具有至少一個光線傳感器的照明裝置的製作方法

2023-09-09 20:45:05 1

本發明涉及一種照明裝置，具有：至少一個光源，用於發射偏振的初級光束；至少一個發光材料容積，用於將初級光束的初級光線至少部分地轉換成不同波長的次級光線，該發光材料容積布置在至少一個初級光束的路徑中；以及至少一個光線傳感器，其至少在初級光束的原始路徑的一部分中布置在發光材料容積的位置的下遊。本發明尤其是能夠應用到車輛照明裝置中，尤其是車輛燈具中，例如行車大燈或者其模塊中。

背景技術：

所涉及類型的照明裝置是已知的，但是其具有缺點，即其不能或者僅僅能夠以很高的成本才能確定發光容積的很小的損害並且因此對於提前識別出發光容積的損害而言是不能實際應用的。

技術實現要素：

本發明的目的是至少部分地克服現有技術的缺陷並且尤其是提供確定發光材料容積的損壞的簡單和成本低廉的可轉用的可能性，發光材料容積的損壞尤其是發光材料容積的損毀和/或溶解。

該目的根據獨立權利要求的特徵實現。優選的設計方案尤其能夠由從屬權利要求中獲得。

該目的通過一種照明裝置實現，該照明裝置具有：至少一個光源，用於發射偏振的初級光束；至少一個發光材料容積，用於將初級光束的初級光線至少部分地轉換成不同波長的次級光線，該發光材料容積布置在至少一個初級光束的路徑中；以及至少一個光線傳感器，其至少在初級光束的原始路徑的一部分中布置在發光材料容積的位置的下遊，其中，光線傳感器至少對於初級光線是敏感的並且是偏振敏感的。

由此實現一個優點，即利用簡單的和成本低廉的組件能夠特別是提前地確定發光材料容積的損毀和/或溶解。

照明裝置尤其可以是燈具，模塊或者發光件等等。

至少一個光源可以由已有的已偏振的初級光束產生，例如如果至少一個光源是雷射器，尤其是雷射二極體。但是其也可以由非偏振的光束產生，其中，起偏振器可以在初級光束的路徑中布置在發光材料容積上遊，該起偏振器對穿透的初級光射束施加偏振或者偏振方向。

至少一個光源尤其能夠具有至少一個半導體光源。尤其是至少一個半導體光源包括至少一個發光二極體。在存在多個發光管的情況中，這些發光二極體能以相同的顏色或者不同的顏色發光。顏色可以是單色的(例如，紅色的，綠色的，藍色的等等)或者是混色的(例如白色的)。由至少一個發光二極體發射的光線也可以是紅外光線(IR-LED)或者紫外光線(UV-LED)。多個發光二極體可以發射混合光；例如白色混合光。至少一個發光二極體可以包含至少一個波長轉換的發光材料(轉換LED)。至少一個發光二極體能夠以至少一個單獨封裝的發光二極體或者以至少一個LED晶片的形式存在。多個LED晶片可以裝配在共同的基板上(「Submount」)。至少一個發光二極體能夠配備有至少一個自身的和/或共同的光學元件，用於引導射線，例如至少一個菲涅爾透鏡，準直器，以及其他。取而代之或者附加於例如基於InGaN或者AlInGaP的無機發光二極體地，通常也可以使用有機LED(OLED，例如聚合物OLED)。

至少一個半導體光源能夠可替換地或者附加地具有至少一個二極體雷射器。二極體雷射器具有優點，即由其發射的初級光線在許多情況中已經被橫向偏振了。

發光材料容積可以具有一個或者多個發光材料。發光材料適於將入射的初級光線至少部分地轉變成或者轉換成不同波長的次級光線。在存在多種發光材料的情況中，可以產生波長彼此不同的這種次級光線。次級光線的波長與初級光線的波長相比可以是較長的(所謂的「下轉換」)或者較短的(所謂的「上轉換」)。例如，藍色的或者紫外的初級光線通過發光材料轉換成綠色的，黃色的，橙色的，紅色的或紅外的次級光線。在僅僅部分的波長轉換或者波長轉變的情況中，由發光材料本體發射出由次級光線和未轉換的初級光線構成的混合光線，其可以用作為作用光。例如，白色的作用光能夠由藍色的、未轉換的初級光線和黃色的次級光線產生。然而，全轉換也是可以的，其中，作用光或者不再以作用光存在或者僅僅以可忽略的部分以作用光存在。轉換度例如取決於發光材料的厚度和/或發光材料濃度。在存在多種發光材料的情況中，由初級光線能夠產生不同光譜成分的次級光線部分，例如黃色的和紅色的次級光線。紅色的次級光線例如能夠用於為作用光提供暖色調，例如所謂的「暖白色」。在存在多種發光材料的情況中，至少一種發光材料適於再次對次級光線進行波長轉換，例如將綠色的次級光線轉換成紅色次級光線。這種由次級光線再次波長轉換過的光線也可以被描述為「三次光線」。

初級光射線的「原始路徑」尤其可以理解為這樣的光路，其在不存在發光材料容積的情況下形成。原始路徑可以具有一個或者多個分支。原始路徑例如可以具有主路徑和一個或多個輔助路徑，主路徑具有最高光通量或者最高光強，輔助路徑具有較小的光通量。如果存在發光材料容積，那麼初級光射線基本上不在其原始路徑上延伸，而通過發光材料容積進行轉換或者散射，由此還喪失其偏振。如果發光材料容積相反部分地或者完全不再存在，那麼初級光束以相應的程度在其原始路徑上延伸，尤其被集束或匯集以及進一步被偏振。

光線傳感器探測在(存在的或者不再存在的)發光材料容積的位置下遊存在的初級光線的部分並且因此例如能夠確定，初級光線是否或多或少地被偏轉。較高的偏振度意味著至少部分地去除的發光材料容積。

用於初級光線的偏振度的光線傳感器的探測敏感度能夠被由此提高，即光線傳感器對於次級光線是不敏感的。

一個設計方案提出，初級光束的原始路徑的其中設置有光線傳感器的部分是側光路徑。因此在照明裝置的正常運行中(在未損壞的，存在發光容積的情況中)，能夠由於存在光線傳感器而實現了照明裝置的特別小的光線損失。然而，光線傳感器也能夠布置在主光路中，從而使其能夠接收特別強的信號和/或也能夠顯著地用於阻擋未受阻礙地溢出的初級光線。

還有一個設計方案提出，初級光射線的原始路徑的在其中設置有光線傳感器的部分是以下的光路，其通過在發光材料容積的位置的下遊布置的光學透光件處的反射形成。因此，在沒有附加的光學部件的情況下，能夠成功實現較弱的，但是對於偏振探測來說總還是足夠強的光束分支。為了毫無問題地布置光線傳感器和為了簡單地將反射的光束與入射的光束分離，透光件相對於入射的光線的入射方向傾斜。傾斜角度例如可以是至少5°。傾斜角尤其可是為30°或者更小，尤其是25°或者更小，尤其是20°或者更小。傾斜角度可以為大約15°。

還有一個設計方案提出，透光件是透光的遮蓋件。因此能夠以簡單的方式實現引向光線傳感器的光束的分支，而無需使形成光束的光學部件費力地為此目的進行調整。

還有另外一個設計方案提出，即原始的初級光束能夠在透光件的減反射塗層處反射到初級光束的原始路徑的在其中設置有光線傳感器的部分中。基於取決於偏轉的初級光線探測的高敏感性，能可靠地評估的光線信號自身也能夠由在減反射塗層處的反射進行分支。這是特別有利的，因為透光件的多個表面都配備有減反射塗層並且削減照明裝置的光輸出的誤差。

還有另外的一個設計方案提出，至少一個光線傳感器具有至少一個光電二極體。其可替換地或者附加地能設計成光電單元，CMOS傳感器，CCD傳感器，光電電晶體或者光敏電阻。

對於發光材料容積的溶解的尤其人員保護的探測來說優選的是，實現具有至少40kHz的頻率的掃描。

至少一個光線傳感器能夠固有地僅僅對於初級光線是敏感的和/或對於確定的偏轉方向是敏感的。一個設計方案提出，其實現了特別便宜的傳感器的使用，即至少一個光線傳感器連接在初級光線濾波器和/或偏振濾波器的上遊。至少一個光線傳感器能夠可替換地或者附加地具有初級光線濾波器和/或偏振濾波器。

此外一個設計方案提出，照明裝置設置為，當在至少一個光線傳感器處達到或者超過光通量的預定的閾值時，照明裝置被斷開。由此能夠阻止照明裝置的過高的光線發射。預定的閾值例如可以在以下情況中達到，當發光材料容積至少部分地不再存在時和/或當在存在發光材料容積的情況中一個或者多個光源的功率過高時。

為此，一個設計方案提出，照明裝置設置為，當在至少一個光線傳感器處的光通量與至少一個所屬的光源的功率的相關性達到預定的值時，執行一個動作。藉助以下相關性，其尤其將光線傳感器的探測信號與光源的功率相關聯，例如考慮到其比例，能夠基於入射到光線傳感器上的初級光線的偏振度的變化特別敏感地確定探測信號的變化。由此又能夠提早地確定發光材料容積的損壞並由此來觸發動作。該動作例如可以包括輸出報警指示到例如機動車的控制單元，和/或包括行車大燈的調光或者斷開。

還有一個設計方案提出，照明裝置是交通工具照明裝置，尤其用於空中交通工具，水上交通工具或者陸用交通工具，如汽車或者摩託車。照明裝置例如是行車大燈。本發明在此能夠尤其有利地應用，因為行車大燈通常發射特別高的光通量，並且提前探測到發光材料容積的發生的失效實現了特別高的安全性優點。

附圖說明

本發明的上述特徵，特點和優點以及如何實現其的方式和方式結合下面藉助附圖的對實施例的示意性描述而更清晰易懂。在此處出於清晰的原因，相同的或者作用相同的部件具有相同的參考標號。

圖1以斜視圖示出了根據本發明的照明裝置的組件；

圖2以側視圖示出了圖1的組件；

圖3示出了類似於圖1的照明裝置，其中現在還示出了在還存在發光材料容積的情況下的光束；以及

圖4示出了類似於圖1的照明裝置，其中現在還示出了在不存在發光材料容積的情況下的光束。

具體實施方式

圖1以斜視圖示出了照明裝置的選出的組件，其能夠設計成行車大燈1。圖2在側視圖中示出了行車大燈1的組件。

行車大燈1具有多個，在此：三個雷射二極體2的形式的光源。雷射二極體2分別發射初級光射束或者由藍色的初級光線構成的初級光束P，如已經在圖3和圖4中示出的那樣，例如具有450nm的波長和1.5瓦特的二極體功率。雷射二極體1的偏振平面如此地指向，即初級光射束P被高度橫向地偏振。雷射二極體2在此如下地布置在一個平面中，即雷射二極體的位置相應於等腰三角形的一個角，因為如此實現了高的布置密度。

雷射二極體2作為初級光學元件連接在兩個柱型透鏡3的下遊，其中，每個柱型透鏡3都作為準直器用於雷射二極體2中的至少一個。在圖2中的上方的柱型透鏡3作為初級光學元件用於兩個上方的雷射二極體2，下方的柱型透鏡3作為初級光學元件用於下方的雷射二極體2。因此能夠以特別少的，簡單成型的透光光學元件來實現初級光射線P的第一射束成型。

整體的微透鏡陣列(「Micro Lens Array」；MLA)4布置在柱型透鏡3的下遊，從而使得三個初級光射線P在柱型透鏡3的下遊進一步成型，例如以及偏轉。

三個初級光束P從微透鏡陣列4進一步延伸到聚焦透鏡5中，通過該聚焦透鏡其能被聚焦到發光材料容積6上。發光材料容積6可以具有一種或者多種發光材料。發光材料容積6在此設計成在透明基板6b上的具有粉末形式的發光材料的小板形的塗層，透明基板例如由玻璃或者藍寶石構成。然而，發光材料容積6例如也可以是陶瓷發光材料並且例如作為陶瓷小板存在。

通過在發光材料容積6中存在的至少一種發光材料，初級光束P的藍色光線完全(「全轉換」)或者部分地(「部分轉換」)轉換成次級光線S，在此例如轉換成黃色的次級光線S。因此，在背離雷射二極體2的側面上由發光材料容積6發射藍黃或者白色的混合光P，S，其沒有轉換成藍色光線的部分偶然地偏振並且也就是不再具有優選的橫向的偏轉方向。這是由於，沒有轉換成藍色的光線在發光材料容積6中散射並且散射因此幹擾了偏振的優先方向。

混合光P，S相對寬地發光地穿過透光的遮蓋板10射出。然後其例如穿過投影光學元件(如上所述)投射到在行車大燈1之前的遠場中。

行車大燈1此外具有光電二極體7的形式的光線傳感器，其將對於藍色光線可透射的，但是對於黃色次級光線不可或者僅僅很少透射的過濾器(「藍色濾波器」8)布置在其光線敏感的探測部件(如上所述)上遊。光電二極體例如可以具有1mm2或者更小，例如0.36mm2的作用傳感器面。光電二極體7此外具有在其光敏探測元件上遊布置的偏振濾波器9。光電二極體7或者7至9因此對於在確定的偏振方向上的初級光束P的藍色光線是敏感的。然而其不探測次級光線S，也就是對於其是不敏感的。

光線傳感器7至9在初級光射線P的(「原始的」)路徑OP的一部分中布置在發光材料容積6的位置的下遊，該原始路徑當發光材料容積6或者發光材料不存在時。這例如是這樣的情況，當發光材料容積6完全或者部分地溶解和/或損毀時。

光線傳感器7至9可以布置在原始路徑OP的主分支或者主光路或者旁路或者側光路NP中。主光路的特徵在於，即其在光線分離時還是繼續引導或者具有大部分的光通量，而側光路NP繼續引導或者具有較少的部分。在該實施例中，光線傳感器7至9布置在原始路徑OP的側光路NP中，也即是布置在以下側光路NP中，其當沒有受到發光材料容積6影響的(或者散射的)初級光線在蓋板10處被反射時形成。這也就是這樣的情況，即蓋板10在反射的位置處具有減反射塗層11時，尤其是在面對雷射二極體2的一側上。儘管有這樣的減反射塗層11，0.3至0.5％的傾斜入射到蓋板10上的光線被反射。蓋板10傾斜於原始路徑OP指向，例如以大約15°的角度。

也就是說當如在圖3中所示的那樣存在發光材料容積6時，在激活的雷射二極體2的情況下在其背離雷射二極體2的一側上就已經發射了混合光線P，S。混合光線P，S的由蓋板10反射到光電探測器7至9中的份額是很少的。通過藍色濾波器8，黃色的次級光線S的部分被濾出，並且然後從藍色初級光線的剩餘保留下來的透過部分通過偏振濾波器9過濾掉「錯誤的」偏振部分。透過的初級光線的在無方向性的偏振時的部分是很少的，尤其是少到忽略不計。尤其是，通過該初級光線在無方向的偏振時可以在背景噪聲的區域中產生傳感器信號。

然而，如在圖4中所述的那樣，如果發光材料容積6至少部分地不再存在，那麼入射的初級光束P的至少一部分能夠在沒有相互作用的情況下穿過發光材料容積6的(預設的)區域，也就是沒有被轉換或者被散射。由此，初級光束P現在在發光材料容積6的位置的下遊沿著其「原始」路徑延伸並且在發光材料容積6的位置中不被寬泛地散射。現在大部分以這樣的角度投射到蓋板10上，即在蓋板10處反射的部分實際上全部入射到光電二極體7上。藍色濾波器8實際上對於藍色的初級光線是完全透射的。偏振濾波器9如此地布置或者設定，即高度偏振的(因為沒有被散射)初級光線同樣實際上完全透射。

因此，在缺少發光材料容積6的情況中比存在發光材料容積6的情況中確定出明顯更高的光通量。由於取決於偏振特性的光電二極體7的探測敏感度，當發光材料容積6僅僅部分地不再存在或者損壞時，還能探測可測量的較高的光通量。探測敏感度顯著好於沒有考慮到偏振的情況或者沒有偏振濾波的情況。因此，也可以安全地探測具有在毫米和微米範圍中的直徑的缺失的小發光材料容積(孔)。

行車大燈1尤其設置成，當在光電探測器7上達到或者超過光通量的預設值時，行車大燈自動地關閉。由此可以阻止行車大燈1的過強的光發射。預設的閾值可以例如在以下情況實現，當發光材料容積6至少部分地不再存在和/或當在存在發光材料容積6時雷射二極體2的功率過高時。行車大燈1可以為此具有控制裝置。可替換的是，行車大燈1可以不用自動關閉，而是僅僅將關於達到或者超過閾值的信號輸出給車輛，其然後關閉行車大燈1。

行車大燈1也被設置成，當在光電二極體7上的光通量與至少一個所屬的雷射二極體2的功率的相關性達到預定的值時，執行動作。通過以下相關性，其尤其將光電二極體7的探測信號與雷射二極體2的功率相關聯，例如考慮到其比例，能夠基於入射到光電二極體7至9上的藍色初級光線的偏振度的改變而特別敏感地確定探測信號的變化。由此又能夠特別提早地確定發光材料容積6的損壞並由此來觸發動作。該動作例如可以包括輸出報警指示到例如車輛的控制單元，和/或包括行車大燈1的調光或者斷開。

儘管在細節上通過示出的實施例進一步描述和說明本發明，但是本發明並不局限於此並且本領域技術人員可以由此推導出其他變體方案，而不脫離本發明的保護範疇。

通常，「一」，「一個」等可以被理解為一個或者多個，尤其是在「至少一個」或者「一個或者多個」等等的意義上，只要其沒有被明確地排除，例如通過表述「剛好一個」等等。

數量說明也可以恰好包括給出的數量，也可以包括通常的公差範圍，只要其沒有被明確排除。

參考標號列表

1 行車大燈

2 雷射二極體

3 柱型透鏡

4 微透鏡陣列

5 聚焦透鏡

6 發光材料容積

6b 基板

7 光電二極體

8 藍光濾波器

9 偏振濾波器

10 透光蓋板

11 減反射塗層

NP 側光光路

OP 初級光束的原始路徑

P 初級光束

S 次級光線。