DE102016213428B4 - Lighting device and method for generating a light distribution in an environment by means of a light source and a converter element - Google Patents
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Abstract
Leuchtvorrichtung (1) zum Erzeugen einer vorbestimmten Lichtverteilung (9) in einer Umgebung (8) der Leuchtvorrichtung (1), aufweisend:- eine Lichtquelle (2) zum Erzeugen eines Lichtstrahls (3) aus Anregungslicht (3'),- ein Konverterelement (4) zum Erzeugen eines Konverterlichts (6) bei einer Anregung durch das Anregungslicht (3'),- eine Optikeinrichtung (7) zum Ausrichten des Konverterlichts (6) in die Umgebung (8), und- eine Stelleinrichtung (11) zum Einstellen eines vorbestimmten ersten Stellungsmusters (14'), welches eine Abfolge mehrerer relativer Stellungen des Lichtstrahls (3) bezüglich des Konverterelements (4) vorsieht, so dass durch das erste Stellungsmuster (14') insgesamt auf dem Konverterelement (4) eine durch einen Leuchtfleck (5) des Anregungslichts (3') bewirkte erste Leuchtspur (14) definiert ist, aus der sich bei Ausrichtung durch die Optikeinrichtung (7) die vorbestimmte Lichtverteilung (9) ergibt, wobei die Leuchtvorrichtung (1) zum Erzeugen der vorbestimmten Lichtverteilung (9) redundant ausgelegt ist, indem durch die Stelleinrichtung (11) zumindest ein zweites Stellungsmuster (17') bereitgestellt ist, durch welches eine von der ersten Leuchtspur (14) verschiedene zweite Leuchtspur (17) definiert ist, aus der sich bei Ausrichtung durch die Optikeinrichtung (7) ebenfalls die vorbestimmte Lichtverteilung (9) oder eine Lichtverteilung, die bezüglich der vorbestimmten Lichtverteilung (9) ein vorbestimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt, ergibt, wobei durch das erste Stellungsmuster (14') eine Abfolge von zyklisch wiederholten Stellungen definiert ist und das zumindest eine zweite Stellungsmuster (17') die Abfolge um einen vorbestimmten räumlichen Versatz (18) versetzt vorsieht, wobei die Stelleinrichtung (11) dazu eingerichtet ist, zumindest zeitweise zwischen mehreren diskreten Stellungsmustern (14', 17') schrittweise umzuschalten, wobei eine Umschalteinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Umschaltbedingung (23) zu überprüfen und bei erfüllter Umschaltbedingung (23) ein Umschaltsignal zu erzeugen, und wobei die Stelleinrichtung (11) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem Umschaltsignal zwischen dem ersten Stellungsmuster (14') und dem zumindest einen zweiten Stellungsmuster (17') zu wechseln, wobei die Umschalteinrichtung (20) ein Sensorelement (21) zum Erfassen einer Verschmutzung des Konverterelements (4) und/oder einer spektralen Verteilung (22) des Konverterlichts (6) aufweist und die Umschaltbedingung (23) beinhaltet, dass die Verschmutzung ein vorbestimmtes Verschmutzungskriterium und/oder die spektrale Verteilung (22) ein vorbestimmtes Verteilungskriterium (22') erfüllt.Lighting device (1) for generating a predetermined light distribution (9) in an environment (8) of the lighting device (1), comprising: - a light source (2) for generating a light beam (3) from excitation light (3 '), - a converter element ( 4) for generating a converter light (6) when excited by the excitation light (3 '), - an optical device (7) for aligning the converter light (6) in the environment (8), and - an adjusting device (11) for setting a predetermined first position pattern (14 '), which provides a sequence of several relative positions of the light beam (3) with respect to the converter element (4), so that by the first position pattern (14') in total on the converter element (4) by a light spot (5 ) of the excitation light (3 ') is determined, from which the predetermined light distribution (9) results when aligned by the optical device (7), wherein the lighting device (1) for generating the predetermined light distribution (9) is designed to be redundant by at least one second position pattern (17 ') is provided by the adjusting device (11) through which a second light path (17) different from the first light track (14) is defined, from which when aligned by the optical device (7) also the predetermined light distribution (9) or a light distribution which satisfies a predetermined similarity criterion with respect to the predetermined light distribution (9), wherein a sequence of cyclically repeated positions is defined by the first position pattern (14 ') and the at least one second position pattern (17 ') provides the sequence offset by a predetermined spatial offset (18), wherein the adjusting device (11) is adapted to switch at least temporarily between a plurality of discrete position patterns (14', 17 '), wherein a Switching device (20) is adapted to check a predetermined switching condition (23) n and when the switching condition (23) is satisfied, to generate a switching signal, and wherein the adjusting device (11) is set up to change between the first position pattern (14 ') and the at least one second position pattern (17') as a function of the switching signal, wherein the switching means (20) comprises a sensor element (21) for detecting contamination of the converter element (4) and / or a spectral distribution (22) of the converter light (6), and the switching condition (23) includes that the contamination is a predetermined fouling criterion and or the spectral distribution (22) satisfies a predetermined distribution criterion (22 ').
Description
Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung zum Erzeugen einer vorbestimmten Lichtverteilung in einer Umgebung der Leuchtvorrichtung. Die Leuchtvorrichtung kann beispielsweise als Kraftfahrzeug-Scheinwerfer ausgestaltet sein. Die Lichtverteilung wird mit einem Licht erzeugt, das von einem Konverterelement erzeugt wird. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Erzeugen der Lichtverteilung in der Umgebung auf der Grundlage der Lichtquelle und des Konverterelements.The invention relates to a lighting device for generating a predetermined light distribution in an environment of the lighting device. The lighting device may be configured, for example, as a motor vehicle headlight. The light distribution is generated with a light generated by a converter element. The invention also includes a method for generating the light distribution in the environment on the basis of the light source and the converter element.
In der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung kann weißes Licht z.B. mittels einer blau-leuchtenden LED (Leuchtdiode) oder mittels einer Laserquelle als Lichtquelle erzeugt werden, wobei das Konverterelement, z.B. auf der Grundlage eines Leuchtstoffs, z.B. Phosphor, breitbandig einen gelben Anteil erzeugt. Hierbei ist es möglich, den Leuchtstoff extern zu verbauen, entweder als Durchlichtausführung oder aber reflexiv, wobei zweiteres den Vorteil hat, über einen massiven metallischen Reflektor besser die Wärme ableiten zu können (aktuell sind 20 W elektrische Leistung üblich).In the lighting device according to the invention, white light may e.g. be generated by a blue-emitting LED (light emitting diode) or by means of a laser source as a light source, wherein the converter element, e.g. based on a phosphor, e.g. Phosphorus, broadband produces a yellow portion. It is possible to install the phosphor externally, either as a transmitted light version or reflexively, the second has the advantage of being able to better dissipate the heat via a massive metallic reflector (currently 20 W electrical power are common).
Laserlicht-Lichtquellen können das sogenannte Dark-Spot-Syndrom verursachen: Schon nach wenigen hundert Betriebsstunden entsteht im oder am Leuchtstoff ein schwarzer Fleck, wodurch die Lichtleistung massiv leidet. Dieser Fleck entsteht vor allem durch Anziehen von Schmutzpartikeln durch den Laserstrahl und Beschleunigung durch denselben in Richtung des Leuchtstoffs, wo diese einbrennen. An diesem dunklen Fleck steigt die Temperatur zudem rasch an, während die Lichtleistung leidet.Laser light sources can cause the so-called dark spot syndrome: After only a few hundred hours of operation, a black spot appears in or on the phosphor, which massively suffers the light output. This stain is created mainly by attracting dirt particles through the laser beam and accelerating through the same in the direction of the phosphor where they burn. At this dark spot, the temperature also rises rapidly, while the light output suffers.
Eine zweite Schwierigkeit besteht darin, die entstehende Abwärme abzuführen. Kann nicht ausreichend gekühlt werden, so droht einerseits ein Vergilben des Klebers des Phosphors, wodurch ebenfalls ein dunkler Fleck entsteht. Andererseits droht ein sogenannter Rollover: Wenn der Leuchtstoff zu heiß wird, sinkt seine Effizienz derartig, dass er kein gewandeltes (gelbes) Licht mehr abgeben kann, da er übermäßig gepumpt wird.A second difficulty is to dissipate the resulting waste heat. If it is not possible to cool sufficiently, on the one hand the yellowing of the glue of the phosphor threatens, whereby also a dark spot develops. On the other hand, a so-called rollover threatens: If the phosphor is too hot, its efficiency decreases such that it can no longer give off converted (yellow) light because it is pumped excessively.
Aus der
Das Erzeugen einer Leuchtspur kann auch dazu genutzt werden, die Lichtverteilung in der Umgebung festzulegen oder einzustellen. Hierzu ist aus der
Aus der
Aus der WO 2014/ 121 314 A1 ist ein Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge mit zumindest einer modulierbaren Laserlichtquelle bekannt, deren Laserstrahl über einen verschwenkbaren, von einer Spiegelansteuerung angesteuerten Mikrospiegel auf ein Lichtkonversionsmittel gelenkt wird und mit einem Projektionssystem zur Projektion des an dem Lichtkonversionsmittel erzeugten Leuchtbildes auf die Fahrbahn, bei welchem zumindest zwei Laserlichtquellen vorgesehen sind, welchen eine Laseransteuerung zum Modulieren der Strahlintensität zugeordnet ist, zwischen jeder Laserlichtquelle und dem Mikrospiegel eine Optik zur Formung je eines Laserstrahls mit vorgegebenem Strahlquerschnitt angeordnet ist, der Mikrospiegel mit fester Frequenz um eine Achse schwingt, wobei die geformten Strahlen der zumindest zwei Laserlichtquellen zur Bildung von zumindest zwei aneinander liegender horizontaler Lichtbänder auf der Leuchtfläche über den Mikrospiegel umgelenkt sind.WO 2014/121 314 A1 discloses a headlight for motor vehicles with at least one modulatable laser light source whose laser beam is directed to a light conversion means via a pivotable micromirror controlled by a mirror drive and to a projection system for projecting the light image generated at the light conversion means onto the light Roadway in which at least two laser light sources are provided, which is associated with a laser driver for modulating the beam intensity, between each laser light source and the micromirror is arranged an optical system for forming a laser beam with a predetermined beam cross-section, the micromirror oscillates at an fixed frequency about an axis the shaped beams of the at least two laser light sources are deflected over the micromirrors to form at least two contiguous horizontal bands of light on the luminous area.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Leuchtvorrichtung mittels eines Konverterelements effizient Konverterlicht aus dem Anregungslicht einer Lichtquelle zu erzeugen.The invention has for its object to efficiently generate converter light from the excitation light of a light source in a lighting device by means of a converter element.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed by the features of the dependent claims, the following description and the figures.
Durch die Erfindung ist eine Leuchtvorrichtung zum Erzeugen einer vorbestimmten Lichtverteilung in einer Umgebung der Leuchtvorrichtung bereitgestellt. Die Lichtverteilung beschreibt eine Funktion der Lichtstärke in Abhängigkeit von der Abstrahlrichtung. Die Lichtverteilung kann beispielsweise eine Abblendlicht-Lichtverteilung oder eine Fernlicht-Lichtverteilung für einen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer darstellen. Zum Erzeugen der Lichtverteilung sind eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahls aus Anregungslicht, ein Konverterelement zum Erzeugen eines Konverterlichts bei einer Anregung durch das Anregungslicht sowie eine Optikeinrichtung zum Ausrichten des Konverterlichts in die Umgebung vorgesehen. Die Erzeugung des Konverterlichts kann auf Lumineszenz basieren, z.B. auf Phosphoreszenz oder Fluoreszenz. Um hierbei nicht von einem einzelnen Leuchtfleck auf dem Konverterelement abhängig zu sein, sondern z.B. die Vektor-basierte oder Zeilenraster-basierte Abtastung vorzunehmen, werden das Konverterelement und der Lichtstrahl relativ zueinander bewegt. Hierzu ist eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines vorbestimmten ersten Stellungsmusters vorgesehen. Dieses erste Stellungsmuster sieht somit eine Abfolge mehrerer relativer Stellungen des Lichtstrahls bezüglich des Konverterelements vor. Beispielsweise kann also das erste Stellungsmuster die Summe der Stellungen für das Vektor-basierte Abtasten oder das zeilenweise Abtasten oder Rastern vorgeben. Durch das erste Stellungsmuster ergibt sich insgesamt auf dem Konverterelement eine durch den Leuchtfleck des Anregungslichts bewirkte erste Leuchtspur. Das erste Stellungsmuster definiert also diese erste Leuchtspur. Die erste Leuchtspur muss hierbei nicht durchgängig oder dauerhaft in ihrer gesamten Länge zu erkennen oder vorhanden sein. Die gesamte erste Leuchtspur wird aber typischerweise derart schnell durchfahren oder durchlaufen, dass für eine Person die Lichtverteilung zumindest im Wesentlichen konstant oder nicht-flackernd wirkt. Mit anderen Worten wird die erste Leuchtspur bevorzugt in weniger als 100 Millisekunden, insbesondere in weniger als 50 Millisekunden, durchfahren oder durchlaufen. Aus der gesamten ersten Leuchtspur ergibt sich dabei durch die von der Optikeinrichtung bewirkte Ausrichtung die vorbestimmte Lichtverteilung in der Umgebung.The invention provides a lighting device for generating a predetermined light distribution in an environment of the lighting device. The light distribution describes a function of the light intensity as a function of the emission direction. The light distribution can represent, for example, a dipped-beam light distribution or a high-beam light distribution for a motor vehicle headlight. To generate the light distribution, a light source for generating a light beam of excitation light, a converter element for generating a converter light when excited by the excitation light and an optical device for aligning the converter light are provided in the environment. The generation of the converter light may be based on luminescence, e.g. on phosphorescence or fluorescence. In this case, in order not to depend on a single spot on the converter element, but e.g. to perform the vector-based or line-raster-based scanning, the converter element and the light beam are moved relative to each other. For this purpose, an adjusting device for setting a predetermined first position pattern is provided. This first position pattern thus provides a sequence of several relative positions of the light beam with respect to the converter element. Thus, for example, the first position pattern can specify the sum of the positions for the vector-based scanning or the line-by-line scanning or rastering. As a result of the first position pattern, a total of the first luminous trace caused by the luminous spot of the excitation light is produced on the converter element. The first position pattern thus defines this first tracer path. The first tracer does not have to be visible or permanently present in its entire length. However, the entire first tracer track is typically traversed or traversed so fast that for a person the light distribution is at least substantially constant or non-flickering. In other words, the first tracer is preferably traversed or traversed in less than 100 milliseconds, in particular less than 50 milliseconds. From the entire first tracer track, the predetermined light distribution in the surroundings results from the alignment effected by the optical device.
Wird nur bei jedem Betrieb der Leuchtvorrichtung dieselbe Leuchtspur durchlaufen oder durchfahren, so kann sich der beschriebene Verschleißeffekt ergeben, d.h. entlang der Leuchtspur wird das Konverterelement verschlissen oder verdunkelt oder vergilbt.If only the same tracer is traversed or traversed during each operation of the lighting device, the described wear effect may result, i. along the tracer track, the converter element is worn or darkened or yellowed.
Um dies zu vermeiden oder zumindest zeitlich hinauszuzögern, damit eine Gesamt-Betriebsstundenzahl der Leuchtvorrichtung und insbesondere des Konverterelements vergrößert werden kann, ist vorgesehen, dass die Leuchtvorrichtung zum Erzeugen der vorbestimmten Lichtverteilung redundant ausgelegt ist. Hierzu ist durch die Stelleinrichtung zumindest ein weiteres Stellungsmuster, d.h. zumindest ein zweites Stellungsmuster, bereitgestellt. Durch jedes weitere, zweite Stellungsmuster ist eine von der ersten Leuchtspur verschiedene weitere Leuchtspur, d.h. eine von der ersten Leuchtspur verschiedene zweite Leuchtspur, definiert, aus der sich aber im Endeffekt nach der durch die Optikeinrichtung bewirkten Ausrichtung ebenfalls die vorbestimmte Lichtverteilung in der Umgebung ergibt. Durch ein weiteres Stellungsmuster wird also der Leuchtfleck des Anregungslichts auf dem Konverterelement entlang einer anderen Bahn oder Leuchtspur geführt. Hierbei ist aber weiterhin sichergestellt, dass sich durch das resultierende Konverterlicht, das von der weiteren, zweiten Leuchtspur ausgeht, bei Ausrichtung durch die Optikeinheit die vorgesehene Lichtverteilung, d.h. die vorbestimmte Lichtverteilung, oder eine Lichtverteilung, die bezüglich der vorbestimmten Lichtverteilung ein vorbestimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt, ergibt.In order to avoid this, or at least delay it in time, so that a total number of operating hours of the lighting device and in particular of the converter element can be increased, it is provided that the lighting device is designed to be redundant for generating the predetermined light distribution. For this purpose, by the adjusting device at least one further position pattern, i. at least a second position pattern provided. By each further, second position pattern is a different light trail from the first light trail, i. a second tracer track, different from the first tracer track, but from which, in effect, the orientation of the optical device causes the predetermined distribution of light in the surroundings. By means of a further position pattern, therefore, the luminous spot of the excitation light is guided on the converter element along another track or tracer track. In this case, however, it is furthermore ensured that the intended light distribution, that is to say the orientation of the optical unit, is determined by the resulting converter light which emanates from the further, second luminous trace. the predetermined light distribution, or a light distribution that satisfies a predetermined similarity criterion with respect to the predetermined light distribution results.
Bei dem eingangs beschriebenen Leuchtstoffrad stellt also eine Leuchtspur beispielsweise die beschriebene kreisförmige Bahn auf dem Konverterelement dar. Eine weitere Leuchtspur kann dann eine weitere Kreisbahn sein, die aber einen anderen Radius aufweist oder axial versetzt ist. Hierbei werden dann aber beispielsweise durch die Stelleinrichtung das Konverterelement und der Lichtstrahl derart eingestellt, dass auch das von der weiteren Leuchtspur ausgehende Konverterlicht wieder die vorbestimmte Lichtverteilung oder eine Lichtverteilung, die bezüglich der vorbestimmten Lichtverteilung ein vorbestimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt, ergibt. Das Ähnlichkeitskriterium kann z.B. besagen, dass die beiden Lichtverteilungen (von denen sich jeweils eine vor und eine nach dem Wechsel ergibt) in Bezug auf die örtliche Helligkeitsverteilung zu zumindest 90 Prozent, insbesondere zu zumindest 95 Prozent, deckungsgleich sein sollen. Ein anderes Ähnlichkeitskriterium kann besagen, dass an jedem Punkt der örtlichen Helligkeitsverteilung der relative Unterschied kleiner als 20 Prozent, insbesondere kleiner als 10 Prozent, sein soll.In the case of the phosphor wheel described at the outset, therefore, a tracer track represents, for example, the described circular trajectory on the converter element. A further tracer track can then be a further trajectory but has a different radius or is offset axially. In this case, however, the converter element and the light beam are adjusted in such a way that, for example, by the adjusting device, that of the other Tracer light outgoing light again the predetermined light distribution or a light distribution that meets a predetermined similarity criterion with respect to the predetermined light distribution results. The similarity criterion may, for example, state that the two light distributions (of which one results before and one after the change) should be congruent with respect to the local brightness distribution to at least 90 percent, in particular at least 95 percent. Another similarity criterion may state that at each point of the local brightness distribution the relative difference should be less than 20 percent, in particular less than 10 percent.
Eine einzelne Leuchtspur ist somit die Menge der zum vollständigen Erzeugen der Lichtverteilung zu beleuchtenden Stellen auf dem Konverterelement. Die Leuchtspur kann zyklisch wiederholt durchfahren werden, um hierdurch die Lichtverteilung kontinuierlich bereitzustellen. Eine hierzu verschiedene weitere Leuchtspur ist dann eine weitere Menge von zu beleuchtenden Stellen auf dem Konverterelement mit demselben Effekt. Jede Leuchtspur kann dauerhaft als Alternative zu einer anderen Leuchtspur genutzt werden, um die vorbestimmte Lichtverteilung bereitzustellen, ohne dass es zu einer zeitlichen Unterbrechung der Erzeugung der vorbestimmten Lichtverteilung kommt. Es handelt sich bei einer Leuchtspur also nicht um ein einzelnes Bahn-Teilstück einer Gesamtleuchtbahn, wie sie z.B. bei der vektor-basierten Abtastung oder der zeilenbasierten Abtastung vorgesehen ist, um die vollständige Lichtverteilung zu erzeugen.A single trace of light is thus the quantity of points on the converter element to be illuminated to completely generate the light distribution. The tracer track can be traversed cyclically repeatedly to thereby continuously provide the light distribution. A different further tracer track is then another set of points to be illuminated on the converter element with the same effect. Each trace of light can be used permanently as an alternative to another trace of light in order to provide the predetermined light distribution, without causing a temporal interruption of the generation of the predetermined light distribution. Thus, a tracer is not a single trajectory of a total trajectory, e.g. in vector-based sampling or line-based sampling to produce the complete light distribution.
Damit ergibt sich der Vorteil, dass nach einem Verschleiß einer Leuchtspur zu einer weiteren Leuchtspur umgeschaltet bzw. gewechselt werden kann, indem das weitere, zweite Stellungsmuster aktiviert wird, und dann das Konverterelement weiter in einem unverschlissenen Bereich genutzt werden kann. Es kann auch vorbeugend regelmäßig zwischen unterschiedlichen Stellungsmustern umgeschaltet werden, um hierdurch den Verschleiß jeder Leuchtspur zu verlangsamen und/oder lokal eine Temperatur zu senken.This results in the advantage that after a wear of a tracer track can be switched to a further tracer track or changed by the further, second position pattern is activated, and then the converter element can be further used in an unworn area. It can also be switched on a preventive basis regularly between different position patterns in order to slow down the wear of each tracer track and / or locally lower a temperature.
Bei der beschriebenen Vektor-basierten Abtastung ist das erste Stellungsmuster eine Abfolge von zyklisch wiederholten Stellungen. Um ein hierzu redundantes weiteres, zweites Stellungsmuster bereitzustellen, ist vorgesehen, dass die Abfolge der Stellungen des Stellungsmusters um einen vorbestimmten räumlichen Versatz versetzt wird. So weisen die Leuchtspuren zweier Stellungsmuster dieselbe Form auf, sind aber um den räumlichen Versatz verschoben oder versetzt. Dies weist den Vorteil auf, dass keine aufwendige Umstellung des Geschwindigkeitsprofils und/oder des Bewegungsprofils des Scanners nötig ist. Es kann z.B. das Konverterelement um den Versatz verschoben werden.In the described vector-based sampling, the first position pattern is a sequence of cyclically repeated positions. In order to provide a further second position pattern that is redundant for this purpose, it is provided that the sequence of the positions of the position pattern is offset by a predetermined spatial offset. Thus, the tracer tracks of two position patterns have the same shape, but are shifted or offset by the spatial offset. This has the advantage that no costly conversion of the speed profile and / or the motion profile of the scanner is necessary. It can e.g. the converter element are shifted by the offset.
Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes optional developments, by the characteristics of which additional benefits.
Falls das erste Stellungsmuster ein Linienmuster aus parallelen Linien ist, also beispielsweise eine zeilenweise Abtastung oder spaltenweise Abtastung vorgesehen ist, so ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest ein weiteres, zweites Stellungsmuster bereitgestellt wird, indem zu diesem Linienmuster ein gleiches Linienmuster vorgesehen wird, welches um weniger als einen Linienabstand versetzt verschoben ist. Es kann also Beispielweise bei einer zeilenweisen Abtastung oder Rasterung vorgesehen sein, dass das erste Stellungsmuster die ungeraden Zeilen, d.h. jede zweite Zeile beginnend mit Zeile 1, umfasst und ein weiteres, zweites Stellungsmuster die geraden Zeilen, also ebenfalls jede zweite Zeile beginnend mit Zeile 2, also um eine Zeile versetzt, vorsieht. Jedes Linienmuster weist hierbei einen Zeilenabstand von zwei Zeilen des Gesamt-Linienmusters auf und der Versatz beträgt dann eine Zeile.If the first position pattern is a line pattern of parallel lines, that is to say, for example, a line-by-line scan or column-by-scan, it is preferably provided that at least one further, second position pattern is provided by providing an identical line pattern to this line pattern which is less than shifted as a line spacing. Thus, for example, in a line-by-line scan or rasterization, it may be provided that the first pose pattern is the odd line, i. every other line starting with
Um zu vermeiden, dass eine Leuchtspur zu sehr aufgeheizt wird, sieht eine Weiterbildung vor, dass die Stelleinrichtung dazu eingerichtet ist, ausgehend von dem ersten Stellungsmuster diesem eine stufenlose oder kontinuierliche Relativbewegung des Lichtstrahls und des Konverterelements zu überlagern, wobei die kontinuierliche Relativbewegung bevorzugt quer zu einer Längserstreckung der Leuchtspur verläuft. Hierdurch ergeben sich dann mit jeder Bewegung weitere Stellungsmuster. Mit anderen Worten wird die Leuchtspur des ersten Stellungsmusters kontinuierlich auf dem Konverterelement verschoben. Ein gerader Linienabschnitt der Leuchtspur wird dabei bevorzugt quer zum Linienverlauf, also senkrecht dazu oder seitlich verschoben. So ergibt sich eine kontinuierliche Änderung der von dem Anregungslicht beaufschlagten Stellen des Konverterelements. Die Bewegung kann dauerhaft oder zeitweise sein.In order to avoid that a luminous trace is heated too much, provides a development that the adjusting device is adapted to superimpose a stepless or continuous relative movement of the light beam and the converter element, starting from the first position pattern, the continuous relative movement preferably transverse to a longitudinal extent of the tracer path runs. As a result, then arise with each movement more position patterns. In other words, the tracer track of the first position pattern is continuously shifted on the converter element. A straight line section of the tracer track is thereby preferably transversely to the line course, that is, perpendicular to it or moved laterally. This results in a continuous change of the acted upon by the excitation light points of the converter element. The movement can be permanent or temporary.
Zusätzlich oder alternativ dazu ist vorgesehen, dass die Stelleinrichtung dazu eingerichtet ist, zwischen mehreren diskreten Stellungsmustern schrittweise z.B. gemäß einem Round-Robin-Verfahren umzuschalten. Mit diskreten Stellungsmustern ist gemeint, dass die Gesamtanzahl der Stellungsmuster endlich ist, anders als bei der beschriebenen kontinuierlichen Relativbewegung. Es kann also zwischen 2 oder 3 oder 4 oder mehr als 4 verschiedenen Stellungsmustern schrittweise umgeschaltet werden. Das Round-Robin-Verfahren kann beispielsweise die Folge 1,2,3,4,1,2,... vorsehen.Additionally or alternatively, it is provided that the setting device is set up to step incrementally between a plurality of discrete position patterns, e.g. switch according to a round robin method. By discrete positional patterns is meant that the total number of attitude patterns is finite, unlike the described continuous relative motion. It is thus possible to switch between 2 or 3 or 4 or more than 4 different position patterns step by step. The round-robin method may, for example, provide the
Ein lediglich bedarfsweises Umschalten kann realisiert werden, indem eine Umschalteinrichtung bereitgestellt wird, die dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Umschaltbedingung zu überprüfen und bei erfüllter Umschaltbedingung ein Umschaltsignal zu erzeugen. Die Stelleinrichtung ist hierbei dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Umschaltsignal zwischen den Stellungsmustern, d.h. zwischen dem ersten Stellungsmuster und dem zumindest einen zweiten Stellungsmuster, zu wechseln. Die Umschaltbedingung kann beispielsweise besagen, dass ein Stellungsmuster für eine vorbestimmte Zeitdauer genutzt werden soll, beispielsweise 2 Minuten oder 10 Minuten, und dann die Umschaltbedingung erfüllt ist, d.h. zum nächsten Stellungsmuster gewechselt wird. A merely on-demand switching can be realized by providing a switching means which is arranged to check a predetermined switching condition and to generate a switching signal when the switching condition is satisfied. In this case, the adjusting device is set up to change between the position patterns, ie between the first position pattern and the at least one second position pattern, as a function of the switching signal. For example, the switching condition may indicate that a position pattern should be used for a predetermined period of time, for example, 2 minutes or 10 minutes, and then the switching condition is satisfied, ie, the next position pattern is changed.
Erfindungsgemäß wird das Umschaltsignal verschleißabhängig erzeugt. Hierzu weist die Umschalteinrichtung ein Sensorelement zum Erfassen einer Verschmutzung des Konverterelement und/oder einer spektralen Verteilung des Konverterlichts auf. Die Umschaltbedingung beinhaltet dabei, dass die Verschmutzung ein vorbestimmtes Verschmutzungskriterium und/oder die spektrale Verteilung des Konverterlichts ein vorbestimmtes Verteilungskriterium erfüllt. Das Verschmutzungskriterium und das Verteilungskriterium sind hierbei insbesondere jeweils an das Sensorelement angepasst. Das Verschmutzungskriterium kann beispielsweise eine Schattenbildung und/oder Kontrastflächen oder Kontrastkanten in einem Signal des Sensorelements definieren. Das Sensorelement kann hierzu beispielsweise eine Kamera aufweisen. Das Verteilungskriterium kann beispielsweise einen Anteil oder einen Betrag einer vorbestimmten Lichtfrequenz und/oder ein Verhältnis zumindest zweier vorbestimmter Lichtfrequenzen vorgeben. Z.B. kann also ein Verhältnis für einen Blau/Gelb-Anteil oder eine Blau/Gelb-Verteilung vorgegeben sein. Wird diese Verteilung nicht eingehalten, so ist das Verteilungskriterium verletzt, beispielsweise ein Gelbanteil zu niedrig und/oder ein Blauanteil zu hoch.According to the switching signal is generated depending on the wear. For this purpose, the switching device has a sensor element for detecting contamination of the converter element and / or a spectral distribution of the converter light. The switching condition includes the fact that the contamination meets a predetermined contamination criterion and / or the spectral distribution of the converter light a predetermined distribution criterion. The contamination criterion and the distribution criterion are in each case adapted in each case to the sensor element. The contamination criterion may, for example, define a shadow formation and / or contrast surfaces or contrast edges in a signal of the sensor element. For this purpose, the sensor element can have, for example, a camera. The distribution criterion may, for example, specify a proportion or an amount of a predetermined light frequency and / or a ratio of at least two predetermined light frequencies. For example, Thus, a ratio for a blue / yellow component or a blue / yellow distribution can be predetermined. If this distribution is not adhered to, the distribution criterion is violated, for example, a yellow component too low and / or a blue component too high.
Um die besagte relative Stellung zwischen Lichtstrahl einerseits und Konverterelement andererseits einzustellen, ist die Stelleinrichtung entsprechend ausgestaltet. So kann vorgesehen sein, dass die Stelleinrichtung dazu eingerichtet ist, zum Verändern der relativen Stellung das Konverterelement zu bewegen. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Stelleinrichtung den Lichtstrahl bewegt. Eine weitere Alternative sieht eine Bewegung sowohl des Konverterelements als auch des Lichtstrahls vor. Zum Bewegen beispielsweise in einzelnen Bewegungsschritten können eine Magnetspule und eine Ratsche bereitgestellt sein. Eine kontinuierliche Bewegung kann z.B. mittels eines Ultraschallmotors oder eines Elektromotors bewirkt werden. Die Stelleinrichtung kann auch einen Spiegel oder ein DLP-Element (DLP - Digital Light Processing) oder einen photonischen Kristall aufweisen, damit sie den Lichtstrahl in Bezug auf das Konverterelement ausrichten oder umlenken oder dessen Abstrahlrichtung einstellen kann. Mit anderen Worten kann als Lichtquelle der beschriebene Laser-Scanner vorgesehen sein, dessen Umlenkeinrichtung dann Bestandteil der Stelleinrichtung ist.In order to adjust said relative position between light beam on the one hand and converter element on the other hand, the adjusting device is designed accordingly. It can thus be provided that the setting device is set up to move the converter element in order to change the relative position. Alternatively, it can be provided that the adjusting device moves the light beam. Another alternative provides for movement of both the converter element and the light beam. To move, for example, in individual movement steps, a magnetic coil and a ratchet can be provided. A continuous movement can e.g. be effected by means of an ultrasonic motor or an electric motor. The actuator may also include a mirror or DLP (Digital Light Processing) element or a photonic crystal to direct or redirect the light beam relative to the converter element or to adjust its emission direction. In other words, the laser scanner described may be provided as the light source, the deflection device is then part of the adjusting device.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Optikeinrichtung dazu eingerichtet ist, die erste Leuchtspur und/oder die zweite Leuchtspur unscharf in der Umgebung abzubilden, indem sie die jeweilige Leuchtspur außerhalb eines Fokuspunkts der Optikeinrichtung erfasst oder abbildet. Durch diese gezielt eingestellte Unschärfe kann eine Veränderung der Lichtverteilung vermieden werden, falls sich durch das Verschieben oder Wechseln der Leuchtspur bei scharfer Abbildung eine signifikante Veränderung der Lichtverteilung ergeben würde. Eine zusätzliche alternative Möglichkeit zum Korrigieren einer Veränderung der Lichtverteilung ergibt sich, indem die Optikeinrichtung dazu eingerichtet ist, bei einem Wechsel zwischen zumindest zwei Stellungsmustern einen optischen Pfad für das Konverterlicht umzustellen und hierdurch eine durch den Wechsel zu dem neuen Stellungsmuster verursachte Veränderung der Lichtverteilung ganz oder teilweise zu kompensieren. Mit anderen Worten wird die Optikeinrichtung nachgestellt, um der Veränderung der Lichtverteilung entgegenzuwirken. Z.B. kann eine Linse und/oder ein Spiegel der Optikeinrichtung bewegt oder umgestellt werden.It is particularly advantageous if the optical device is configured to image the first tracer track and / or the second tracer track out of focus in the environment by capturing or imaging the respective tracer track outside a focal point of the optical device. By means of this deliberately set blurring, a change in the light distribution can be avoided if shifting or changing the luminous trace would result in a sharp change in the light distribution. An additional alternative possibility for correcting a change in the light distribution results from the fact that the optics device is set up to change an optical path for the converter light when changing between at least two position patterns and thereby completely or completely changes the light distribution caused by the change to the new position pattern partially compensate. In other words, the optical device is readjusted to counteract the change in the light distribution. For example, a lens and / or a mirror of the optical device can be moved or changed over.
Wie bereits ausgeführt, ist die erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung insbesondere im Zusammenhang mit dem Bereitstellen eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers vorteilhaft, d.h. die Leuchtvorrichtung ist bevorzugt als Kraftfahrzeug-Scheinwerfer ausgebildet.As already stated, the lighting device according to the invention is particularly advantageous in connection with the provision of a motor vehicle headlight, i. the lighting device is preferably designed as a motor vehicle headlight.
Durch den Betrieb der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung ergibt sich das folgende erfindungsgemäße Verfahren. Eine Lichtquelle erzeugt einen Lichtstrahl aus Anregungslicht und ein Konverterelement erzeugt bei einer Anregung durch das Anregungslicht beispielsweise durch Fluoreszenz das Konverterlicht. Die Optikeinrichtung richtet das Konverterlicht in die Umgebung aus. Die Stelleinrichtung stellt ein vorbestimmtes erstes Stellungsmusters ein, welches eine Abfolge mehrerer relativer Stellungen des Lichtstrahls bezüglich des Konverterelements vorsieht. Durch das erste Stellungsmuster, also durch die Menge aller Stellungen der Abfolge und damit die Menge aller Positionen des Leuchtflecks auf dem Konverterelement, ergibt sich insgesamt auf dem Konverterelement durch den Leuchtfleck eine erste Leuchtspur, aus der sich bei Ausrichtung durch die Optikeinrichtung die vorbestimmte Lichtverteilung ergibt. Mit Ausrichtung ist hierbei das optische Abbilden der ersten Leuchtspur in die Umgebung hinein gemeint.The operation of the lighting device according to the invention results in the following inventive method. A light source generates a light beam of excitation light, and a converter element generates the converter light upon excitation by the excitation light, for example by fluorescence. The optical device aligns the converter light in the environment. The adjusting device sets a predetermined first position pattern, which provides a sequence of several relative positions of the light beam with respect to the converter element. Due to the first position pattern, that is, by the set of all positions of the sequence and thus the amount of all positions of the light spot on the converter element, the total result on the converter element by the light spot a first tracer, from which results in alignment by the optical device, the predetermined light distribution , With orientation here is the optical Imaging the first trace of light into the environment meant.
Die Leuchtvorrichtung ist redundant ausgelegt, indem durch die Stelleinrichtung zumindest ein weiteres Stellungsmuster, d.h. zumindest ein zweites Stellungsmuster, bereitgestellt wird, durch welches eine von der ersten Leuchtspur verschiedene weitere Leuchtspur, d.h. eine von der ersten Leuchtspur verschiedene zweite Leuchtspur, definiert ist, aus der sich bei Ausrichtung durch die Optikeinrichtung ebenfalls die vorbestimmte Lichtverteilung oder eine Lichtverteilung, die bezüglich der vorbestimmten Lichtverteilung ein vorbestimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt, ergibt, wobei durch das erste Stellungsmuster eine Abfolge von zyklisch wiederholten Stellungen definiert ist und das zumindest eine zweite Stellungsmuster die Abfolge um einen vorbestimmten räumlichen Versatz versetzt vorsieht, wobei die Stelleinrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest zeitweise zwischen mehreren diskreten Stellungsmustern schrittweise umzuschalten, wobei eine Umschalteinrichtung dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Umschaltbedingung zu überprüfen und bei erfüllter Umschaltbedingung ein Umschaltsignal zu erzeugen, und wobei die Stelleinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem Umschaltsignal zwischen dem ersten Stellungsmuster und dem zumindest einen zweiten Stellungsmuster zu wechseln, wobei die Umschalteinrichtung ein Sensorelement zum Erfassen einer Verschmutzung des Konverterelements und/oder einer spektralen Verteilung des Konverterlichts aufweist und die Umschaltbedingung beinhaltet, dass die Verschmutzung ein vorbestimmtes Verschmutzungskriterium und/oder die spektrale Verteilung ein vorbestimmtes Verteilungskriterium erfüllt.The lighting device is designed to be redundant, in that at least one further position pattern, that is, by the adjusting device, is used. at least one second attitude pattern is provided by which a further tracer track other than the first tracer track, i. a second light tracing different from the first tracer is defined, from which when aligned by the optical device also the predetermined light distribution or a light distribution that satisfies a predetermined similarity criterion with respect to the predetermined light distribution results, wherein by the first position pattern a sequence of cyclically repeated Positions is defined and the at least one second position pattern offset the sequence by a predetermined spatial offset, wherein the adjusting device is adapted to switch at least temporarily between a plurality of discrete position patterns stepwise, wherein a switching means is adapted to check a predetermined switching condition and when satisfied Switching condition to produce a switching signal, and wherein the adjusting device is adapted to, in response to the switching signal between the first position pattern and the at least e change in second position pattern, wherein the switching means comprises a sensor element for detecting contamination of the converter element and / or a spectral distribution of the converter light and includes the switching condition that the pollution meets a predetermined pollution criterion and / or the spectral distribution a predetermined distribution criterion.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as they have already been described in connection with the developments of the lighting device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung; -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the lighting device according to the invention; -
2 a schematic representation of another embodiment of the lighting device according to the invention.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.
Im Lichtfleck
Das Konverterlicht
Eine Stelleinrichtung
Die Stelleinrichtung
Im Betrieb der Leuchtvorrichtung
Um das Konverterelement
Das Umschalten zwischen dem ersten Stellungsmuster
Falls sich durch den Wechsel zwischen den Stellungsmustern
Bei der in
In
Im Folgenden sind weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben:In the following, further possible embodiments of the invention are described:
Um die Belastung des Leuchtstoffs eines Konverterelements zu verteilen wird derselbe relativ zum Laserstrahl bewegt. Dieses kann entweder langsam und (optional) schrittweise durchgeführt werden - z.B. mittels Solenoid (Elektromagnet) und Ratsche. Das hat den Vorteil einer sehr einfachen, günstigen Mechanik (Solenoid, Feder, Ratsche, Vorschub einmal möglich). In order to distribute the load of the phosphor of a converter element, it is moved relative to the laser beam. This can be done either slowly and (optionally) step by step - eg by solenoid and ratchet. This has the advantage of a very simple, inexpensive mechanism (solenoid, spring, ratchet, feed once possible).
Falls die Blau/Gelb-Verteilung überwacht wird, kann der Vorschub zumindest einmal erfolgen, wenn das Verhältnis nicht mehr stimmt.If the blue / yellow distribution is monitored, the feed can be made at least once if the ratio is no longer correct.
Eine schnellere Relativbewegung kann z.B. mittels Ultraschallmotor bewirkt werden mit dem Ziel, eine gleichmäßige Alterung über die gesamte benutzte Fläche zu erhalten.A faster relative movement can e.g. be effected by means of ultrasonic motor with the aim to obtain a uniform aging over the entire area used.
Der Leuchtstoff kann auch auf einer drehenden Scheibe angeordnet sein, was gut ist für die Wärmeabfuhr und die Mechanik wird sich wie ein Kreisel selbst stabilisieren.The phosphor can also be arranged on a rotating disk, which is good for heat dissipation and the mechanism will stabilize itself like a gyroscope.
Besonders bevorzugt ist die Anwendung derselben Idee, wenn der Laserlichtstahl über den Leuchtstoff streicht - z.B. um zeilenweise eine Lichtverteilung aufzubauen oder auch für vektorbasiertes Abtasten implementieren. In diesem Fall können abwechselnd die geraden und die ungeraden Zeilen benutzt werde, wie dies in
Durch entsprechende bewusste Unschärfe in der Optikeinrichtung 7 wird dennoch bei geraden und ungeraden Zeilen in etwa dasselbe Lichtbild erzeugt. Eine unscharfe Abbildung ist auch vorteilhaft, da man eine gleichmäßige Lichtverteilung, also eine Verschmelzung der Zeilen, erreichen will.By appropriate deliberate blurring in the
In weiterer Folge kann man N Zeilen reihum nutzen (solange die Lichtverteilung noch ähnlich genug und die Auflösung ausreichend bleibt).Subsequently, one can use N lines in turn (as long as the light distribution is still similar enough and the resolution remains sufficient).
Es ist auch möglich, eine Verschmutzung zu erkennen - z.B. mit Sensoren für die gelben und blauen Lichtanteile zur Erkennung von Leuchtstoffversagen - und erst danach auf die nächste Zeile zu wechseln.It is also possible to detect contamination - e.g. with sensors for the yellow and blue light components for the detection of fluorescent failure - and only then to change to the next line.
Für die Realisierung der Erfindung kann der Laserstrahl (z.B. mittels eines Spiegels) oder der Leuchtstoff bewegt werden. Für die Realisierung der Erfindung kann der Laserstrahl durch den Leuchtstoff hindurch gehen (
Der Hauptreflektor reflektiert das konvertierte Licht in die Umgebung.The main reflector reflects the converted light into the environment.
Insgesamt zeigt somit das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Verlängerung der Lebensdauer von Leuchtstoff für Laserlicht erreicht werden kann.Overall, therefore, the example shows how can be achieved by the invention, an extension of the lifetime of phosphor for laser light.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Leuchtvorrichtunglighting device
- 22
- Lichtquellelight source
- 33
- Lichtstrahlbeam of light
- 3'3 '
- Anregungslichtexcitation light
- 44
- Konverterelementconverter element
- 55
- Leuchtfleckspot
- 66
- Konverterlichtconverter light
- 77
- Optikeinrichtungoptical device
- 88th
- UmgebungSurroundings
- 99
- Lichtverteilunglight distribution
- 1010
- Teilbereichsubregion
- 1111
- Stelleinrichtungsetting device
- 1212
- Schwenkbewegungpivotal movement
- 1313
- Bewegungsbahntrajectory
- 1414
- Leuchtspurtracer
- 14'14 '
- Stellungsmusterposition pattern
- 1515
- Verfahreinheittraversing
- 1616
- Vorschubfeed
- 1717
- Leuchtspurtracer
- 17'17 '
- Stellungsmusterposition pattern
- 1818
- Versatzoffset
- 1919
- Zeilenabstandline spacing
- 2020
- Umstelleinrichtungchangeover
- 2121
- Sensorelementsensor element
- 2222
- Soll-VerteilungTarget distribution
- 2222
- Verteilungdistribution
- 2323
- Verteilungskriteriumdistribution criterion
- 2424
- Spiegelmirror
Claims (11)
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