WO2016202527A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit beleuchtungseinheit - Google Patents

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WO2016202527A1
WO2016202527A1 PCT/EP2016/061425 EP2016061425W WO2016202527A1 WO 2016202527 A1 WO2016202527 A1 WO 2016202527A1 EP 2016061425 W EP2016061425 W EP 2016061425W WO 2016202527 A1 WO2016202527 A1 WO 2016202527A1
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lighting device
light
lighting
conversion
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Norbert Haas
Stefan Hadrath
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Osram Gmbh
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    • H01S5/02257—Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing

Definitions

  • the present invention relates to aumpssvor ⁇ direction with a lighting unit having a Laserdi- ode for the emission of pump radiation and a phosphor element for the conversion of the pump radiation.
  • a laser diode for emitting pump radiation and a phosphor element arranged at a distance therefrom, which emits conversion light upon excitation with the pump radiation it is possible to realize light sources of high luminance.
  • At the pumping radiation may be, for example, by UV radiation or blue light preferably act, which then for example.
  • At ⁇ can form an illumination occupied for loading useful light piece together with the conversion light.
  • the Konversi ⁇ onsander has at least components in the visible areas of the spectrum ⁇ rich.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying a particularly advantageous lighting device. According to the invention this object is achieved by aadossvor ⁇ direction with an illumination unit for emitting useful light and a sensor, wherein the illumination unit comprises a laser diode for emitting pump radiation, and an irradiated from the laser diode during operation, and thus be ⁇ excitable phosphor element for conversion of the pump radiation in the conversion of light, which conversion ⁇ light at least partially, forms the useful light, wherein the sensor for monitoring the pumping radiation conversion pre- seen and thereby adapted to detect a conversion ⁇ light intensity, and is disposed to the fluorescent Stoffele ⁇ ment of the lighting unit in such a way that a part of the useful and thus a measurement part of the Kon ⁇ version light incident on the sensor, and wherein the lighting device is arranged for operation such that the phosphor element at least temporarily so pulsed irradiated and is excited so that between two Pul the conversion light intensity detected by the sensor decreases by at least 10%.
  • the pump radiation preferably falls bundled on the phosphor element, which then usually emits the conversion light with Lambertian radiation characteristic (ie fanned). Preference is given to a nonconver- For example, due to scattering processes in the phosphor element, the part of the pump radiation then contained in the useful light is likewise fanned out in a manner comparable to the conversion light. In the event of a fault, if, for example, the phosphor element drops due to a defective mechanical fastening, the pump radiation, in contrast, can propagate in bundles on the path actually intended for the useful light, which can signify a considerable eye hazard.
  • Lambertian radiation characteristic ie fanned
  • the laser diode for example.
  • ⁇ see below in detail, also regarding possible alternatives.
  • the metrological detectability is improved.
  • the modulated signal can be better detected in itself, such as with a difference measurement.
  • the modulation can, for example, also be advantageous in that the prob ⁇ friendliness being affected by external disturbance light to ⁇ is least reduced because the measuring signal has its own characteristics.
  • the pulsed operation with the falling conversion light intensity. ⁇ the development effort and may be useful luminous nachtei ⁇ lig out clearly, the metrological advantage prevails.
  • the conversion light intensity detected by the sensor should be between two pulses by at least 10%, in this case Sequence increasingly preferred at least 2 0%, 30%, 4 0%, 50%, 60% and 7 0%, respectively. In general, a complete decrease is conceivable, but also because of the light output or then required significant oversizing of the laser diode, upper limits of the decrease, for example. At most 90% or 8 0% are.
  • a “conversion light intensity” is considered to mean the intensity detected by the sensor, that is, for example, an average of the intensity formed over the intersection of the spectral range of the conversion light and the sensitivity range of the sensor
  • the part of the useful light incident on the sensor should be based on the sensor not more than 2%, preferably not more than 10%, more preferably not more than 5%, such a limitation may be of interest for reasons of efficiency, for example for example, depending on the sensitivity of the sensor and the total amount of useful light, possible values are, for example, at least 0, 1 V » or 1 0 V.
  • the values disclosed for the Nutzlichtteil falling on the sensor should also for the measuring part as preferably be open ⁇ bearded (based on the entire away from the phosphor element away for lighting application conversion light)
  • Light that is "falling on the sensor” refers to the light falling on its active measuring surface.
  • the light incident on the measurement surface light (given a sensitivity in the spectral range entspre ⁇ sponding) converted into an electrical signal puts.
  • the sensor is a photodiode, in which case, for example, with a wavelength-dependent filter, a respective spectral region of interest may be selected.
  • the phosphor element (at least temporarily) irradiated pulsed, the resulting "Pulse" extent thus with Be ⁇ trachtung the (taken as an average over the spectral range of pump radiation) pump radiation intensity on the phosphor element over time.
  • the phosphor element is preferably in transmission Betrie ⁇ ben , It therefore falls the pump radiation on a Einstrahl sampling the phosphor element and the conversion ⁇ light at one of these opposite radiating surface (preferably together with a portion of non-converted pump radiation) dissipated as useful light.
  • a reflective arrangement is possible in which the phosphor element z. B. on a substrate ⁇ valid substrate, for example.
  • a cooling element is mounted and the incident on a Einstrahl Structure in the phosphor element pump radiation passes through the phosphor element to be at least partially reflected on the VerLiteungs- layer, so the Leuchtscherle ⁇ ment then to go through twice.
  • the irradiation surface is at the same time also a radiation surface, from there the useful light (at least conversion light) is collected. Before ⁇ Trains t can be contained and then together with the conversion of light in the direction of the pump even here in the useful light a Vietnamesekonvertierter part of the pump radiation Radiation incident direction emitted or scattered.
  • the phosphor element has a yellow phosphor, particularly preferably yttrium-aluminum garnet (YAG: Ce), as a phosphor for emitting yellow light, which is preferably mixed with a non-converted part of the blue pump light to the useful light.
  • the useful light is preferably white light.
  • the phosphor element can generally also be pulsed in a pulsed manner by means of pulses having a comparatively long pulse pause duration, so that between two pulses the conversion light intensity detected by the sensor decreases by at least 10%.
  • the phosphor element but is preferably only "temporarily", namely, in a certain, first operating condition which occurs preferably temporally ⁇ brings again irradiated pulsed with such pulses, the extent.
  • the BL LEVEL ⁇ processing device is rich for a certain operating - tet is, this means that it is, for example, equipped with a Steuerein ⁇ unit, which implements the corresponding functional processes during operation of the lighting ⁇ device.
  • the lighting device is set up in addition to the first operating state for a second operating state, in which the conversion light intensity detected by the sensor should be substantially constant, namely, in order of preference, at most 5
  • the first and the second operating state follow each other alternately.
  • a good light output (second operating state) can be achieved on the other hand reliably verifiable pump radiation conversion (first operating state).
  • the change between the first and the second operating state can also constitute a further modulation of the measuring signal per se, for example with regard to the abovementioned advantages concerning the measuring technology.
  • the period of time for which the lighting device is then in each case in the first or in the second operating state can generally also vary from change to change.
  • the first operating state is in each case for the same (first) time duration and / or the second operating state is in each case for the same (second) time duration, particularly preferably both apply, wherein the first and the second time periods may well differ from one another.
  • the first / second time periods are each taken from change to change.
  • the lighting device is configured for operation such that during a respective first operating state (from the change in to the change from the first operating state) the conversion light intensity at least 5 times, preferably at least 10 times, more preferably at least 15- times, more preferably at least 20 times to the at least 10% (see the above disclosure for further percentage decrease values).
  • the pulses occurring in the first operating state preferably have the same pulse duration and / or the period duration, which is taken from rising edge to rising edge in the case of two consecutive pulses, remains constant over the first operating state.
  • These values, as well as the pulse pause duration, which is taken between the falling edge of the one and the rising edge of the following pulse, are respectively taken from / to where the intensity of the respective pulse has risen to half its maximum (on ⁇ rising edge) or dropped (falling edge).
  • the pulse duration is thus taken, for example, as half width, the other variables analog.
  • the pulse-pause duration may, for example, depend on a relaxation time of the phosphor, which is determined by how quickly the conversion ⁇ light intensity drops by the desired amount.
  • a pulse pause duration of at least 10 ns may be more preferably at least 20 ns, 30 ns, 40 ns, 50 ns, 60 ns or 70 ns; it inde ⁇ pendent to possible limits on the pulse pause duration for example, at most 500 ns, 400 ns, 300 ns, 200 ns, 150 ns and 100 ns.
  • the pulse pause duration in the second operating state should be then, for example. Not more than 5 ns, 3 ns and 1 ns (possible Un can tergrenzen ⁇ thereof independently at 0.1 ns or 0.5 ns).
  • the pulse pause interval during the second operation state is shorter than in the first operation ⁇ state.
  • the pulse duration in the second operating state can be in the same range as that in the first operating state, reference is made to the above values.
  • the pulsed irradiation of the phosphor element is achieved by a correspondingly ge ⁇ pulsed operation of the laser diode, so the output power pulsed.
  • Output power refers to the power of the pump radiation emitted by the laser diode per se, the modulation is then electronically achieved by a corresponding drive, ie with a control unit (which is part of the lighting device), although generally also a constant output power in Connection with a shutter or aperture wheel for generating the pulses is conceivable, the pulsed output power can be advantageous insofar as no mechanically moving parts are necessary, which can help reduce ⁇ wear and maintenance susceptibility.
  • the lighting device is designed for operation in such a way that the Gangs elaborate the laser diode between the pulses, ie in the pulse interval, by at least 30%, in this order increasingly preferably at least 40%, 50%, 60%, 70%, 80% and 90%, decreases.
  • the output power is hereby considered to be the time average which is formed over the pulse duration of the pulse or the pulse pause duration of the pulse pause following this. Especially be ⁇ the output power of the laser diode in the pulse pause is vorzugt set to 0.
  • the lighting device has a reflector with a reflective surface over which the useful light of aumpssan ⁇ application is supplied.
  • the reflector preferably also serves for shaping, that is to say the beam bundle shape is matched with the reflector to, for example, the requirements of the respective illumination application, for example, collimated.
  • an aspherical shape may be preferred, for example an ellipsoidal, paraboloidal or hyperboloidal shape.
  • the reflector / reflective surface may also comprise convex and concave preparation ⁇ che or be designed freely shaped, is preferably a concave in overall shape (concave mirror).
  • the reflective surface is provided with an interrup ⁇ chung, through which the part of the useful light occurs (with the measuring part) and falls on the sensor.
  • the interruption is preferably in its area rather small in relation to a surface area of the illuminated with light ⁇ useful part of the reflecting surface.
  • the latter is the surface of the interruption, for example, in one Ratio of in this order increasingly preferably at least 10: 1, 20: 1, 30: 1, 40: 1 and 50: 1, respectively; Possible upper limits can (independently of), for example, be at most 5000: 1, 4000: 1, 3000: 1, 2000: 1 1000: 1, 500: 1, 250: 1 or 100: 1 (in the order of naming increasingly prefers) .
  • the interruption in the reflection surface may, for example, have an area of at least 0.5 mm 2 , 1 mm 2 , 2 mm 2 or 3 mm 2 , with possible upper limits (independent thereof), for example, at most 20 mm 2 , 15 mm 2 or 10 mm 2 can lie (each in the order of naming increasingly preferred).
  • the interruption in the reflection surface is preferably a coherent hole.
  • the reflection surface may, for example, be formed by a reflective coating applied to the rest of the reflector, for example a metal film. In any case, this coating is interrupted and may be interrupted depending on the nature of the rest of the reflector and the sensor. The interruption can thus extend through the entire reflector (base body and reflection layer) like a channel towards the sensor.
  • the reflector may also be a monolithic part, such as a metal part, which in its interior free of material boundaries between different materials or materials of different production history is.
  • the monolithic reflector can itself also form the reflection surface, the interruption then extending through the entire reflector.
  • the useful light part in general, it is also possible to guide the useful light part inversely with respect to the concept of "reflector with interruption", ie a mirror which is smaller in comparison to the beam bundle cross section can be arranged in a beam path with the useful light over which the useful light with the measuring part is placed on the light source sensor is coupled (at meh ⁇ reren sensors, an array of Auskoppelaptn is possible).
  • the sensor itself may be disposed in an optical path with the useful light even if the beam Auer section relative to the sensor ent ⁇ speaking large.
  • the lighting unit can also emit the useful light already originally in the direction of travel, so the useful light is then more preferably reflection-free (without reflection) out on the road, for example.
  • a lens By a lens.
  • the useful light part passes through a scattering means, such as a diffusing screen.
  • the scattering means can be integrated in a reflector just mentioned, so then, for example, be arranged in the interruption. Alternatively, the scattering means may also be arranged downstream of the interruption in the jet direction.
  • the scattering means widens the opening angle of the partial beam with the on the Sensor falling useful light on, for example, by at least 2.5 °, 4 ° or 5 °, with possible upper limits (independently), for example, at most 30 °, 20 ° or 10 ° (each in the order of naming increasingly preferred ).
  • the scattering agent may be provided as a surface structure and / or as a volume spreader, preferably as one of them. It can, for example, in a bulk material (such as a diffusion plate material) scattering centers such as. Cluster ⁇ particles and / or gas inclusions embedded.
  • a surface structure provided as a scattering agent can generally also be geometrically determined, that is to say regular.
  • a matting of the surface which may be applied, for example, as a coating, but preferably by a roughening of a Volumenmateri- than (in particular scattering disc material) is achieved, for example in an etching process.
  • the useful light has also proportionally unconverted pump radiation be ⁇ vorzugt blue pump light.
  • a second sensor for detecting the pump radiation intensity is then provided.
  • the two sensors are then preferably arranged as close as possible together as the sensor unit, so it can light incident thereon, for example. Under the same ⁇ refraction in a reflective surface and / or the same Enforce scattering agent.
  • the first sensor is preferably a photodiode with a wavelength-dependent filter arranged upstream of its measuring surface, which allows the conversion light to pass and blocks the pump radiation (in each case at least 60%, 70% or 80%) and / or the second sensor is a photodiode with one of them
  • the measuring surface upstream of the wavelength-dependent filter allows the pumping radiation to pass through and blocks the conversion light (in each case at least 60%, 70% or 80%).
  • “Blocking" means to reflect and / or absorb.
  • the sensor for detecting the pump radiation or the corresponding photodiode can, for example, be assigned a polarization filter, for example. For example, let only light of a certain linear polarization pass.
  • the pump radiation is polarized in the rule, so that the Pola ⁇ risationsfilter then so with appropriate vote (rotational position) can primarily pass the pump radiation.
  • the laser diodes can also be respectively differently oriented (rotated) so that the respective polarization planes are equally rotated.
  • the combination of two sensors may, for example, be advantageous insofar as with the additional detection of Pump radiation intensity, the conversion light intensity can not only be used with absolute limit values for the detection of a fault (for example, " fallen Leuchtstof ⁇ felement"), but also a relative, dependent on the pump radiation intensity limit can go in.
  • the output power of the lighting unit in general reduced, this need not despite the lower conversion light intensity hard ⁇ position of a fault result in.
  • a plurality are provided sensors for monitoring the pumping radiation conversion that are so adapted in each case for detecting the conversion of light intensity.
  • the term "plurality” here means at least two, preferably at least three, more preferably at least four, sensors, where ⁇ in the case of possible upper limits (independent thereof) g), for example, are at most 20, 15 or 10 sensors.
  • Each of these additional sensors is preferably designed according to the above and also below description of the first conversion light sensor.
  • the plurality of sensors are identical to each other.
  • the inventors have found that not only a total loss of light ( fallen-down phosphor element) can be critical, but also, for example, a local degradation or damage can result in a disproportionate pumping radiation input on the lighting side. This then does not affect the beam with the useful light as a whole, but only an angular range thereof (the spatial distribution on the emitting surface of the light ⁇ material elements is generally reacted with optics in an angular distribution, see below). Accordingly, for example, with a single sensor, which is placed, for example, on a center beam of the useful light beam, "edge" degradation and thus critically increased pump radiation intensity in an angular range could not or only to a limited extent be detected be monitored effective luminous radiation beam including any of its angular extent. It is therefore a sensor, for example. those disposed more centrally of the useful light-ray beam (in the center beam), and a ⁇ at the edge (at the marginal ray).
  • a respective second sensor for detecting the pump radiation intensity is preferably assigned to each of the sensors (same interruption and / or the same scattering means, see above), ie a plurality of sensor units are provided. It is then an angular and also spectacular raia-resolved monitoring of the pump radiation conversion possible.
  • a plurality of illumination units each having a laser diode and a phosphor element are provided and falls from each of the illumination units, a respective Nutzlichtteil on the sensor.
  • the lighting device can then be set up for an operation such that, when the conversion light intensity detected by the sensor drops, it is switched to a test mode in which the lighting units are not always switched on at the same time, but one after the other. In this way, can then customize the kriti ⁇ cal or defective lighting unit and selectively switch off or dim.
  • a plurality of the lighting units are each pulsed at least temporarily in accordance with the first Be ⁇ operating state, particularly preferably all lighting units.
  • the lighting units can also be operated offset in time from one another in each case in the first operating state. This can help to individualize the affected lighting unit in the event of an error.
  • Preferred may be that for the differing ⁇ chen lighting units each a different time duration of the first operating state and / or a per ⁇ wells different time duration of the second operating states Stands is given, which also represents a possibility for individual assignment.
  • An individualization may also be such possible example. That a respectively different ⁇ Liche pulse duration of lighting unit to lighting unit in the first operating state and / or a different Pulspau ⁇ except send is selected (that is, in each case a signature). A sensor associated with the evaluation unit, the BL LEVEL ⁇ processing units then eg. After the frequency individually (of the pulse) or to the length thereof. On the other hand, however, the lighting units can generally also be operated in a pulsed synchronized manner.
  • the laser diodes of the lighting units differ in length in their respective Dominantwellen-, which can also offer a Differenzleitersmög ⁇ friendliness. In this case, for example. Have a wavelength difference of at least 0.5 nm, preferably Minim ⁇ least 1 nm, more preferably at least 1.5 nm, be Messtech ⁇ cally interesting. In their wavelength (the pump radiation) correspondingly graduated lighting units can be achieved, for example, by sorting the laser diodes whose dominant wavelength, for example, due to manufacturing a certain fluctuation (lot to lot fluctuation) may be subject.
  • the lighting installations can then by appropriate differences in the first operating state of Be ⁇ lighting unit to lighting ⁇ unit (see the front in detail) units both the conversion light sensor as well as via the pump radiation sensor are individualized.
  • lighting unit is preferably a structurally integrated itself part to read, the laser ⁇ diode and the phosphor elements are thus in a joint men housing combined.
  • This can (to one side with a downstream of the fluorescent element transmission window also generally a Lens, preferably a plane-parallel plate) to be covered, the opposite side of the phosphor element then forms the emission surface of the illumination unit.
  • the lighting device is adapted to at least reduce a Ausbrei ⁇ tion of the pump radiation in an error case, so so, for example, the pump radiation intensity at least to 60%, 70%, 80% and 90% (in the order of Nen ⁇ tion increasingly preferred) decreases.
  • the output power of the laser diode is preferably at least dimmed or completely switched off, with the former possibly being of interest approximately insofar as a certain emergency light function is then retained. In the preferred case of automotive lighting, this can also be relevant to traffic safety.
  • an electronic Ab ⁇ circuit of the laser diode Preferably, therefore, an electronic Ab ⁇ circuit of the laser diode.
  • the pump radiation propagation can also be optically reduced or completely blocked by, for example, introducing a filter / cover / cover.
  • an aerosol is released in the event of a fault, for example in the housing of the lighting unit in order to reduce the pumping radiation propagation ⁇ at least. It can also expand a body comparable to an airbag and reduce the pump radiation propagation, whereby in the case of a certain transparency of the body, an above-mentioned emergency operation can remain possible.
  • a foam material can expand in this form; in practice, a bag filled with a gas in the event of a fault can be provided, which may be made of a material which is limited in transmissivity at best.
  • the "error case" can be detected in the preferred application of automotive lighting, for example, as a function of a characteristic of the overall state of the vehicle, for example, the data from acceleration sensors can find input .
  • a shutdown or dimming can So for example, done hand in hand with an insertion of the belt tensioner before an accident.
  • the lighting device is adapted to determine the error in the case As ⁇ dependence of a decrease in detected by the sensor conversion light intensity.
  • ⁇ dependence of a decrease in detected by the sensor conversion light intensity Thus, for example, just be closed.
  • the detection of the fault can thereby be additionally also linked to another criterion, so say for example.
  • the event of a fault is only then determined if out ⁇ can be concluded that the loss is not due to a generally reduced output power of lighting ⁇ unit.
  • the decrease in Kon ⁇ version light intensity is preferably used together with and in response to the behavior of the pump radiation intensity betrach ⁇ tet.
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight with a lighting device disclosed herein, preferably a headlight.
  • a lighting device disclosed herein, preferably a headlight.
  • the invention also relates to the use of the presently disclosed ⁇ lighting device for illumination, preferably for motor vehicle lighting, more preferably for automotive exterior lighting, particularly preferably in a Frontscheinwer- fer.
  • Of interest may be an application but, for example, also in the taillights / signal lights, especially the brake lights be.
  • An application in the vehicle interior is conceivable. Preferred is a use of the lighting device to what it is set up.
  • FIG. 1A shows a lighting device according to the invention in a schematic, partially sectioned side view.
  • Fig. 1B is a detail view of Fig. 1A;
  • FIG. 2A shows in the illumination device according to FIG. 1 in a first operating state with one of the sensors detected conversion light intensity over time;
  • FIG. 2B the pump radiation intensity in the first Be ⁇ operating state according to FIG 2A over time
  • 3A shows the conversion light intensity detected with one of the sensors of the illumination device according to FIG. 1 in a second operating state
  • FIG. 3B shows the pump radiation intensity for generating the
  • FIG. 4 shows a further illumination device according to the invention with two illumination units.
  • FIG. 1A shows an illumination device 1 according to the invention with a lighting unit 2 and a reflector ⁇ tor 3.
  • the lighting unit 2 shown schematically cut is made up of a laser diode 4 and a luminescent ⁇ element 5 constructed.
  • One of the laser diode 4 emit ⁇ oriented pump radiation 6 falls on a Einstrahl Type 7 of the phosphor element 5 and is partially converted in this yellow conversion light (the phosphor element 5 has YAG: Ce on).
  • Nutzlicht 9 is emitted in approximately Lam ⁇ bertscher form.
  • This useful light 9 is composed of the conversion light and a non-converted part of the pump radiation 6, which in the present case is a blue pump light.
  • the useful light 9 is white light, which is supplied via the reflector 3 (after reflection at its reflection surface 13) to a lighting application, namely used for street lighting.
  • each sensor unit 10, 11 On the side facing away from the illumination unit 2 of the reflector 3, three sensor units 10, 11 are arranged, each composed of a sensor 10 for detecting the conversion light intensity and a sensor 11 for detecting the pump radiation intensity.
  • Each sensor 10, 11 corresponds to a photo diode with a pre ⁇ superimposed wavelength-dependent filter (not shown), which can happen ⁇ rich for each photodiode, the light in the corresponding Wellendorfnbe.
  • To the photodiodes of the sensors 10 passes the conversion light, to those of the sensors 11, the pump radiation (the respective other part of the Nutzlichts 9 is blocked).
  • the reflector 13 is provided as a metal part whose surface forms the reflection surface 13.
  • the reflector 13 is interrupted as a whole.
  • a respective lens is used (not shown for clarity), which expands the respective passing through the interruption 14 Nutzlicht and thus homogenized via the respective sensor unit 10, 11.
  • the phosphor element 5 is excited pulsed in a first Brazu ⁇ stand, so that the laser diode 4 emits pumping ⁇ radiation in pulses with a relatively long pulse duration in proportion to the pulse pause duration.
  • Sequence ⁇ Lich is the respective conversion from a light sensor
  • FIG. 2A shows the con- version of the light intensity on a conversion ⁇ light sensors 10 over time, and illustrates in particular the drop during the pulse interval (between two pulses).
  • FIG. 2B correspondingly shows the time profile of the pump radiation intensity, which in the present case is detected by one of the pump radiation sensors 11. If the pump radiation intensity were evaluated on the irradiation surface 7 of the phosphor element 5, the result would be qualitatively the same.
  • the pulse duration 20 is comparatively short compared to the pulse pause duration 21, the former is about 5 ns, the latter about 80 ns.
  • the lighting unit 1 is not permanently operated in this first operating state, also because this result in a very low on the average pump radiation yield, and would accordingly require a considerably überdimensio ⁇ ned laser diode. 4
  • FIG. 3A and B accordingly show a second "permanent" operating state, which is applied alternately with the first operating state during operation of the lighting device 10.
  • the conversion light intensity fluctuates only marginally in the second operating state (see Fig. 3A for illustration), although also in Figs
  • the pulse duration also corresponds to that in the first operating state with 5 ns, but the pulse pause duration is considerably shorter with 5 ns, ie the pulses follow one another more rapidly (see Fig. 3B for illustration) Pulse pauses hardly, so the conversion light intensity almost does not decrease.
  • the alternation between the first and the second operating state is advantageous on the whole because of the pump radiation yield, so that a good efficiency on the one hand and the aforementioned metrological advantages on the other hand can be achieved.
  • the switching back and forth between the first and second operating state results in a modulation that can be used metrologically.
  • the phosphor element 5 of BL LEVEL ⁇ processing unit 2 from, for example due to a mechanical Ermü ⁇ extension of the fastening, 10 detect the conversion of light sensors, a reduction in the conversion of light intensity, thus in particular the modulated signal is no longer detected. It may then for example.
  • a plurality of sensor units 10, 11 are provided because the inventors have found that not only a dropped phosphor element 5 as a total failure problematic, but also a local degradation of the luminescent ⁇ material element 5 may have a dangerous pump radiation leakage result.
  • the error falling on one of the pump radiation sensors 11 pump radiation intensity can be excessive, for example due ei ⁇ ner excessive deflection due to the damage (eg. Due to reflections from impurities) of the pump radiation in one direction.
  • an optical system between the illumination ⁇ unit 2 and the reflector 3 will be arranged which ei ⁇ ne local distribution reacting on the emitting surface 8 of light emitting elements ⁇ material 5 in an angular distribution.
  • Dement ⁇ speaking so emitted at different points of the emission surface 8 light in different directions and, accordingly, each directed to a different ⁇ sensor unit 10, 11.
  • the radiation area may be detected in 8 of their surface extent, therefore, at least to some approximation.
  • the probability may be greater, so that this is so every conceivable bare event of a fault can not be detected reliably for a part of the reflecting surface 8 from ⁇ "blind".
  • Fig. 4 shows a further inventive lighting ⁇ device 1, which corresponds in its basic structure to that according to Fig. 1.
  • the same reference numerals refer to parts in the context of this disclosure the same function and is then always referred to the corresponding description to the other figures.
  • two illumination units 2 a, 2 b are provided in that according to FIG. 4, each of which is constructed as explained with reference to FIG. 1.
  • the lighting units 2a, 2b are also operated alternately in each case in a first (slow) and a second (permanent) operating state. From lighting unit to lighting unit 2a 2b but the first operating state occurs a time lag with which the respective point in time in a swan ⁇ kung detected the Konversionslicht- or pump radiation intensity clearly one of the two illumination units 2a, 2b can be assigned.
  • one of the two illumination units 2a, 2b can then be assigned unambiguously if it is detected in the time interval in which this illumination unit 2a, 2b is in the first operating state.
  • the lighting unit 2a, 2b can then be switched off in a targeted manner.
  • FIG. 4 shows a further possibility of how the propagation of the pump radiation can be interrupted in the event of a fault.
  • a closure 40 is provided, which is moved in the event of an error in the path of the beam (interpreted by the arrow on ⁇ ).
  • the injection of an aerosol would be possible or could be a sort of mini-airbag are ignited and disrupt From ⁇ propagation of the pump radiation.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung (1) mit einer Beleuchtungseinheit (2) zur Emission von Nutzlicht (9) und einem Sensor (10), wobei die Beleuchtungseinheit (2) aus einer Laserdiode (4) zur Emission von Pumpstrahlung (6) und einem damit angeregten Leuchtstoffelement (5) zur Konversion der Pumpstrahlung (6) in Konversionslicht aufgebaut ist, welches zumindest anteilig das Nutzlicht (9) bildet, und wobei der Sensor (10) zur Überwachung der Pumpstrahlungskonversion und dabei dazu ausgelegt ist, eine Konversionslichtintensität zu erfassen, und die Beleuchtungsvorrichtung (1) für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass das Leuchtstoffelement (5) zumindest zeitweise solchermaßen gepulst bestrahlt und damit angeregt wird, dass zwischen zwei Pulsen (22) die von dem Sensor (10) erfasste Konversionslichtintensität um mindestens 10 % abnimmt.

Description

Beschreibung
Beleuchtungsvorrichtung mit Beleuchtungseinheit Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvor¬ richtung mit einer Beleuchtungseinheit, die eine Laserdi- ode zur Emission von Pumpstrahlung und ein Leuchtstoffelement zur Konversion der Pumpstrahlung aufweist.
Stand der Technik
Mit der Kombination aus einer Laserdiode zur Emission von Pumpstrahlung und einem beabstandet dazu angeordneten Leuchtstoffelement, das auf eine Anregung mit der Pump- Strahlung hin Konversionslicht emittiert, lassen sich Lichtquellen hoher Leuchtdichte realisieren. Bei der Pumpstrahlung kann es sich bspw. um UV-Strahlung oder vorzugsweise blaues Licht handeln, welches dann bspw. an¬ teilig gemeinsam mit dem Konversionslicht ein zur Be- leuchtung genutztes Nutzlicht bilden kann. Das Konversi¬ onslicht hat zumindest Anteile im sichtbaren Spektralbe¬ reich.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvor- richtung anzugeben. Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Beleuchtungsvor¬ richtung mit einer Beleuchtungseinheit zur Emission von Nutzlicht und einem Sensor, wobei die Beleuchtungseinheit eine Laserdiode zur Emission von Pumpstrahlung und ein von der Laserdiode im Betrieb bestrahltes und damit ange¬ regtes Leuchtstoffelement zur Konversion der Pumpstrahlung in Konversionslicht aufweist, welches Konversions¬ licht zumindest anteilig das Nutzlicht bildet, wobei der Sensor zur Überwachung der Pumpstrahlungskonversion vor- gesehen und dabei dazu ausgelegt ist, eine Konversions¬ lichtintensität zu erfassen, und zu dem Leuchtstoffele¬ ment der Beleuchtungseinheit derart angeordnet ist, dass ein Teil des Nutzlichts und damit ein Mess-Teil des Kon¬ versionslichts auf den Sensor fällt, und wobei die Be- leuchtungsvorrichtung für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass das Leuchtstoffelement zumindest zeitweise solchermaßen gepulst bestrahlt und damit angeregt wird, dass zwischen zwei Pulsen die von dem Sensor erfasste Konversionslichtintensität um mindestens 10 % abnimmt. Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrich- tungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
Die Pumpstrahlung fällt bevorzugt gebündelt auf das Leuchtstoffelement , welches das Konversionslicht dann in der Regel mit Lambertscher Abstrahlcharakteristik (also aufgefächert) emittiert. Bevorzugt wird ein nichtkonver- tierter Teil der Pumpstrahlung gemeinsam mit dem Konversionslicht als Nutzlicht genutzt, wobei bspw. aufgrund von Streuprozessen im Leuchtstoffelement auch der dann im Nutzlicht enthaltene Teil der Pumpstrahlung dem Konversi- onslicht vergleichbar aufgefächert ist. In einem Fehlerfall, wenn bspw. das Leuchtstoffelement aufgrund einer defekten mechanischen Befestigung abfällt, kann sich die Pumpstrahlung hingegen gebündelt auf dem eigentlich für das Nutzlicht vorgesehenen Pfad ausbreiten, was eine er- hebliche Augengefährdung bedeuten kann.
Mit dem Sensor wird deshalb die Pumpstrahlungskonversion überwacht, und es kann in einem Fehlerfall (zum Beispiel Konversionslichtintensität = 0) die Laserdiode bspw. ab¬ geschaltet werden (siehe unten im Detail, auch bezüglich möglicher Alternativen) . Indem nun die Anregung des Leuchtstoffelements und damit die vom Sensor erfasste Konversionslichtintensität moduliert werden, ist die messtechnische Erfassbarkeit verbessert. Das modulierte Signal kann schon an sich besser erfasst werden, etwa mit einer Differenzmessung. Zudem kann die Modulation bspw. auch dahingehend vorteilhaft sein, dass die Wahrschein¬ lichkeit einer Beeinflussung durch externes Störlicht zu¬ mindest reduziert wird, weil das Messsignal seine eigene Charakteristik hat. Wenngleich der gepulste Betrieb mit der abfallenden Konversionslichtintensität bspw. hin¬ sichtlich des Aufwands und der Nutzlichtausbeute nachtei¬ lig sein kann, überwiegt der messtechnische Vorteil.
Die von dem Sensor erfasste Konversionslichtintensität soll zwischen zwei Pulsen um mindestens 10 %, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 2 0 % , 30 % , 4 0 % , 50 % , 60 % bzw. 7 0 %, abnehmen. Im Allgemeinen ist auch ein vollständiger Rückgang denkbar, auch wegen der Lichtausbeute bzw. einer dann erforderlichen erheblichen Überdimensionierung der Laserdiode können jedoch Obergrenzen der Abnahme bspw. bei höchstens 90 % bzw. 8 0 % liegen .
Als „Konversionslichtintensität" wird das vom Sensor Er- fasste betrachtet, also bspw. ein über die Schnittmenge aus Spektralbereich des Konversionslichts und Sensitivi- tätsbereich des Sensors gebildeter Mittelwert der Intensität. Der Teil des Nutzlichts, der auf den Sensor fällt, soll bezogen auf das gesamte Nutzlicht einen eher kleinen Teil davon ausmachen, bspw. nicht mehr als 2 0 %, bevor- zugt nicht mehr als 1 0 %, besonders bevorzugt nicht mehr als 5 %; eine solche Begrenzung kann etwa aus Effizienzgründen von Interesse sein. Eine Untergrenze kann sich bspw. in Abhängigkeit von der Sensibilität des Sensors und der gesamten Nutzlichtmenge ergeben, mögliche Werte liegen bspw. bei mindestens 0 , 1 V», 1 » bzw. 1 0 V» . Die für den auf den Sensor fallenden Nutzlichtteil offenbarten Werte sollen auch für den Mess-Teil als bevorzugt offen¬ bart sein (bezogen auf das gesamte vom LeuchtStoffelement weg zur Beleuchtungsanwendung geführte Konversionslicht) . Soweit von Licht die Rede ist, das „auf den Sensor" fällt, bezieht sich dies auf das Licht, das auf dessen aktive Messfläche fällt. Das auf die Messfläche fallende Licht wird (gegeben einer Sensitivität in dem entspre¬ chenden Spektralbereich) in ein elektrisches Signal umge- setzt. Bevorzugt ist der Sensor eine Fotodiode, wobei dann bspw. mit einem wellenlängenabhängigen Filter ein jeweilig interessierender Spektralbereich ausgewählt sein kann . Das Leuchtstoffelement wird (zumindest zeitweise) gepulst bestrahlt, die „Pulse" ergeben sich insoweit also bei Be¬ trachtung der (als Mittelwert über den Spektralbereich der Pumpstrahlung genommenen) Pumpstrahlungsintensität auf dem Leuchtstoffelement im zeitlichen Verlauf. Das Leuchtstoffelement wird bevorzugt in Transmission betrie¬ ben, es fällt also die Pumpstrahlung auf eine Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements und wird das Konversions¬ licht an einer dieser entgegengesetzten Abstrahlfläche (bevorzugt gemeinsam mit einem Teil nichtkonvertierter Pumpstrahlung) als Nutzlicht abgeführt.
Alternativ ist auch eine reflektive Anordnung möglich, bei der das Leuchtstoffelement z. B. auf einem verspie¬ gelten Substrat, bspw. einem Kühlelement, angebracht ist und die an einer Einstrahlfläche in das Leuchtstoffele- ment einfallende Pumpstrahlung das Leuchtstoffelement durchsetzt, um zumindest teilweise an der Verspiegelungs- schicht reflektiert zu werden, also das Leuchtstoffele¬ ment dann zweimal zu durchlaufen. Die Einstrahlfläche ist zugleich auch Abstrahlfläche, es wird von dort das Nutz- licht (zumindest Konversionslicht) aufgesammelt. Bevor¬ zugt kann auch hierbei in dem Nutzlicht ein nichtkonvertierter Teil der Pumpstrahlung enthalten sein und dann gemeinsam mit dem Konversionslicht in Richtung der Pump- Strahlungseinfallsrichtung emittiert bzw. gestreut werden .
Bevorzugt weist das Leuchtstoffelement einen Gelb- Leuchtstoff, besonders bevorzugt Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce), als Leuchtstoff zur Emission von gelbem Licht auf, welches bevorzugt mit einem nichtkonvertierten Teil des blauen Pumplichts zu dem Nutzlicht gemischt wird. Das Nutzlicht ist bevorzugt Weißlicht.
Das Leuchtstoffelement kann im Allgemeinen während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung auch dauerhaft mittels Pulsen mit vergleichsweise langer Pulspausendauer gepulst bestrahlt werden, so dass zwischen zwei Pulsen die von dem Sensor erfasste KonversionslichtIntensität um mindestens 10 % abnimmt. Das Leuchtstoffelement wird aber bevorzugt nur „zeitweise", nämlich in einem bestimmten, ersten Betriebszustand, der vorzugsweise zeitlich wieder¬ holt eintritt, mit derartigen Pulsen gepulst bestrahlt, . Soweit generell davon die Rede ist, dass die Beleuch¬ tungsvorrichtung für einen bestimmten Betrieb eingerich- tet ist, meint dies, dass sie bspw. mit einer Steuerein¬ heit ausgestattet ist, die im Betrieb der Beleuchtungs¬ vorrichtung die entsprechenden Funktionsabläufe umsetzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungsvorrichtung zusätzlich zu dem ersten Betriebszustand für einen zweiten Betriebszustand eingerichtet, in dem die von dem Sensor erfasste Konversionslichtintensität im Wesentlichen konstant sein soll, nämlich um in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 5
2 % bzw. 1 % abfallen soll (im Vergleich zu einem Maxi- malwert, der im jeweiligen zweiten Betriebszustand erreicht wird) . Im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung, wenn diese also das Nutzlicht emittiert, folgen der erste und der zweite Betriebszustand abwechselnd aufeinander. Auf diese Weise lässt sich bspw. einerseits eine gute Lichtausbeute (zweiter Betriebszustand) bei andererseits zuverlässig überprüfbarer Pumpstrahlungskonversion (erster Betriebszustand) erreichen. Der Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand kann auch an sich eine weitere Modulation des Messsignals darstellen, bspw. mit den vorstehend genannten Vorteilen die Messtechnik betreffend .
Die Zeitdauer, für welche die Beleuchtungsvorrichtung dann jeweils im ersten oder im zweiten Betriebszustand ist, kann im Allgemeinen von Wechsel zu Wechsel auch variieren. Bevorzugt liegt jedoch der erste Betriebszustand jeweils für dieselbe (erste) Zeitdauer an und/oder liegt der zweite Betriebszustand jeweils für dieselbe (zweite) Zeitdauer an, besonders bevorzugt gilt beides, wobei sich die erste und die zweite Zeitdauer voneinander durchaus unterscheiden können. Die erste/zweite Zeitdauer werden jeweils von Wechsel zu Wechsel genommen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Beleuchtungsvorrichtung für einen Betrieb derart eingerichtet, dass während eines jeweiligen ersten Betriebszustands (von dem Wechsel in bis zu dem Wechsel aus dem ersten Betriebszustand) die Konversionslichtintensität mindestens 5-mal, vorzugsweise mindestens 10-mal, weiter bevorzugt mindestens 15-mal, besonders bevorzugt mindestens 20-mal, um die mindestens 10 % abnimmt (vgl. die vorstehende Offenbarung bezüglich weiterer Werte für die prozentuale Abnahme) .
Generell haben die im ersten Betriebszustand auftretenden Pulse bevorzugt dieselbe Pulsdauer und/oder ist die Peri- odendauer, die bei zwei aufeinanderfolgenden Pulsen von ansteigender Flanke zu ansteigender Flanke genommen wird, über den ersten Betriebszustand konstant. Diese Werte, wie auch die Pulspausendauer, die zwischen der abfallenden Flanke des einen und der ansteigenden Flanke des da- rauffolgenden Pulses genommen wird, werden jeweils von/bis dort genommen, wo die Intensität des jeweiligen Pulses auf die Hälfte seines Maximums angestiegen (an¬ steigende Flanke) oder abgefallen (abfallende Flanke) ist. Die Pulsdauer wird also bspw. als Halbwertsbreite genommen, die übrigen Größen analog.
Bevorzugt haben die Pulse im ersten Betriebszustand je¬ weils eine Pulsdauer von mindestens 1 ns, weiter bevorzugt mindestens 3 ns, besonders bevorzugt mindestens 5 ns; mögliche Obergrenzen der Pulsdauer können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 50 ns, 40 ns, 30 ns, 20 ns bzw. 10 ns liegen. Die Pulspausendauer kann bspw. auch von einer Relaxationszeit des Leuchtstoffs abhängen, nach welcher sich bestimmt, wie schnell die Konversions¬ lichtintensität um den gewünschten Betrag abfällt. Bevor- zugt kann eine Pulspausendauer von mindestens 10 ns, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 20 ns, 30 ns, 40 ns, 50 ns, 60 ns bzw. 70 ns, sein; davon unab¬ hängig können mögliche Obergrenzen der Pulspausendauer bspw. bei höchstens 500 ns, 400 ns, 300 ns, 200 ns, 150 ns bzw. 100 ns liegen.
Auch in dem vorstehend genannten zweiten Betriebszustand ist (alternativ zu einer dauerhaften) eine gepulste Anre- gung möglich, wobei die Pulspausendauer dann bspw. nicht mehr als 5 ns, 3 ns bzw. 1 ns betragen soll (mögliche Un¬ tergrenzen können davon unabhängig bei 0,1 ns bzw. 0,5 ns liegen) . Im Fall einer gepulsten Anregung während des zweiten Betriebszustands ist die Pulspausendauer beim zweiten Betriebszustand kürzer als beim ersten Betriebs¬ zustand. Die Pulsdauer im zweiten Betriebszustand kann im selben Bereich wie jene im ersten Betriebszustand liegen, es wird auf die vorstehenden Werte verwiesen.
In bevorzugter Ausgestaltung wird die gepulste Bestrah- lung des Leuchtstoffelements durch einen entsprechend ge¬ pulsten Betrieb der Laserdiode erreicht, ist also deren Ausgangsleistung gepulst. „Ausgangsleistung" bezieht sich auf die Leistung der von der Laserdiode an sich emittierten Pumpstrahlung. Die Modulation wird dann durch eine entsprechende Ansteuerung elektronisch erreicht, also mit einer Steuereinheit (die Teil der Beleuchtungsvorrichtung ist) . Wenngleich im Allgemeinen bspw. auch eine konstante Ausgangsleistung in Verbindung mit einem Shutter bzw. Blendenrad zur Erzeugung der Pulse denkbar ist, kann die gepulste Ausgangsleistung insoweit vorteilhaft sein, als keine mechanisch bewegten Teile notwendig sind, was Ver¬ schleiß und Wartungsanfälligkeit reduzieren helfen kann.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Beleuchtungsvorrichtung für einen Betrieb derart eingerichtet, dass die Aus- gangsleistung der Laserdiode zwischen den Pulsen, also in der Pulspause, um mindestens 30 %, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % bzw. 90 %, abnimmt. Die Ausgangsleistung wird hier- bei als zeitlicher Mittelwert betrachtet, der über die Pulsdauer des Pulses oder die Pulspausendauer der auf diesen folgenden Pulspause gebildet wird. Besonders be¬ vorzugt wird die Ausgangsleistung der Laserdiode in der Pulspause auf 0 gesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung einen Reflektor mit einer Reflexionsfläche auf, über welche das Nutzlicht einer Beleuchtungsan¬ wendung zugeführt wird. Neben der Umlenkung dient der Reflektor bevorzugt zugleich der Formung, wird die Strahl- bündelform also mit dem Reflektor auf bspw. die Anforderungen der jeweiligen Beleuchtungsanwendung hin ange- passt, bspw. kollimiert. Für die Reflexionsfläche kann eine asphärische Form bevorzugt sein, etwa eine ellipsoi- dale, paraboloide oder hyperboloide Form. Der Reflektor / die Reflexionsfläche kann auch konvexe und konkave Berei¬ che umfassen bzw. freiförmig gestaltet sein, bevorzugt ist eine im Gesamten konkave Form (Konkavspiegel) .
Bevorzugt ist die Reflexionsfläche mit einer Unterbre¬ chung vorgesehen, durch welche der Teil des Nutzlichts (mit dem Mess-Teil) tritt und auf den Sensor fällt. Die Unterbrechung ist in ihrem Flächeninhalt bevorzugt eher klein im Verhältnis zu einem Flächeninhalt des mit Nutz¬ licht beleuchteten Teils der Reflexionsfläche. Letzterer steht zum Flächeninhalt der Unterbrechung bspw. in einem Verhältnis von in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 10:1, 20:1, 30:1, 40:1 bzw. 50:1; mögliche Obergrenzen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 5000:1, 4000:1, 3000:1, 2000:1 1000:1, 500:1, 250:1 bzw. 100:1 liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Die Unterbrechung in der Reflexionsfläche kann bspw. einen Flächeninhalt von mindestens 0,5 mm2, 1 mm2, 2 mm2 bzw. 3 mm2 haben, wobei mögliche Obergrenzen (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 20 mm2, 15 mm2 bzw. 10 mm2 liegen können (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) .
Die Unterbrechung in der Reflexionsfläche ist bevorzugt ein zusammenhängendes Loch. Die Reflexionsfläche kann bspw. von einer reflektiven, auf den übrigen Reflektor aufgebrachten Beschichtung gebildet sein, etwa einem Metallfilm. Es ist dann jedenfalls diese Beschichtung unterbrochen und kann je nach Beschaffenheit des übrigen Reflektors auch dieser zum Sensor hin unterbrochen sein. Die Unterbrechung kann sich also durch den gesamten Re- flektor (Grundkörper und Reflexionsschicht) wie ein Kanal zu dem Sensor hin erstrecken.
Andererseits kann bspw. auch ein Reflektor mit einem transmissiven Grundkörper vorgesehen sein, bei welchem dann auch eine Unterbrechung der Reflexionsschicht allein die Lichtausbreitung zum Sensor hin ermöglichen kann. Im Übrigen kann der Reflektor auch ein monolithisches Teil, etwa ein Metallteil, sein, das in seinem Inneren frei von Materialgrenzen zwischen unterschiedlichen Materialien bzw. Materialien unterschiedlicher Herstellungsgeschichte ist. Es muss also nicht zwingend eine Reflexionsschicht vorgesehen sein, sondern kann der monolithische Reflektor auch selbst die Reflexionsfläche bilden, wobei sich die Unterbrechung dann durch den gesamten Reflektor er- streckt.
Im Allgemeinen ist auch eine zu dem Konzept „Reflektor mit Unterbrechung" inverse Führung des Nutzlichtteils möglich, kann also in einem Strahlengang mit dem Nutzlicht ein im Vergleich zum Strahlbündelquerschnitt klei- ner Spiegel angeordnet werden, über welchen das Nutzlicht mit dem Mess-Teil auf den Sensor gekoppelt wird (bei meh¬ reren Sensoren ist ein Feld von Auskoppelspiegeln möglich) . Im Allgemeinen kann sogar auch der Sensor selbst in einem Strahlengang mit dem Nutzlicht angeordnet sein, wenn der Strahlbündelauerschnitt relativ zum Sensor ent¬ sprechend groß ist. Bei der bevorzugten Anwendung im Kfz- Frontscheinwerfer kann die Beleuchtungseinheit das Nutzlicht auch bereits originär in Fahrtrichtung emittieren, wird also das Nutzlicht dann weiter bevorzugt reflexions- frei (ohne Reflexion) auf die Straße geführt, bspw. durch eine Linse.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform durchsetzt der Nutzlichtteil (mit dem Mess-Teil) ein Streumittel, etwa eine Streuscheibe. Das Streumittel kann dabei in einen eben genannten Reflektor integriert sein, also dann bspw. in der Unterbrechung angeordnet sein. Alternativ kann das Streumittel auch der Unterbrechung in Strahlrichtung nachgeordnet angebracht sein. Das Streumittel weitet den Öffnungswinkel des Teil-Strahlenbündels mit dem auf den Sensor fallenden Nutzlicht auf, etwa um mindestens 2,5°, 4° bzw. 5°, wobei mögliche Obergrenzen (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 30°, 20° bzw. 10° liegen (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Für die Ermittlung der Öffnungswinkeländerung wird eine 1/e2- Breite oder bevorzugt die Halbwertsbreite zugrunde ge¬ legt. Mit dem Streumittel kann vorteilhafterweise eine Homogenisierung des zu messenden Konversionslichts über die Messfläche des Sensors erreicht werden. Das Streumittel kann als Oberflächenstruktur und/oder als Volumenstreuer vorgesehen sein, bevorzugt als eines davon. Es können also bspw. in ein Volumenmaterial (etwa ein Streuscheibenmaterial) Streuzentren wie bspw. Streu¬ partikel und/oder Gaseinschlüsse eingebettet sein. Eine als Streumittel vorgesehene Oberflächenstruktur kann im Allgemeinen auch geometrisch bestimmt, also regelmäßig sein. Bevorzugt ist eine Mattierung der Oberfläche, die bspw. auch als Beschichtung aufgebracht sein kann, vorzugsweise jedoch durch eine Anrauung eines Volumenmateri- als (insbesondere Streuscheibenmaterials) erreicht wird, etwa in einem Ätzprozess.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Nutzlicht anteilig auch nichtkonvertierte Pumpstrahlung, be¬ vorzugt blaues Pumplicht. Vorzugsweise ist dann ein zwei- ter Sensor zum Erfassen der Pumpstrahlungsintensität vorgesehen. Die beiden Sensoren sind dann bevorzugt möglichst nah beisammen als Sensoreinheit angeordnet, es kann also das darauffallende Licht bspw. dieselbe Unter¬ brechung in einer Reflexionsfläche und/oder dasselbe Streumittel durchsetzen. Bevorzugt ist der erste Sensor eine Fotodiode mit einem ihrer Messfläche vorgelagerten wellenlängenabhängigen Filter, der das Konversionslicht passieren lässt und die Pumpstrahlung blockiert (jeweils zu mindestens 60 %, 70 % bzw. 80 %) und/oder ist der zweite Sensor eine Fotodiode mit einem ihrer Messfläche vorgelagerten wellenlängenabhängigen Filter, der die Pumpstrahlung passieren lässt und das Konversionslicht blockiert (jeweils zu mindestens 60 %, 70 % bzw. 80 %) . „Blockieren" meint hierbei reflektieren und/oder absorbieren .
Dem Sensor zum Erfassen der Pumpstrahlung bzw. der entsprechenden Fotodiode kann bspw. auch ein Polarisationsfilter zugeordnet sein, der z. B. nur Licht einer be- stimmten linearen Polarisation passieren lässt. Die Pumpstrahlung ist in der Regel polarisiert, sodass der Pola¬ risationsfilter dann also bei entsprechender Abstimmung (Drehposition) vorrangig die Pumpstrahlung passieren lassen kann. Sind eine Mehrzahl Beleuchtungseinheiten vorge- sehen (siehe unten), können dann bspw. auch die Laserdioden jeweils unterschiedlich ausgerichtet (gedreht) sein, sodass die jeweiligen Polarisationsebenen gleichermaßen verdreht sind. Durch eine entsprechende An¬ passung der Orientierung der Polarisationsfilter bei meh- reren Pumpstrahlungs-Sensoren kann so also bspw. ein jeweiliger Sensor zur (vorrangigen) Erfassung einer jeweiligen Beleuchtungseinheit eingerichtet werden.
Die Kombination zweier Sensoren kann bspw. insoweit vorteilhaft sein, als mit der zusätzlichen Erfassung der Pumpstrahlungsintensität die Konversionslichtintensität nicht nur mit absoluten Grenzwerten für die Detektion eines Fehlerfalls (zum Beispiel „abgefallenes Leuchtstof¬ felement") genutzt werden kann, sondern auch eine relati- ve, von der Pumpstrahlungsintensität abhängige Grenze eingehen kann. Wird bspw. die Ausgangsleistung der Beleuchtungseinheit generell verringert, muss dies trotz der geringeren Konversionslichtintensität nicht die Fest¬ stellung eines Fehlerfalls zur Folge haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Mehrzahl Sensoren zur Überwachung der Pumpstrahlungskonversion vorgesehen, die also jeweils zur Erfassung der Konversionslichtintensität ausgelegt sind. Es fällt dann auf je¬ den der Sensoren ein Teil des Nutzlichts und damit ein jeweiliger Mess-Teil des Konversionslichts. „Mehrzahl" meint hierbei mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens vier, Sensoren, wo¬ bei mögliche Obergrenzen (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 20, 15 bzw. 10 Sensoren liegen. Jeder dieser zusätzlichen Sensoren ist bevorzugt der vor- und auch nachstehenden Beschreibung des ersten Konversionslicht- Sensors entsprechend ausgestaltet. Besonders bevorzugt sind die Mehrzahl Sensoren untereinander baugleich.
Das Vorsehen einer Mehrzahl Sensoren zum Erfassen der Konversionslichtintensität wird auch unabhängig von dem im Hauptanspruch enthaltenen Merkmal „gepulste Bestrahlung" als Erfindung gesehen und soll auch in dieser Form offenbart sein. Dabei ist aber gleichwohl eine Kombinati¬ on mit den übrigen Merkmalen möglich, können die Sensoren also bspw. jeweils über eine jeweilige Unterbrechung in der Reflexionsfläche und/oder durch ein jeweiliges Streu¬ mittel beleuchtet werden.
Die Erfinder haben festgestellt, dass nicht nur ein To- talausfall (abgefallenes Leuchtstoffelement) kritisch sein kann, sondern bspw. auch eine lokale Degradation bzw. Beschädigung einen überproportionalen Pumpstrahlungseintrag beleuchtungsseitig zur Folge haben kann. Dies betrifft dann nicht das Strahlenbündel mit dem Nutz- licht im Gesamten, sondern nur einen Winkelbereich davon (die Ortsverteilung auf der Abstrahlfläche des Leucht¬ stoffelements wird in der Regel mit einer Optik in eine Winkelverteilung umgesetzt, siehe unten) . Dementsprechend könnte dann bspw. mit einem einzigen Sensor, der bspw. auf einem Mittenstrahl des Nutzlicht-Strahlenbündels platziert ist, eine „randseitige" Degradation und damit in einem Winkelbereich kritisch erhöhte Pumpstrahlungsintensität nicht oder nur begrenzt erfasst werden. Mit der Mehrzahl Sensoren kann hingegen das Nutzlicht- Strahlenbündel auch über seine Winkelausdehnung überwacht werden. Es wird also bspw. ein Sensor eher mittig des Nutzlicht-Strahlenbündels (beim Mittenstrahl) und ein an¬ derer randseitig (beim Randstrahl) angeordnet.
Bevorzugt ist im Falle der Mehrzahl Konversionslicht- Sensoren jedem der Sensoren ein jeweiliger zweiter Sensor zum Erfassen der Pumpstrahlungsintensität zugeordnet (derselben Unterbrechung und/oder demselben Streumittel, siehe vorne) , sind also eine Mehrzahl Sensoreinheiten vorgesehen. Es ist dann also eine winkel- und auch spekt- raiaufgelöste Überwachung der Pumpstrahlungskonversion möglich .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Mehrzahl Beleuchtungseinheiten mit jeweils einer Laserdiode und einem Leuchtstoffelement vorgesehen und fällt von jeder der Beleuchtungseinheiten ein jeweiliger Nutzlichtteil auf den Sensor. Bevorzugt kann die Beleuchtungsvorrichtung dann auf einen Betrieb derart eingerichtet sein, dass bei einem Abfall der vom Sensor erfassten Konversi- onslichtintensität in einen Testmodus geschaltet wird, in dem die Beleuchtungseinheiten nicht alle gleichzeitig, sondern nacheinander immer jeweils nur einzeln eingeschaltet sind. Auf diese Weise lässt sich dann die kriti¬ sche bzw. defekte Beleuchtungseinheit individualisieren und gezielt abschalten oder dimmen.
Bevorzugt werden auch eine Mehrzahl der Beleuchtungseinheiten jeweils zumindest zeitweise gemäß dem ersten Be¬ triebszustand gepulst betrieben, besonders bevorzugt sämtliche Beleuchtungseinheiten. Dabei können, wenn sich der erste Betriebszustand bevorzugt mit einem zweiten, im Wesentlichen dauerhaften Betriebszustand abwechselt (sie¬ he vorne im Detail) , die Beleuchtungseinheiten auch zueinander zeitlich versetzt in jeweils dem ersten Betriebszustand betrieben werden. Dies kann in einem Fehlerfall auch die betroffene Beleuchtungseinheit individualisieren helfen. Bevorzugt kann sein, dass für die unterschiedli¬ chen Beleuchtungseinheiten eine jeweils unterschiedliche Zeitdauer des ersten Betriebszustands und/oder eine je¬ weils unterschiedliche Zeitdauer des zweiten Betriebszu- Stands vorgegeben wird, was ebenfalls eine Möglichkeit zur individuellen Zuordnung darstellt.
Eine Individualisierung kann bspw. auch derart möglich sein, dass von Beleuchtungseinheit zu Beleuchtungseinheit für den ersten Betriebszustand eine jeweils unterschied¬ liche Pulsdauer und/oder eine unterschiedliche Pulspau¬ sendauer gewählt wird (also jeweils eine Signatur) . Eine dem Sensor zugeordnete Auswerteeinheit kann die Beleuch¬ tungseinheiten dann bspw. nach der Frequenz (der Pulse) oder nach deren Länge individualisieren. Andererseits können die Beleuchtungseinheiten im Allgemeinen aber auch synchronisiert gepulst betrieben werden.
Bevorzugt kann sein, dass sich die Laserdioden der Beleuchtungseinheiten in ihrer jeweiligen Dominantwellen- länge unterscheiden, was auch eine Differenzierungsmög¬ lichkeit bieten kann. Dabei kann bspw. schon eine Wellenlängendifferenz von mindestens 0,5 nm, bevorzugt mindes¬ tens 1 nm, weiter bevorzugt mindestens 1,5 nm, messtech¬ nisch interessant sein. In ihrer Wellenlänge (der Pump- Strahlung) entsprechend gestaffelte Beleuchtungseinheiten lassen sich bspw. durch Sortieren der Laserdioden erreichen, deren Dominantwellenlänge bspw. fertigungsbedingt einer gewissen Schwankung (Los zu Los-Schwankung) unterliegen kann. Es lässt sich dann bspw. mit einer Mehrzahl Sensoren zur Erfassung der Pumpstrahlungsintensität jeder der Sensoren auf eine jeweilige Beleuchtungseinheit abstimmen, etwa indem ein jeweiliger Sensor mit seinem wellenlängenabhängigen Filter auf eine jeweilige Beleuchtungseinheit (de- ren Laserdiode) angepasst ist, also zumindest vorrangig (zu bspw. mindestens 60 %, 70 % bzw. 80 %) die Pumpstrah¬ lungsintensität für die entsprechende Beleuchtungseinheit erfasst . Auch bei einem Pumpstrahlungs-Sensor kann die sich durch die gepulste Bestrahlung während des ersten Betriebszu¬ stands oder auch durch eine gepulste Bestrahlung während des zweiten Betriebszustand ergebende Modulation in einer analogen Weise, wie vorstehend für den Konversionslicht- Sensor beschrieben, zur Individualisierung der Beleuchtungseinheiten genutzt werden. Vorteilhafterweise können dann durch entsprechende Unterschiede im ersten Be¬ triebszustands von Beleuchtungseinheit zu Beleuchtungs¬ einheit (siehe dazu vorne im Detail) die Beleuchtungsein- heiten sowohl über den Konversionslicht-Sensor als auch über den Pumpstrahlungs-Sensor individualisiert werden.
Generell ist „Beleuchtungseinheit" bevorzugt auf ein für sich baulich integriertes Teil zu lesen, sind die Laser¬ diode und das Leuchtstoffelement also in einem gemeinsa- men Gehäuse zusammengefasst . Dieses kann zu einer Seite hin mit einem dem Leuchtstoffelement nachgelagerten Transmissionsfenster (im Allgemeinen auch einer Linse, bevorzugt einer planparallelen Platte) abgedeckt sein, dessen dem Leuchtstoffelement entgegengesetzte Seite dann die Abstrahlfläche der Beleuchtungseinheit bildet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet, in einem Fehlerfall eine Ausbrei¬ tung der Pumpstrahlung zumindest zu verringern, sodass also bspw. die Pumpstrahlungsintensität mindestens um 60 %, 70 %, 80 % bzw. 90 % (in der Reihenfolge der Nen¬ nung zunehmend bevorzugt) abnimmt. Bevorzugt wird dafür die Ausgangsleistung der Laserdiode zumindest gedimmt o- der vollständig abgeschaltet, wobei ersteres etwa inso- weit von Interesse sein kann, als dann noch eine gewisse Notlichtfunktion erhalten bleibt. Im bevorzugten Fall der Automobilbeleuchtung kann dies auch verkehrssicherheitsrelevant sein. Bevorzugt ist also eine elektronische Ab¬ schaltung der Laserdiode. Im Allgemeinen kann die Pumpstrahlungsausbreitung aber bspw. auch durch Einbringen eines Filters/einer Blende/einer Abdeckung auf optischem Wege verringert oder vollständig blockiert werden. Es ist bspw. auch möglich, dass im Fehlerfall ein Aerosol freigesetzt wird, etwa im Gehäuse der Beleuchtungseinheit, um die Pumpstrahlungs¬ ausbreitung zumindest zu verringern. Es kann auch einem Airbag vergleichbar ein Körper expandieren und die Pumpstrahlungsausbreitung reduzieren, wobei im Falle einer gewissen Transparenz des Körpers auch ein vorstehend ge- nannter Notfallbetrieb möglich bleiben kann. In dieser Form expandieren kann bspw. ein Schaummaterial, bevorzugt kann tatsächlich ein dann in einem Fehlerfall mit einem Gas gefüllter Sack aus einem allenfalls eingeschränkt transmissiven Material vorgesehen sein. Der „Fehlerfall" kann im bevorzugten Anwendungsfall der Automobilbeleuchtung bspw. auch in Abhängigkeit von einem Merkmal des Gesamtzustands des Fahrzeugs festgestellt werden, wobei bspw. die Daten von Beschleunigungssensoren Eingang finden können. Eine Abschaltung bzw. Dimmung kann also bspw. Hand in Hand mit einem Einsetzen der Gurtstraffer bereits vor einem Unfall erfolgen. Es ist jedoch auch eine Kopplung mit bspw. der Airbag-Auslösung möglich. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Fehlerfall in Ab¬ hängigkeit von einer Abnahme der von dem Sensor erfassten Konversionslichtintensität festzustellen. So kann eben bspw. auf ein abgefallenes bzw. lokal degradiertes Leuchtstoffelement und dementsprechend die Gefahr des überproportionalen Austritts hochenergeti¬ scher/gebündelter Pumpstrahlung geschlossen werden. Die Detektion des Fehlerfalls kann dabei zusätzlich auch an ein weiteres Kriterium geknüpft werden, sodass also bspw. der Fehlerfall bloß dann festgestellt wird, wenn ausge¬ schlossen werden kann, dass die Abnahme nicht durch eine generell verringerte Ausgangsleistung der Beleuchtungs¬ einheit bedingt ist. Bevorzugt wird die Abnahme der Kon¬ versionslichtintensität zusammen mit und in Abhängigkeit von dem Verhalten der Pumpstrahlungsintensität betrach¬ tet .
Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer vorliegend offenbarten Beleuchtungseinrichtung, bevorzugt einen Frontscheinwerfer. Wie bereits eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungs¬ vorrichtung zur Beleuchtung, vorzugsweise zur Kraftfahrzeugbeleuchtung, weiter bevorzugt zur Kraftfahrzeugaußenbeleuchtung, besonders bevorzugt in einem Frontscheinwer- fer. Von Interesse kann eine Anwendung aber bspw. auch bei den Rückleuchten/Signalleuchten, insbesondere den Bremsleuchten, sein. Auch eine Anwendung im Fahrzeuginnenraum ist denkbar. Bevorzugt ist eine Verwendung der Beleuchtungseinrichtung dazu, wofür sie eingerichtet ist. Sofern in der vorlie¬ genden Offenbarung also Verfahrensmerkmale angegeben sind, sind diese einerseits dahingehend zu lesen, dass die Beleuchtungsvorrichtung mittels einer entsprechenden Steuereinheit zur Durchführung der jeweiligen Verfahrensschritte eingerichtet ist, diese also im Betrieb der Be¬ leuchtungsvorrichtung automatisiert ablaufen. Andererseits ist die Offenbarung eben auch auf eine entsprechende Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung zu lesen, bei welcher Verwendung die Verfahrensschritte durchgeführt werden .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Fig. 1A eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht ; Fig. 1B eine Detailansicht zu Fig. 1A;
Fig. 2A die bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einem ersten Betriebszustand mit einem der Sensoren erfasste Konversionslichtintensität im zeitlichen Verlauf;
Fig. 2B die Pumpstrahlungsintensität in dem ersten Be¬ triebszustand gemäß Figur 2A im zeitlichen Verlauf;
Fig. 3A die mit einem der Sensoren der Beleuchtungsvor- richtung gemäß Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand erfasste Konversionslichtintensität;
Fig. 3B die Pumpstrahlungsintensität zur Erzeugung der
Konversionslichtintensität gemäß Fig. 3A;
Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Beleuchtungsvor- richtung mit zwei Beleuchtungseinheiten.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1A zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 mit einer Beleuchtungseinheit 2 und einem Reflek¬ tor 3. Die schematisch geschnitten gezeigte Beleuchtungs- einheit 2 ist aus einer Laserdiode 4 und einem Leucht¬ stoffelement 5 aufgebaut. Eine von der Laserdiode 4 emit¬ tierte Pumpstrahlung 6 fällt auf eine Einstrahlfläche 7 des Leuchtstoffelements 5 und wird in diesem teilweise in gelbes Konversionslicht konvertiert (das Leuchtstoffele- ment 5 weist YAG:Ce auf) . An einer der Einstrahlfläche 7 entgegengesetzten Abstrahlfläche 8 wird Nutzlicht 9 in näherungsweise Lam¬ bertscher Form abgegeben. Dieses Nutzlicht 9 setzt sich aus dem Konversionslicht und einem nichtkonvertierten Teil der Pumpstrahlung 6, bei welcher es sich vorliegend um blaues Pumplicht handelt, zusammen. Das Nutzlicht 9 ist Weißlicht, welches über den Reflektor 3 (nach einer Reflexion an dessen Reflexionsfläche 13) einer Beleuchtungsanwendung zugeführt wird, nämlich zur Straßenaus- leuchtung genutzt wird.
Auf der der Beleuchtungseinheit 2 abgewandten Seite des Reflektors 3 sind drei Sensoreinheiten 10, 11 angeordnet, die sich jeweils aus einem Sensor 10 zur Erfassung der Konversionslichtintensität und einem Sensor 11 zur Erfas- sung der Pumpstrahlungsintensität zusammensetzen. Jeder Sensor 10, 11 entspricht einer Fotodiode mit einem vorge¬ lagerten wellenlängenabhängigen Filter (nicht dargestellt) , der das Licht im entsprechenden Wellenlängenbe¬ reich zur jeweiligen Fotodiode passieren lässt. Zu den Fotodioden der Sensoren 10 gelangt das Konversionslicht, zu jenen der Sensoren 11 die Pumpstrahlung (der jeweilig andere Teil des Nutzlichts 9 wird blockiert) .
Um das Nutzlicht 9 zu einer jeweiligen Sensoreinheit 9, 10 zu führen, ist, wie in Fig. 1B Illustriert, die Refle- xionsfläche 13 mit Unterbrechungen 14 vorgesehen, durch welche jeweils lokal Nutzlicht 9 auf die jeweilige Sen¬ soreinheit 10, 11 fällt. Die Unterbrechungen 14 sind mit einer Fläche von jeweils rund 0,5 mm2 vergleichsweise klein, es geht also je Sensoreinheit 10, 11 für die Mes- sung nur ein vergleichsweise geringer Teil des Nutzlichts
9 verloren. Strichliert ist das der Beleuchtungsanwendung zugeführte Licht dargestellt.
Vorliegend ist der Reflektor 13 als ein Metallteil vorge- sehen, dessen Oberfläche die Reflexionsfläche 13 bildet. Im Bereich der jeweiligen Unterbrechung 14 ist der Reflektor 13 im Gesamten unterbrochen. In jede Unterbrechung 14 ist eine jeweilige Streuscheibe eingesetzt (der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt) , welche das jeweilig durch die Unterbrechung 14 tretende Nutzlicht aufweitet und damit über die jeweilige Sensoreinheit 10, 11 homogenisiert.
Das Leuchtstoffelement 5 wird in einem ersten Betriebszu¬ stand gepulst angeregt, so dass die Laserdiode 4 Pump¬ strahlung in Pulsen mit einer im Verhältnis zur Pulsdauer vergleichsweise langen Pulspausendauer emittiert. Folg¬ lich ist die von einem jeweiligen Konversionslichtsensor
10 erfasste Konversionslichtintensität nicht konstant, sondern sie fällt der Relaxationszeit des Leuchtstoffs entsprechend ab, vgl. Fig. 2A zur Illustration.
Je Konversionslichtsensor 10 steht dann mit der entsprechend schwankenden Konversionslichtintensität zeitweise ein moduliertes Signal zur Verfügung, welches messtechnisch zuverlässig zugänglich ist. Fig. 2A zeigt die Kon- versionslichtintensität auf einem der Konversions¬ lichtsensoren 10 im zeitlichen Verlauf und illustriert insbesondere den Abfall während der Pulspause (zwischen zwei Pulsen) . Fig. 2B zeigt entsprechend den zeitlichen Verlauf der Pumpstrahlungsintensität, die vorliegend mit einem der Pumpstrahlungssensoren 11 erfasst ist. Würde die Pumpstrahlungsintensität auf der Einstrahlfläche 7 des Leuchtstoffelements 5 ausgewertet, ergäbe sich qualitativ derselbe Verlauf. Die Pulsdauer 20 ist im Vergleich zur Pulspausendauer 21 vergleichsweise kurz, erstere liegt bei ca. 5 ns, letztere bei ca. 80 ns . Indem die Pulse 22 mit entsprechendem Abstand aufeinanderfolgen, also „lang- sam" gepulst angeregt wird, wird die Relaxation des Leuchtstoffs sichtbar und resultiert die schwankende Kon¬ versionslichtintensität (Fig. 2A) .
Die Beleuchtungseinheit 1 wird jedoch nicht dauerhaft in diesem ersten Betriebszustand betrieben, auch weil dies eine im Mittel nur sehr geringe Pumpstrahlungsausbeute ergeben und dementsprechend eine erheblich überdimensio¬ nierte Laserdiode 4 erfordern würde.
Die Fig. 3A und B zeigen dementsprechend einen zweiten „dauerhaften" Betriebszustand, der im Betrieb der Be- leuchtungsvorrichtung alternierend mit dem ersten Betriebszustand anliegt. Die Konversionslichtintensität schwankt im zweiten Betriebszustand nur marginal (vgl. Fig. 3A zur Illustration), obwohl auch in diesem Fall gepulst angeregt wird. Die Pulsdauer entspricht mit 5 ns auch jener im ersten Betriebszustand, allerdings ist die Pulspausendauer mit 5 ns erheblich kürzer. Die Pulse folgen also schneller aufeinander (vgl. Fig. 3B zur Illustration) . Dementsprechend relaxiert der Leuchtstoff in den jeweiligen Pulspausen kaum, nimmt also die Konversionslichtintensität fast nicht ab.
Das Alternieren zwischen erstem und zweitem Betriebszustand ist schon aufgrund der Pumpstrahlungsbeute insge- samt vorteilhaft, es lassen sich also eine gute Effizienz einerseits und die genannten messtechnischen Vorteile andererseits erreichen. Zudem ergibt auch das Hin- und Herschalten zwischen erstem und zweitem Betriebszustand eine Modulation, die messtechnisch genutzt werden kann. Fällt nun bspw. das Leuchtstoffelement 5 der Beleuch¬ tungseinheit 2 ab, etwa aufgrund einer mechanischen Ermü¬ dung der Befestigung, detektieren die Konversionslichtsensoren 10 eine Verringerung der Konversionslichtintensität, wird also insbesondere das modulierte Signal nicht mehr festgestellt. Es kann dann bspw. in ei¬ nem Vergleich mit den über die Pumpstrahlungssensoren 11 ermittelten Daten sichergestellt werden, dass die Verringerung der Konversionslichtintensität nicht einer verrin¬ gerten Ausgangsleistung der Beleuchtungseinheit 2 gene- rell geschuldet ist. So kann der Fehlerfall „abgefallenes Leuchtstoffelement" zuverlässig festgestellt werden, wo¬ raufhin dann die Stromversorgung der Laserdiode 4 unterbrochen wird. Auf diese Weise wird die Ausbreitung der Pumpstrahlung 6 unterbrochen und kann ein (aufgrund des abgefallenen Leuchtstoffelements ) ungehinderter Austritt von Pumpstrahlung hoher Leistungsdichte verhindert wer¬ den .
Bei der Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 sind mehrere Sensoreinheiten 10, 11 vorgesehen, weil die Erfinder festgestellt haben, dass nicht nur ein abgefallenes Leuchtstoffelement 5 als Totalausfall problematisch sein, sondern auch bereits eine lokale Degradation des Leucht¬ stoffelements 5 einen gefährlichen Pumpstrahlungsaustritt zur Folge haben kann. In einem solchen Fehlerfall kann die auf einen der Pumpstrahlungssensoren 11 fallende Pumpstrahlungsintensität überhöht sein, etwa aufgrund ei¬ ner infolge der Beschädigung übermäßigen Ablenkung (bspw. durch Reflexionen an Störstellen) der Pumpstrahlung in eine Richtung.
In der Regel wird eine Optik zwischen der Beleuchtungs¬ einheit 2 und dem Reflektor 3 angeordnet sein, welche ei¬ ne Ortsverteilung auf der Abstrahlfläche 8 des Leucht¬ stoffelements 5 in eine Winkelverteilung umsetzt. Dement¬ sprechend wird also an unterschiedlichen Stellen der Abstrahlfläche 8 abgegebenes Licht in unterschiedliche Richtungen und dementsprechend auf jeweils eine unter¬ schiedliche Sensoreinheit 10, 11 gelenkt. Durch die Über¬ wachung eines Winkelbereichs mit den Sensoreinheiten 10, 11 kann insoweit also zumindest in gewisser Näherung die Abstrahlfläche 8 über ihre Fläche erfasst werden. Bei nur einer einzigen Sensoreinheit 10, 11 kann die Wahrscheinlichkeit größer sein, dass diese für einen Teil der Ab¬ strahlfläche 8 „blind" ist, sodass also nicht jeder denk- bare Fehlerfall zuverlässig erfasst werden kann.
Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Beleuchtungs¬ vorrichtung 1, die in ihrem prinzipiellen Aufbau jener gemäß Fig. 1 entspricht. Generell beziehen sich im Rahmen dieser Offenbarung dieselben Bezugszeichen auf Teile mit derselben Funktion und wird dann immer auch auf die entsprechende Beschreibung zu den anderen Figuren verwiesen. Im Unterschied zu der Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 sind bei jener gemäß Fig. 4 zwei Beleuchtungsein- heiten 2a, 2b vorgesehen, die jeweils wie anhand von Fig. 1 erläutert aufgebaut sind.
Die Beleuchtungseinheiten 2a, 2b werden für sich auch jeweils alternierend in einem ersten (langsamen) und einem zweiten (dauerhaften) Betriebs zustand betrieben. Von Beleuchtungseinheit 2a zu Beleuchtungseinheit 2b tritt der erste Betriebszustand dabei jedoch zeitlich versetzt ein, womit die in einem jeweiligen Zeitpunkt erfasste Schwan¬ kung der Konversionslicht- bzw. Pumpstrahlungsintensität eindeutig einer der beiden Beleuchtungseinheiten 2a, 2b zugeordnet werden kann.
Es kann dann entsprechend ein Fehlerfall eindeutig einer der beiden Beleuchtungseinheiten 2a, 2b zugeordnet werden, wenn er in dem Zeitintervall festgestellt wird, in welchem sich diese Beleuchtungseinheit 2a, 2b im ersten Betriebszustand befindet. Die Beleuchtungseinheit 2a, 2b kann dann gezielt abgeschaltet werden.
Als Alternative zur elektronischen Abschaltung zeigt Fig. 4 eine weitere Möglichkeit, wie sich die Ausbreitung der Pumpstrahlung im Fehlerfall unterbrechen lässt. Dazu ist ein Verschluss 40 vorgesehen, der im Fehlerfall in den Pfad des Strahlenbündels bewegt wird (durch den Pfeil an¬ gedeutet) . Alternativ zu einem solchen Verschluss wäre bspw. auch das Injizieren eines Aerosols möglich oder könnte eine Art Mini-Airbag gezündet werden und die Aus¬ breitung der Pumpstrahlung unterbrechen.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (1) mit
einer Beleuchtungseinheit (2) zur Emission von Nutzlicht (9) und einem Sensor (10),
wobei die Beleuchtungseinheit (2)
eine Laserdiode (4) zur Emission von Pumpstrahlung (6) und ein von der Laserdiode (4) im Be¬ trieb bestrahltes und damit angeregtes Leucht¬ stoffelement (5) zur Konversion der Pumpstrahlung (6) in Konversionslicht aufweist, welches Konversionslicht zumindest anteilig das Nutz¬ licht (9) bildet,
wobei der Sensor (10) zur Überwachung der Pumpstrahlungskonversion vorgesehen und dabei dazu ausgelegt ist, eine Konversionslichtintensität zu erfassen, und zu dem Leuchtstoffelement (5) der Beleuchtungs¬ einheit (2) derart angeordnet ist, dass ein Teil des Nutzlichts (9) und damit ein Mess-Teil des Konversi¬ onslichts auf den Sensor (10) fällt,
und wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass das Leucht¬ stoffelement (5) zumindest zeitweise solchermaßen gepulst bestrahlt und damit angeregt wird, dass zwi¬ schen zwei Pulsen (22) die von dem Sensor (10) er- fasste KonversionslichtIntensität um mindestens 10 % abnimmt .
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass die ge- pulste Anregung des Leuchtstoffelements (5) in einem ersten Betriebszustand erfolgt und in einem zweiten Betriebszustand das Leuchtstoffelement (5) derart bestrahlt und damit anregt wird, dass die von dem Sensor (10) erfasste KonversionslichtIntensität um höchstens 5 % gegenüber einem während des zweiten Betriebszustands erreichten Maximalwert abfällt, wo¬ bei im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung (1) der erste und der zweite Betriebszustand abwechselnd aufeinander folgen.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass jeweils dann, wenn die Beleuchtungsvorrichtung (1) in dem ersten Betriebszustand betrieben wird, die von dem Sensor (10) erfasste Konversionslichtintensität min¬ destens 5-mal um mindestens 10 % abnimmt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher für die gepulste Be¬ strahlung des Leuchtstoffelements (5) die Laserdiode (4) mit einer gepulsten Ausgangsleistung betrieben wird .
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass die Aus¬ gangsleistung der Laserdiode (4) zwischen den Pulsen
(22a, b) um mindestens 30 % gegenüber der Ausgangs¬ leistung während des jeweilig vorhergehenden Pulses
(22a) reduziert wird. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Reflektor (3) mit einer Reflexionsfläche (13), über welche das Nutzlicht (9) zu einer Beleuchtungsanwendung geführt ist, wobei die Reflexionsfläche (13) mit einer Unterbrechung (14) vorgesehen ist, durch welche der auf den Sensor (10) fallende Teil des Nutzlichts (9) tritt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher dem Sensor (10) ein Streumittel zugeordnet ist, welches der Teil des Nutzlichts (9) durchsetzt, der dann auf den Sensor (10) fällt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das Nutzlicht (9) an¬ teilig auch nicht konvertierte Pumpstrahlung (6) enthält und ein zweiter Sensor (11) dazu ausgelegt ist, eine Intensität einer darauf fallenden Pump¬ strahlung (6) zu erfassen.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl Sensoren (10) zur Überwachung der Konversion der Pumpstrahlung (6), wobei auf jeden der Sensoren (10) ein jeweili¬ ger Teil des Nutzlichts (9) fällt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Mehrzahl Beleuchtungs¬ einheiten (2), die jeweils zur Emission von Nutzlicht (9) ausgelegt sind, wobei jeweils ein Teil des von einer jeweiligen der Beleuchtungseinheiten emittierten Nutzlichts (9) auf den Sensor fällt.
Beleuchtungsvorrichtung (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, in ei¬ nem Fehlerfall eine Ausbreitung der Pumpstrahlung (6) zumindest zu verringern.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, die dazu eingerichtet ist, den Fehlerfall in Abhängig¬ keit von einer Abnahme der von dem Sensor (10) er- fassten Konversionslichtintensität festzustellen.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 10, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, in dem Fehlerfall zu individualisieren, welche der Beleuchtungs¬ einheiten (2) betroffen ist.
Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Beleuchtung, vorzugsweise zur Kraftfahrzeugbeleuchtung, weiter bevorzugt zur Kraftfahrzeugaußenbeleuchtung, besonders bevorzugt in einem Frontscheinwerfer.
Verwendung nach Anspruch 14 der Beleuchtungseinrichtung (1) wozu sie nach einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist.
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