik, wo in dem Auftreffbereich lediglich eine Streustruktur vorgesehen ist, die zu einer unkontrollierten Streuung des auftreffenden Lichts nach allen Seiten führt, so dass ein Großteil des gestreuten Lichts nicht zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung zur Verfügung steht, ist bei der Erfindung eine Mikrostruktur definierter Ausgestaltung in dem Auftreffbereich angeordnet. Die Mikrostruktur ist derart ausgestaltet, dass das abgelenkte Licht zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung beiträgt. Vorzugsweise trägt das gesamte von der Mikrostruktur abgelenkte Licht zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung bei, mindestens jedoch die Hälfte des abgelenkten Lichts. Das abgelenkte Licht liegt also zum überwiegenden Teil innerhalb der resultierenden Lichtverteilung. Das auf den Auftreffbereich fallende Licht wird zwar aufgeweitet, so dass im Störfall das Gefährdungspotenzial deutlich reduziert ist, aber nur so weit, dass das abgelenkte Licht noch zur Erzeugung der Lichtverteilung beiträgt. Das auftreffende Licht wird durch die definierte Mikrostruktur also gezielt umgelenkt. So lässt sich, bei minimaler Beeinträchtigung der Lichtverteilung und ohne Lichtverlust im störungsfreien Fall, im Störfall das Gefährdungspotenzial deutlich reduzieren.Unlike in the prior art, where only a scattering structure is provided in the impact area, which leads to an uncontrolled scattering of the incident light on all sides, so that a large part of the scattered light is not available for producing the resulting light distribution, is in the Invention arranged a microstructure of a defined configuration in the impact area. The microstructure is designed in such a way that the deflected light contributes to the generation of the resulting light distribution. All of the light deflected by the microstructure preferably contributes to the generation of the resulting light distribution, but at least half of the deflected light. For the most part, the deflected light lies within the resulting light distribution. The light falling on the impact area is expanded so that the hazard potential is significantly reduced in the event of a fault, but only to the extent that the deflected light still contributes to the generation of the light distribution. The light that is incident is thus redirected in a targeted manner by the defined microstructure. In this way, the hazard potential can be significantly reduced in the event of a malfunction with minimal impairment of the light distribution and without loss of light in the event of a fault.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Abbildungsoptik als ein Reflektor, der vorzugsweise aus einem Thermoplast gefertigt ist, und der Auftreffbereich als ein Teil einer Reflexionsfläche des Reflektors ausgebildet ist. Die definierte Mikrostruktur ist vorzugsweise in ein Spritzgusswerkzeug für den Reflektor eingebracht, bspw. mittels Fräsen, und wird somit gleichzeitig mit der Herstellung des Reflektors als integraler Bestandteil der Reflexionsfläche im Auftreffbereich ausgebildet. Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Mikrostruktur nach der Herstellung des Reflektors in dem Auftreffbereich der Reflexionsfläche ausgebildet wird, bspw. durch Bearbeitung mit einem Prägewerkzeug oder mit einem Laserstrahl. Eine Fertigung des Reflektors aus Thermoplast hat gegenüber einem Reflektor aus Duroplast den Vorteil, dass eine nach dem Spritzgießen auf die Reflexionsfläche aufzubringende Metallisierungsschicht sehr dünn (z.B. < 1,0 µm, insbesondere etwa 0,2 µm) ist und die Abmessungen der zuvor ausgebildeten Mikrostruktur auch nach der Beschichtung noch weitgehend erhalten bleiben. Im Gegensatz dazu hat eine auf eine Reflexionsfläche eines Reflektors aus Duroplast nach dem Spritzgießen aufzubringende transparente Schutzschicht üblicherweise eine Dicke von mehreren Mikrometern.According to an advantageous development of the invention, it is proposed that the imaging optics be designed as a reflector, which is preferably made of a thermoplastic, and the impact area is designed as part of a reflection surface of the reflector. The defined microstructure is preferably introduced into an injection molding tool for the reflector, for example by means of milling, and is thus formed at the same time as the reflector is produced as an integral part of the reflection surface in the area of impact. Alternatively, it would also be conceivable for the microstructure to be formed in the impact area of the reflection surface after the manufacture of the reflector, for example by machining with an embossing tool or with a laser beam. Manufacturing the reflector from thermoplastic has the advantage over a reflector made from thermosetting plastic that a metallization layer to be applied to the reflection surface after injection molding is very thin (for example <1.0 μm, in particular about 0.2 μm) and the dimensions of the previously formed microstructure largely retained even after coating. In contrast, one has on a reflective surface of a reflector made of thermosetting plastic to be applied after the injection molding, usually a thickness of several micrometers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Mikrostruktur derart ausgestaltet ist, dass eine Breite und/oder Höhe der Ablenkung des auf den Auftreffbereich treffenden und von der Mikrostruktur abgelenkten Lichts der gesamten Breite und/oder Höhe der resultierenden Lichtverteilung entspricht. Gemäß dieser Ausführungsform wird die gesamte Breite und/oder Höhe der Lichtverteilung zum Aufweiten des auf die Mikrostruktur treffenden Lichts genutzt, so dass einerseits im Störfall das auftreffende Laserlicht so weit aufgefächert wird, dass das Gefährdungspotenzial deutlich reduziert ist, und andererseits im störungsfreien Fall das gesamte auf die Mikrostruktur treffende Licht einen Beitrag zu der Lichtverteilung leistet.According to a preferred embodiment of the invention, it is proposed that the microstructure be designed such that a width and / or height of the deflection of the light striking the impact area and deflected by the microstructure corresponds to the total width and / or height of the resulting light distribution. According to this embodiment, the entire width and / or height of the light distribution is used to expand the light striking the microstructure, so that, on the one hand, the incident laser light is fanned out to such an extent that the hazard potential is significantly reduced, and on the other hand, the whole in the case of a failure Light striking the microstructure contributes to the light distribution.
In einer anderen Ausgestaltung wäre es sogar möglich, dass die Mikrostruktur derart ausgestaltet ist, dass ein kleiner Teil des auf den Auftreffbereich treffenden und von der Mikrostruktur abgelenkten Lichts über die Breite und/oder die Höhe der resultierenden Lichtverteilung hinausgeht. Das abgelenkte Licht liegt auch in diesem Fall zum überwiegenden Teil innerhalb der resultierenden Lichtverteilung. Das abgelenkte, außerhalb der Lichtverteilung liegende Licht kann bspw. zur Realisierung eines sanften Auslaufs der Lichtverteilung zu den Rändern hin genutzt werden. Dabei geht das Licht, das von der Mikrostruktur in einen Bereich jenseits der Breite und/oder der Höhe der resultierenden Lichtverteilung umgelenkt wurde, nicht einfach ungenutzt verloren, sondern kann zum Weichzeichnen des Auslaufs der Lichtverteilung nach außen hin, zur Ausleuchtung eines Overheadbereichs einer Abblendlichtverteilung oder zur Seitenausleuchtung von Randbereichen (z.B. unmittelbar vor dem Fahrzeug oder seitlich neben der Fahrbahn) genutzt werden.In another embodiment, it would even be possible for the microstructure to be designed in such a way that a small part of the light striking the impact area and deflected by the microstructure extends beyond the width and / or the height of the resulting light distribution. In this case too, the deflected light lies predominantly within the resulting light distribution. The deflected light lying outside the light distribution can be used, for example, to implement a gentle runout of the light distribution towards the edges. The light that has been redirected by the microstructure into an area beyond the width and / or the height of the resulting light distribution is not simply lost unused, but can be used to soften the outflow of the light distribution to the outside, to illuminate an overhead area of a low-beam light distribution or for side illumination of peripheral areas (e.g. immediately in front of the vehicle or to the side of the road).
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wäre es auch möglich, dass die Mikrostruktur derart ausgestaltet ist, dass eine Breite und/oder Höhe der Ablenkung des auf den Auftreffbereich treffenden und von der Mikrostruktur abgelenkten Lichts kleiner ist als die Breite und/oder die Höhe der resultierenden Lichtverteilung, wobei insbesondere das auf den Auftreffbereich treffende und von der Mikrostruktur abgelenkten Licht unter eine horizontale Helldunkelgrenze einer abgeblendeten Lichtverteilung abgelenkt wird. In einem Störfall würde das Laserlicht somit nach unten auf die Fahrbahn gelenkt werden, wodurch sich ein zusätzlicher Sicherheitsgewinn ergibt.According to an alternative embodiment of the invention, it would also be possible for the microstructure to be designed in such a way that a width and / or height of the deflection of the light striking the impingement region and deflected by the microstructure is smaller than the width and / or the height of the resulting one Light distribution, in particular the light hitting the impingement area and deflected by the microstructure being deflected below a horizontal chiaroscuro limit of a dimmed light distribution. In the event of an accident, the laser light would thus be directed downward onto the roadway, which would result in an additional gain in safety.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Mikrostruktur derart ausgestaltet ist, dass Ablenkwinkel des auf den Auftreffbereich treffenden und von der Mikrostruktur abgelenkten Lichts in vertikaler und horizontaler Richtung unterschiedlich sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn ein Öffnungswinkel des auf den Auftreffbereich treffenden und von der Mikrostruktur abgelenkten Lichts in vertikaler Richtung ±5° (bei Fernlicht) oder +0°/ -5° (bei einer Lichtverteilung mit oberer Helldunkelgrenze, bspw. Abblendlicht oder Nebellicht) und in horizontaler Richtung ±45° beträgt.According to another advantageous development of the present invention, it is proposed that the microstructure be configured in such a way that the deflection angles of the light striking the impingement area and deflected by the microstructure are different in the vertical and horizontal directions. It is particularly preferred if an opening angle of the light striking the impact area and deflected by the microstructure in the vertical direction is ± 5 ° (for high beam) or + 0 ° / -5 ° (for a light distribution with an upper chiaroscuro limit, for example low beam or fog light ) and in the horizontal direction is ± 45 °.
Vorteilhafterweise sind die von der Mikrostruktur hervorgerufenen Ablenkwinkel des auftreffenden Lichts nicht über den gesamten Auftreffbereich gleich groß. Dadurch kann eine Beeinträchtigung der Lichtverteilung im störungsfreien Fall minimiert werden. In diesem Zusammenhang wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Mikrostruktur derart ausgestaltet ist, dass sich ein vertikaler und/oder horizontaler erster Ablenkwinkel von auf einen ersten Teilbereich des Auftreffbereichs treffendem Licht von einem vertikalen und/oder horizontalen zweiten Ablenkwinkel von auf einen zweiten Teilbereich des Auftreffbereichs treffendem Licht unterscheidet. Gemäß dieser Ausführungsform weist der Auftreffbereich also mindestens zwei Teilbereiche auf, in denen die Mikrostruktur unterschiedlich ausgestaltet ist, so dass die Mikrostruktur dieser Teilbereiche unterschiedliche Ablenkwinkel des auftreffenden Lichts erzeugt. Selbstverständlich ist es denkbar, dass der Auftreffbereich mehr als zwei Teilbereiche aufweist, die jeweils unterschiedliche Ablenkwinkel erzeugen.Advantageously, the deflection angles of the incident light caused by the microstructure are not the same over the entire incident area. In this way, an impairment of the light distribution in the case of a failure can be minimized. In this context, it is proposed in particular that the microstructure is designed in such a way that a vertical and / or horizontal first deflection angle of light striking a first sub-area of the impact area differs from a vertical and / or horizontal second deflection angle of striking a second sub-area of the impact area Light differs. According to this embodiment, the impingement area therefore has at least two subareas in which the microstructure is designed differently, so that the microstructure of these subareas generates different deflection angles of the incident light. Of course, it is conceivable that the impact area has more than two partial areas, each of which generates different deflection angles.
Vorzugsweise ist die Mikrostruktur derart ausgestaltet, dass ein erster Teilbereich in einem Zentrum des Auftreffbereichs angeordnet ist und mindestens ein zweiter ringförmiger Teilbereich den ersten Teilbereich umgibt. In dieser Ausführungsform sind die Teilbereiche also konzentrisch um das Zentrum des Auftreffbereichs herum angeordnet. Die Form der Teilbereiche bzw. des Auftreffbereichs ergibt sich aus einem Schnitt des bei Wegfall des Strahlungskonverters auf den Auftreffbereich treffenden Laserlichts (üblicherweise ein Kegel mit elliptischer Grundfläche) und der Fläche der Abbildungsoptik, im Falle eines Reflektors der Reflexionsfläche (üblicherweise parabelartig). Der erste Teilbereich kann bspw. kreisförmig, elliptisch oder rechteckig sein oder die Form eines Kegelschnitts aufweisen. Die Ausgestaltung der Mikrostruktur in den Teilbereichen des Auftreffbereichs ist derart, dass sich in den Teilbereichen unterschiedliche Ablenkwinkel des auftreffenden Lichts ergeben.The microstructure is preferably designed in such a way that a first partial area is arranged in a center of the impact area and at least one second annular partial area surrounds the first partial area. In this embodiment, the partial areas are therefore concentric around the center of the impact area arranged. The shape of the partial areas or the area of incidence results from an intersection of the laser light (usually a cone with an elliptical base area) that strikes the area of incidence when the radiation converter is omitted and the area of the imaging optics, in the case of a reflector the reflection area (usually parabolic). The first partial area can be circular, elliptical or rectangular, for example, or have the shape of a conic section. The design of the microstructure in the partial areas of the impact area is such that different deflection angles of the incident light result in the partial areas.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Mikrostruktur derart ausgestaltet, dass ein erster Teilbereich in einem Zentrum des Auftreffbereichs und ein zweiter Teilbereich an einem äußeren Rand des Auftreffbereichs ausgebildet ist, und dass sich ein vertikaler und/oder horizontaler Ablenkwinkel von auf den Auftreffbereich treffendem Licht ausgehend von dem ersten Teilbereich bis zu dem zweiten Teilbereich kontinuierlich ändert. Vorteilhafterweise sind die durch die Mikrostruktur im Zentrum des Auftreffbereichs erzeugten vertikalen und/oder horizontalen ersten Ablenkwinkel größer als die von der Mikrostruktur an dem äußeren Rand des Auftreffbereichs erzeugten vertikalen und/oder horizontalen zweiten Ablenkwinkel, d.h. das im Zentrum des Auftreffbereichs auf die Mikrostruktur treffende Licht wird stärker abgelenkt als das am Rand des Auftreffbereichs auf die Mikrostruktur treffende Licht. Ganz besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Mikrostruktur derart ausgestaltet ist, dass das Zentrum des Auftreffbereichs dort liegt, wo ein Intensitätsprofil des bei Wegfall des Strahlungskonverters auf den Auftreffbereich treffenden Laserlichts sein Maximum hat. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass diejenigen Strahlen eines Laserlichtkegels, die eine besonders hohe Intensität aufweisen und deshalb ein besonders großes Gefährdungspotenzial haben, am stärksten abgelenkt und aufgeweitet werden. Diejenigen Strahlen am äußeren Rand des Laserlichtkegels, die eine niedrigere Intensität aufweisen und deshalb ein geringeres Gefährdungspotenzial haben, werden dagegen weniger stark abgelenkt und aufgeweitet.In an alternative embodiment, the microstructure is configured in such a way that a first partial area is formed in a center of the impact area and a second partial area on an outer edge of the impact area, and that a vertical and / or horizontal deflection angle is based on the light hitting the impact area changes continuously from the first partial area to the second partial area. Advantageously, the vertical and / or horizontal first deflection angles generated by the microstructure in the center of the impact area are larger than the vertical and / or horizontal second deflection angles generated by the microstructure on the outer edge of the impact area, i.e. the light hitting the microstructure in the center of the impingement area is deflected more strongly than the light hitting the microstructure at the edge of the impingement area. In this context, it is very particularly preferred if the microstructure is designed in such a way that the center of the impingement area lies where an intensity profile of the laser light striking the impingement area when the radiation converter is omitted has its maximum. In this way it can be ensured that those beams of a laser light cone which have a particularly high intensity and therefore have a particularly high risk potential are deflected and expanded the most. On the other hand, those rays at the outer edge of the laser light cone that have a lower intensity and therefore have a lower risk potential are deflected and widened less.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Mikrostruktur eine Wellenform mit in vertikaler und/oder in horizontaler Richtung mindestens drei, vorzugweise mindestens fünf, Bergen und einer entsprechenden Anzahl an Tälern aufweist. Die Wellenform kann dabei insbesondere eine Sinusform, eine Dreieckform, eine Sägezahnform oder eine beliebige Zwischenform aufweisen. Vorteilhafterweise liegen Höhenunterschiede zwischen benachbarten Bergen und Tälern im Bereich von < 100 µm, vorzugsweise von < 50 µm, ganz besonders bevorzugt von < 10 µm. Vorzugsweise liegen Abstände zwischen benachbarten Bergen oder benachbarten Tälern, also eine Wellenlänge der Mikrostruktur, im Bereich von < 10 mm.According to another advantageous development of the present invention, it is proposed that the microstructure have a waveform in a vertical and / or in horizontal direction has at least three, preferably at least five, mountains and a corresponding number of valleys. The waveform can in particular have a sinusoidal shape, a triangular shape, a sawtooth shape or any intermediate shape. Height differences between neighboring mountains and valleys are advantageously in the range of <100 μm, preferably of <50 μm, very particularly preferably of <10 μm. Distances between adjacent mountains or adjacent valleys, that is to say a wavelength of the microstructure, are preferably in the range of <10 mm.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Mikrostruktur eine Wellenform mit ersten Wellen mit Bergen und Tälern einer ersten Wellenstruktur und zweiten Wellen mit Bergen und Tälern einer zweiten Wellenstruktur umfasst, wobei die ersten und zweiten Wellen sich überlagern und die Wellenstrukturen schräg oder senkrecht zueinander verlaufen. Auf diese Weise ergibt sich eine Mikrostruktur, die das auftreffende Licht gezielt in horizontaler und vertikaler Richtung mit vorgegebenen Ablenkwinkeln umlenken kann. Vorzugsweise sind die Wellenlängen der ersten und zweiten Wellen gleich groß.It is further proposed that the microstructure comprises a waveform with first waves with peaks and valleys of a first wave structure and second waves with peaks and valleys of a second wave structure, the first and second waves overlapping and the wave structures being oblique or perpendicular to one another. This results in a microstructure that can deflect the incident light in a targeted manner in the horizontal and vertical directions with predetermined deflection angles. The wavelengths of the first and second waves are preferably of the same size.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung eine aktive Sicherheitsüberwachung aufweist, welche ausgebildet ist, die Laserlichtquelle im Falle eines Defekts des Strahlungskonverters abzuschalten oder deren Leistung zu reduzieren. In einem solchen aktiven Sicherheitssystem verstreicht eine geraume Zeitdauer (hier als Totzeit bezeichnet), beispielsweise im Bereich von 250 ms, die zwischen dem Auftreten eines Störfalls und dem Zeitpunkt vergeht, bis die nach Detektion des Störfalls eingeleiteten Gegenmaßnahmen zum Schutz anderer Verkehrsteilnehmer Wirkung zeigen. Während dieser Zeitdauer kann eine Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer nicht ausgeschlossen werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene passive Sicherheitssystem ist dagegen unmittelbar nach dem Auftreten eines Störfalls wirksam und sorgt ohne Zeitverzögerung für eine Reduzierung des Gefährdungspotenzials. Somit kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene passive Sicherheitssystem ein vorhandenes aktives Sicherheitssystem dahingehend ergänzen, dass es während der Totzeit des aktiven Sicherheitssystems für eine erste Reduzierung des Gefährdungspotenzials sorgt. Eine weitergehende Reduzierung des Gefährdungspotenzials kann danach dann durch das aktive Sicherheitssystem erreicht werden.According to another advantageous development of the present invention, it is proposed that the lighting device have active safety monitoring, which is designed to switch off the laser light source in the event of a defect in the radiation converter or to reduce its power. In such an active safety system, a long period of time (referred to here as dead time), for example in the range of 250 ms, elapses between the occurrence of an accident and the time until the countermeasures initiated after detection of the accident have an effect on protecting other road users. During this period, a risk to other road users cannot be excluded. In contrast, the passive safety system proposed according to the invention is effective immediately after the occurrence of an accident and ensures a reduction in the risk potential without a time delay. The passive safety system proposed according to the invention can thus supplement an existing active safety system in such a way that it is active during the dead time Safety system for an initial reduction of the hazard potential. The active safety system can then further reduce the risk potential.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1- ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung;
Figur 2- ein Lichtmodul einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einem störungsfreien Fall in einem Vertikalschnitt;
Figur 3- das
Lichtmodul aus Figur 2 in einem Störfall in einem Vertikalschnitt; Figur 4- ein Lichtmodul einer aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungseinrichtung mit beispielhaft eingezeichnetem Strahlenverlauf in einem Vertikalschnitt;
Figur 5- einen Auftreffbereich einer Abbildungsoptik eines Lichtmoduls einer aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungseinrichtung in einem Vertikalschnitt;
Figur 6- einen Auftreffbereich einer Abbildungsoptik eines Lichtmoduls einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einem Vertikalschnitt;
Figur 7- ein Diagramm mit einem Intensitätsprofil eines im Störfall auf den Auftreffbereich treffenden Laserlichtkegels und mit einer ersten Kurve von durch die Mikrostruktur des Auftreffbereichs bewirkten Ablenkwinkeln;
Figur 8- ein Diagramm mit einem Intensitätsprofil eines im Störfall auf den Auftreffbereich treffenden Laserlichtkegels und mit einer zweiten Kurve von durch die Mikrostruktur des Auftreffbereichs bewirkten Ablenkwinkeln; und
- Figur 9
- ein Beispiel für ein diskretes Streuelement einer im Auftreffbereich einer Abbildungsoptik einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ausgebildeten Mikrostruktur;
Figur 10- ein erstes Beispiel einer im Auftreffbereich einer Abbildungsoptik einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ausgebildeten Mikrostruktur in Wellenform;
Figur 11- ein zweites Beispiel einer im Auftreffbereich einer Abbildungsoptik einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ausgebildeten Mikrostruktur in Wellenform;
Figur 12- ein anderes Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einem Störfall in einem Vertikalschnitt; und
Figur 13- noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einem Störfall in einem Vertikalschnitt.
- Figure 1
- an example of a lighting device according to the invention;
- Figure 2
- a light module of a lighting device according to the invention in a trouble-free case in a vertical section;
- Figure 3
- the light module
Figure 2 in an accident in a vertical section; - Figure 4
- a light module of a lighting device known from the prior art with an example drawn beam path in a vertical section;
- Figure 5
- a striking area of an imaging optics of a light module of a lighting device known from the prior art in a vertical section;
- Figure 6
- an impact area of an imaging optics of a light module of an illumination device according to the invention in a vertical section;
- Figure 7
- a diagram with an intensity profile of a laser light cone striking the impact area in the event of a fault and with a first curve of deflection angles caused by the microstructure of the impact area;
- Figure 8
- a diagram with an intensity profile of a laser light cone striking the impact area in the event of a fault and with a second curve of deflection angles caused by the microstructure of the impact area; and
- Figure 9
- an example of a discrete scattering element of a microstructure formed in the area of incidence of an imaging optics of an illumination device according to the invention;
- Figure 10
- a first example of a microstructure in the form of a wave formed in the area of incidence of an imaging optical system of an illumination device according to the invention;
- Figure 11
- a second example of a microstructure in the form of a wave formed in the area of incidence of an imaging optical system of an illumination device according to the invention;
- Figure 12
- another embodiment of a light module of a lighting device according to the invention in the event of a fault in a vertical section; and
- Figure 13
- yet another embodiment of a light module of a lighting device according to the invention in the event of a fault in a vertical section.
In
Im Inneren des Scheinwerfergehäuses 102 sind in dem dargestellten Beispiel zwei Lichtmodule 105, 106 angeordnet. Die Lichtmodule 105, 106 sind fest oder relativ zu dem Gehäuse 102 bewegbar angeordnet. Durch eine Relativbewegung der Lichtmodule 105, 106 zum Gehäuse 102 in horizontaler Richtung kann eine dynamische Kurvenlichtfunktion realisiert werden. Bei einer Bewegung der Lichtmodule 105, 106 um eine horizontale Achse, also in vertikaler Richtung, kann eine Leuchtweitenregelung realisiert werden. Selbstverständlich können in dem Scheinwerfergehäuse 102 auch mehr oder weniger als die dargestellten zwei Lichtmodule 105, 106 vorgesehen sein. Mindestens eines der Lichtmodule 105, 106 weist eine Laserlichtquelle und das erfindungsgemäß vorgeschlagene passive Sicherheitssystem zur Reduzierung eines Gefährdungspotenzials für Personen im Umfeld des Scheinwerfers 101 durch unkonvertiertes Laserlicht auf.In the example shown, two
An der Außenseite des Scheinwerfergehäuses 102 ist ein Steuergerät 107 in einem Steuergerätegehäuse 108 angeordnet. Selbstverständlich kann das Steuergerät 107 auch an einer beliebig anderen Stelle der Beleuchtungseinrichtung 101 angeordnet sein. Insbesondere kann für jedes der Lichtmodule 105, 106 ein eigenes Steuergerät vorgesehen sein, wobei die Steuergeräte integraler Bestandteil der Lichtmodule 105, 106 sein können. Selbstverständlich kann das Steuergerät 107 auch entfernt von der Beleuchtungseinrichtung 101, bspw. im Motorraum des Kraftfahrzeugs, angeordnet sein. Das Steuergerät 107 dient zur Steuerung und/oder Regelung der Lichtmodule 105, 106 bzw. von Teilkomponenten der Lichtmodule 105, 106, wie beispielsweise von Lichtquellen der Lichtmodule 105, 106. Die Ansteuerung der Lichtmodule 105, 106 bzw. der Teilkomponenten durch das Steuergerät 107 erfolgt über Verbindungsleitungen 110, die in
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des Lichtmoduls 105 unter Bezugnahme auf die
In einem lokal begrenzten Auftreffbereich 2 der Abbildungsoptik 1, der bei Wegfall des Strahlungskonverters 6 dem Laserlicht 7 ausgesetzt ist, ist eine Mikrostruktur 12 definierter Ausgestaltung angeordnet. Die Ausgestaltung der Mikrostruktur 12 ist derart, dass Ablenkwinkel von auf den Auftreffbereich 2 treffendem Licht 7, 8 so gewählt sind, dass das von der Mikrostruktur 12 abgelenkte Licht 13 zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung 11 beiträgt. Trotz der Mikrostruktur 12 auf der Abbildungsoptik 1 steht im störungsfreien Fall (vgl.
Im Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle 4 und dem Strahlungskonverter 6 kann ein optisch wirksames Element 5 angeordnet sein, das in diesem Beispiel als eine Linse ausgebildet ist. Das optisch wirksame Element 5 könnte auch als ein Reflektor ausgebildet sein. Es lenkt das Laserlicht 7 auf den Strahlungskonverter 6. In dem Beispiel sind die Laserlichtquelle 4, das optische Element 5 und der Strahlungskonverter 6 Teile eines Lichtquellenmoduls 3. Der Strahlungskonverter 6 weist vorzugsweise eine annähernd lambert'sche Abstrahlcharakteristik auf, mit der er das Sekundärlicht 8 abstrahlt.An optically
In
In einem Beispiel wird die gesamte Breite und/oder Höhe der Lichtverteilung 11 zur Ablenkung des auf den Auftreffbereich 2 fallenden Lichts 8 bzw. 7 genutzt. Es wäre aber auch denkbar, dass ein kleiner Teil des von der Mikrostruktur 12 abgelenkten Lichts 13 bzw. 15 über die Breite und/oder Höhe der Lichtverteilung 11 hinaus abgelenkt wird. Die Mikrostruktur 12 wäre dann so geformt, dass die Strahlen des abgelenkten Lichts 13 bzw. 15 in vertikaler und/oder horizontaler Richtung einen Öffnungswinkel aufweisen, der über den Öffnungswinkel αV bzw. αH der Lichtverteilung 11 (vgl.
Ferner wäre es auch denkbar, dass eine Breite und/oder Höhe der Ablenkung des auf den Auftreffbereich 2 treffenden und von der Mikrostruktur 12 abgelenkten Lichts 13 kleiner ist als die Breite und/oder die Höhe der resultierenden Lichtverteilung 11. Dabei wäre es insbesondere denkbar, dass das auf den Auftreffbereich 2 treffende und von der Mikrostruktur 12 abgelenkte Licht 13 unterhalb des Horizonts bzw. unter eine horizontale Helldunkelgrenze einer abgeblendeten Lichtverteilung 11 (z.B. Abblendlicht oder Nebellicht) abgelenkt wird. Auf diese Weise könnte das Gefährdungspotenzial weiter verringert werden, indem im Störfall das abgelenkte Laserlicht 15 nur nach unten auf die Fahrbahn strahlt.Furthermore, it would also be conceivable that a width and / or height of the deflection of the light 13 striking the
Das in den
Die Ausgestaltung und Funktion der Mikrostruktur 12 wird im Folgenden für einen Vertikalschnitt näher erläutert. Die Ausführungen gelten jedoch in entsprechender Weise auch für einen Horizontalschnitt. Wenn im störungsfreien Fall (vgl.
Wenn man nur ein Teilstück 1T eines Reflektors 1 ohne Mikrostruktur 12 (vgl.
Gemäß der Erfindung ist in dem Teilstück 1T, entsprechend dem Auftreffbereich 2, auf die konventionelle Reflexionsfläche (vgl.
Die Mikrostruktur 12 hat vorzugsweise eine Wellenform (vgl.
Gegenüber einer herkömmlichen Streustruktur hat die Mikrostruktur 12 den Vorteil, dass die Ablenkung des auftreffenden Lichts 8 definiert gestaltet ist. Somit kann auch ein Reflektor 1 mit einer solchen Mikrostruktur 12 versehen werden, der zur Erzeugung einer Teilfernlichtverteilung als resultierende Lichtverteilung 11 vorgesehen ist. Durch eine herkömmliche Streustruktur, bspw. in Form einer Mattierung, könnte im störungsfreien Fall unkontrolliertes Streulicht erzeugt werden, welches im Dunkelbereich der Teilfernlichtverteilung zur Blendung anderer Verkehrsteilnehmer führen würde. Mit der Mikrostruktur 12 kann das Sekundärlicht 8 definiert in der Lichtverteilung 11 umverteilt werden.Compared to a conventional scattering structure, the
Die Mikrostruktur 12 kann auch aus einer Vielzahl neben- und/oder übereinander angeordneter diskreter Streuelementen 27 bestehen (vgl.
Ferner ist es denkbar, dass die Mikrostruktur 12 eine Wellenform (vgl.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wäre es denkbar, dass die Beleuchtungseinrichtung 101 bereits mit einem aktiven Sicherheitssystem zur Reduzierung des Gefährdungspotenzials durch unkonvertiertes Laserlicht 7 ausgestattet ist, welches die Leistung der Laserlichtquelle 4 im Störfall verringert, insbesondere die Laserlichtquelle 4 ganz ausschaltet. Ein solches Sicherheitssystem hat jedoch nur eine endliche Reaktionszeit, die im Bereich von etwa 250 ms liegen kann. Innerhalb dieser sog. Totzeit, in der das aktive Sicherheitssystem die Laserlichtquelle 4 zur Reduzierung des Gefährdungspotenzials noch nicht reduzieren konnte, ist aber in einem gewissen Abstand vor dem Fahrzeug bereits ein Gefährdungspotenzial durch unkonvertiertes Laserlicht 15 vorhanden. Auch das menschliche Auge aktiviert erst nach einer Reaktionszeit von etwa 250 ms einen Schutzmechanismus (bspw. durch Schließen der Augen). Auf Gefährdungen durch unkonvertiertes Laserlicht 15 innerhalb der ersten 250 ms nach Auftreten eines Störfalls kann das menschliche Auge nicht schnell genug reagieren. Deshalb ist es unmittelbar nach Auftreten eines Störfalls besonders wichtig, das Gefährdungspotenzial möglichst rasch zu reduzieren. Hier kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene passive Sicherheitssystem einen wichtigen Beitrag leisten, da es unmittelbar nach Auftreten des Störfalls sofort voll einsatzfähig ist und keine Totzeit aufweist. Die Mikrostruktur 12 reduziert bereits während der Totzeit des aktiven Sicherheitssystems und der Reaktionszeit des menschlichen Auges das Gefährdungspotenzial auf ein ausreichend sicheres Niveau.In a further embodiment of the invention, it would be conceivable that the
Die Mikrostruktur 12 ist in diesem Fall bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie das Gefährdungspotenzial, das sich in der Zeitspanne zwischen dem Auftreten eines Störfalls und der aktiven Leistungsreduzierung der Laserlichtquelle 4 ergibt, auf ein ausreichend sicheres Niveau reduziert. Wenn das aktive Sicherheitssystem bspw. den Gefährdungsabstand von 200% auf 150% reduziert, muss durch die Mikrostruktur 12 nur noch eine Reduktion von 150% auf 100% realisiert werden. Somit kann die Ablenkung bzw. Aufweitung der Lichtstrahlen des auf den Auftreffbereich 2 treffenden Lichts 8; 7 geringer ausfallen, die Flanken der Mikrostruktur 12 können weniger steil ausgestaltet werden. Dies hat Vorteile für die Herstellbarkeit und die Standzeit des Spritzgusswerkzeugs, aus dem der Reflektor 1 hergestellt wird, da sich die der Mikrostruktur 12 entsprechende Struktur im Werkzeug weniger stark abnutzt, und die Fräsradien einfacher sind.In this case, the
Ein Sicherheitsabstand, den eine Person zu dem Scheinwerfer 101 in einem Störfall einhalten sollte, um eine Gefährdung der Person bzw. deren Augen durch unkonvertiertes Laserlicht 15 zu vermeiden, liegt ohne jegliches Sicherheitssystem theoretisch bspw. bei etwa 30 m. Aufgrund von optischen Effekten in dem Scheinwerfer 101 (bspw. verursacht durch Spiegelung, Ablenkung, Absorption an Blenden oder anderen optischen Elementen in dem Scheinwerfer) ergibt sich in der Praxis ein Sicherheitsabstand von bspw. 20 m. Dank eines aktiven Sicherheitssystems kann der Sicherheitsabstand auf bspw. 10 m reduziert werden (bspw. innerhalb der Totzeit des aktiven Systems). Dank der Mikrostruktur 12 kann der Sicherheitsabstand nochmals auf bspw. 5 m reduziert werden.A safety distance, which a person should keep from the
Anhand der
In
Die Erfindung - wie oben beschrieben und in den
Alternativ kann die Aufweitung des Lichtkegels 13 bzw. des Strahlkegels 15 bis zum maximalen Durchmesser der Linse 28 vergrößert werden, ohne dass im störungsfreien Fall Leistungsverluste auftreten. Der durch die Mikrostruktur 12 erzeugte Lichtkegel 13 ist dann optimalerweise so groß, dass die Projektionslinse 28 komplett ausgeleuchtet wird, nicht aber über den Rand der Linse 28 hinaus. Die Anwendung kann auf Projektionssysteme mit Blende (vorzugsweise in oder nahe der Zwischenbildebene 29) als auch für Bi-Funktionssysteme oder Fernlichtmodule angewendet werden. Für Lichtmodule 105 mit Blende in der Ebene 29 kann die Mikrostruktur 12 derart ausgebildet sein, dass für eine höhere Sicherheit im Abblendlichtfall ein Großteil der Strahlung 14 auf die Blende gelenkt wird und dann nur im Fernlichtfall das Lichtmodul 105 verlässt.Alternatively, the widening of the
Des Weiteren kann die Lichtleistung des Abblendlichts im störungsfreien Fall besser beibehalten werden, wenn die Mikrostruktur 12 bevorzugt das auftreffende Licht 8 in den Abblendlichtbereich der Lichtverteilung 11 ablenkt. Ferner ist es in einem Reflexions-Projektionsmodul von Vorteil, wenn der Bereich der Mikrostruktur 12 möglichst groß ist, um eine möglichst große Streubreite des Lichtkegels 13 bzw. des Strahlkegels 15 in der Lichtverteilung 11 zu erzeugen und noch durch die Linse 28 hindurch zu leuchten. Hier wäre idealerweise das Lichtquellenmodul 3, wie in
Claims (17)
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem lokal begrenzten Auftreffbereich (2) der Abbildungsoptik (1), der bei Wegfall des Strahlungskonverters (6) dem Laserlicht (7) ausgesetzt ist, eine Mikrostruktur (12) definierter Ausgestaltung angeordnet ist, wobei die Ausgestaltung der Mikrostruktur (12) derart ist, dass Ablenkwinkel von auf den Auftreffbereich (2) treffendem Licht (8, 7) so gewählt sind, dass das von der Mikrostruktur (12) abgelenkte Licht (13, 15) zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung (11) beiträgt.Lighting device (101) for a motor vehicle, comprising a laser light source (4) for emitting laser light (7), a radiation converter (6) which contains a luminescent layer, in particular with phosphorus, and an imaging optics (1), the radiation converter (6 ) is designed to convert and fan out laser light (7) emitted by the laser light source (4) into broadband, in particular white, secondary light (8) compared to the laser light (7), and the imaging optics (1) is designed to form the secondary light (8 ) to deflect in a radiation direction (10) of the lighting device (101) in order to generate a resulting light distribution (11),
characterized in that
A microstructure (12) of a defined configuration is arranged in a locally limited impingement area (2) of the imaging optics (1), which is exposed to the laser light (7) when the radiation converter (6) is omitted, the configuration of the microstructure (12) being such that deflection angles of light (8, 7) striking the impingement area (2) are selected such that the light (13, 15) deflected by the microstructure (12) contributes to the generation of the resulting light distribution (11).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abbildungsoptik (1) als ein Reflektor, der vorzugsweise aus einem Thermoplast gefertigt ist, und der Auftreffbereich (2) als ein Teil (1T) einer Reflexionsfläche des Reflektors ausgebildet ist.Lighting device (101) according to claim 1,
characterized in that
the imaging optics (1) as a reflector, which is preferably made of a thermoplastic, and the impingement area (2) as a part (1 T ) of a reflection surface of the reflector.
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