CN103250089A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

照明装置具有至少一个反射器（2）、包含发光材料的至少一个发光区域（3）、至少一个激光器（6），其中所述至少一个发光区域能够借助于至少一个激光器来激励以用于放射光，并且由至少一个发光区域放射的光的至少一部分射到至少一个反射器上。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及一种照明装置，所述照明装置具有至少一个反射器、包含发光材料的至少一个发光区域、用于激励至少一个发光区域的激光器。

背景技术

WO2009/112961A1描述一种激光源，所述激光源具有至少一个发射激光的元件、至少一个光源输出元件（所述光源输出元件设计成将激光对准预设的位置）和至少一个转换换件。至少一个转换元件包括一组波长转换区域，所述波长转换区域设计成将激光转换成波长转换的或转变的光，使得已转变的光和激光的组合产生期望的输出混合光。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的照明装置。

所述目的根据独立权利要求的特征来实现。优选的实施形式尤其能够在从属权利要求中得出。

所述目的通过下述照明装置来实现，所述照明装置具有至少一个反射器、包含发光材料的至少一个发光区域、至少一个激光器，其中至少一个发光区域能够借助于至少一个激光器来激励以用于放射光并且由至少一个发光区域放射的光的至少一部分射到至少一个反射器上。

这种照明装置也能够称作借助隔开的发光材料来激光激励的装置或LARP（“Laser Activated Remote Phosphor”，激光激励的远程磷光体）装置。

发光材料区域能够具有一种或多种发光材料，所述发光材料能够将射入的激光至少部分地转换成波长转换或转变的光。发光材料区域或其发光材料能够将由光源放射的光至少部分地进行波长转换，这尤其能够包括，由光源射入到发光材料区域上的光的一部分由发光材料区域的至少一种发光材料吸收并且以改变的、尤其更大的（“降频的”）或更小的（“增频的”）波长重新发射（例如，从蓝色到黄色）。光的另一部分能够在没有经过波长转换的情况下再次从发光材料区域放射。因此，由发光材料区域将由相关的光源射入的单色光作为混合光（作为波长转换部分和波长未转换部分的组合）放射，例如，作为白色（蓝色/黄色）的混合光。发光材料区域能够关于其厚度和/或至少一种发光材料的浓度来目的明确地调节成，使得因此也能够目的明确地调节波长转换部分。特别地，能够通过足够高的发光材料浓度和/或足够大的厚度基本上完全地对射入的光进行波长转换。这尤其能够相应于至少大约95%、尤其至少大约98%、尤其至少大约99%的转换率。

波长转换例如能够以发光、尤其以光致发光或者以辐射发光、尤其以磷光发光和/或荧光发光为基础来执行。

发光材料区域能够尤其以漫射的方式放射光，这能够实现高的强度均匀性和对在下游接入的光学元件进行宽的辐照。

多个激光器、尤其是激光二极管也能够照射相同的发光材料区域和/或激光射束能够借助初级光学元件、例如借助初级透镜而扩宽，以便均匀地照亮发光材料。

一个设计方案是，光源是窄带辐射光源。窄带辐射光源尤其能够被理解成是下述光源，其中发射的光束的张角不大于5°、尤其不大于2°。

一个改进形式是，光源射出具有小带宽的光，尤其是单色光。因此，由至少一个光源放射的光能够有效地与发光材料相匹配。光源尤其能够是窄带的光源，替选地，例如为装配有光学带通滤光器的宽带的光源。

另一个设计方案是，光源是激光源。激光源具有下述优点，所述激光源发射具有小张角的窄带的光（“窄带辐射”）并且此外能够是紧凑且价格便宜的。一个改进形式是，激光源是激光二极管。所述激光二极管能够尤其紧凑且坚固地构造。激光二极管也能够简单地以成组的方式共同驱动，例如作为层堆（“激光器层堆”）。

一个设计方案是，在至少一个反射器的下游连接有至少一个光学积分器以用于汇聚从至少一个反射器放射的光。

又一个设计方案是，至少一个发光材料区域设置在旋转的发光材料载体上。

又一个设计方案是，多个发光材料区域区段地设置在发光材料载体上。

又一个设计方案是，发光材料载体能够横向于旋转平面在至少一个反射器的焦点中移动。

又一个设计方案是，发光材料载体能够以圆盘、圆柱体或截锥体的形式构成。

又一个设计方案是，至少一个发光区域能够设置或已设置在至少一个反射器的焦点中。

又一个设计方案是，至少一个发光区域定向成垂直于或平行于至少一个反射器的半平面。

又一个设计方案是，至少一个发光区域定向成与至少一个反射器的半平面成锐角。

又一个设计方案是，发光区域施加在平坦的面上。

又一个设计方案是，发光区域施加在弯曲的面上。

又一个设计方案是，照明装置还具有至少一个次级光学元件、尤其是反射器，尤其为镜，所述镜构造并且设置成将未反射地从至少一个反射器射出的光反射回到至少一个反射器中，尤其反射回到至少一个发光区域上。

又一个设计方案是，其中旋转的发光材料载体具有放射不同色彩的光的多个发光材料区域，即在旋转的发光材料载体的下游连接有具有多个滤光区段的滤光轮，滤光轮与旋转的发光材料载体同步并且滤光轮的滤光区段具有与由发光材料区域所放射的光相匹配的透射特性。

又一个设计方案是，旋转的发光材料载体具有能够由至少一个激光器照射的多个区段，其中至少一个区段具有相应的发光材料区域并且至少一个区段具有窗口以用于使射入到窗口上的光以波长恒定的方式通过。

又一个设计方案是，照明装置设计成，将从至少一个反射器射出的光根据射出的光的色彩分开到基本上不同的空间区域中，使照明装置在至少一个空间区域中具有至少一个选色的反射器、尤其是分色镜，至少一个选色的反射器设计为用于反射为另一空间区域设有的色彩的光。

又一个设计方案是，照明装置设计成，使预设偏振方向的光从至少一个反射器透射并且将与之垂直的偏振方向的光反射回到至少一个反射器中。

又一个设计方案是，照明装置设计成，使预设偏振方向的光从至少一个反射器透射并且将与之垂直的偏振方向的光反射回到至少一个发光区域3中。

又一个设计方案是，照明装置具有光栅偏振装置。

又一个设计方案是，照明装置具有至少一个偏振分束器。

又一个设计方案是，在至少一个偏振分束器的下游连接有至少一个半波板。

又一个设计方案是，至少一个反射器具有至少一个半壳反射器。

又一个设计方案是，至少一个反射器具有至少一个椭圆形反射器并且至少一个椭圆形反射器延长超过基于其轮廓的椭圆的侧顶点。

又一个设计方案是，照明装置是汽车照明装置。

照明装置通常能够单独地或者以具有相同的或相同类型的其他照明装置的组来应用。例如，在多个照明装置的情况下，能够借助于一个或多个相应的照明装置示出一个或多个色彩通道。这能够尤其对于投影应用是有利的，其中连续地或并行地产生投影应用所需要的原色。

附图说明

在附图中，根据实施例示意性地更详细地描述本发明。在此，为了可视性，相同的或起相同作用的元件能够设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1描绘出照明装置A1、例如LARP照明装置的可能的应用，如同也在上文中在例如借助于具有旋转的发光材料载体（发光材料轮）的单独的LARP反射器模块B应用连续色彩产生来描述。由LARP反射器模块B产生的光首先在积分器C中均匀化并且随后被引导到成像元件或成像装置D上。

例如在图2中针对照明装置A2示出，在存在多个平行的色彩通道的情况下，不同的LARP反射器模块B的不同色彩的光经由分色镜E来组合。在存在三个色彩通道的情况下，例如能够应用所谓的分光合色棱镜（X-Cube）。用于使光分布均匀化的积分器C和成像元件D能够根据成像装置的类型（LCD、DLP或ELCOS等）定位在色彩组合之前或之后。

图3以侧剖面图示出LARP反射器模块B和积分器C的可能的设计方案，即照明装置1A。照明装置1A具有在此为椭圆形的半壳反射器2，具有至少一种发光材料的发光材料区域3位于所述半壳反射器的焦点F。发光材料区域3在此设置在能够旋转或转动的发光材料载体4上，更确切地说位于其基体5上。当发光材料载体4转动时，在一定时间段期间，发光材料区域3的每一个区段或多个发光材料区域3连续地被（例如，波长在350nm和460nm之间的紫外/蓝色光谱范围中的）一个或多个激光器6通过用泵浦光或初级激光P辐照来激励例如以用于照明。不同的发光材料区域3能够发射不同色彩的光。

半壳反射器2尤其能够具有椭圆形的、抛物线形的或自由形状的轮廓，但是不局限于此。半壳反射器2能够具有相应的开口2a或孔以用于使设置在外部的激光器6的初级激光P通过。

所述元件1至6例如能够是LARP反射器模块B的部件。

在半壳反射器2的光学下游连接有透镜7、尤其是柱面透镜并且在所述透镜下游例如能够连接有用作积分器C的积分器8。积分器8的光射入面位于至少大致不同于焦点F不同的焦点F’处，使得全部由半壳反射器2通过其光出射平面E放射的光射入到积分器8中，如通过虚线表明。积分器8在此为光导体。积分器8在此倾斜于半壳反射器2的半平面H，然而这不是强制性的。

图4示出能够替选或附加使用的照明装置1B，在所述照明装置中装备有椭圆形的反射器2结合连接在下游的发散透镜9和蜂巢电容器（“复眼”）10作为积分器。

图5示出照明装置1C，在所述照明装置中半壳反射器2是抛物线形的反射器，在所述反射器的光学下游连接有蜂巢电容器10和发散透镜9。

图6示出照明装置1D，在所述照明装置中半壳反射器2是抛物线形的反射器，在所述反射器的光学下游连接有聚光透镜12和构成为积分光导体的积分器8。

根据所应用的激光器的波长，例如“蓝色”，初级激光也能够直接地用于色彩混合。在这种情况下，旋转的发光材料载体4的至少一个区段、例如“蓝色”区段由散射区域代替发光材料区域3组成。

积分光导体或积分棒形式的积分器8的均匀化效果通常能够通过透镜7、尤其是通过柱面透镜形式的透镜7来改进，所述透镜直接地定位在积分器8之前，由此能够减小积分器长度。这单纯示例性地在图3中示出。

在椭圆形的反射器中，反射器轮廓相应于旋转椭圆的表面。在此所应用的半壳反射器2的几何尺寸允许，半壳反射器2延长超过所基于的椭圆的侧顶点S，如针对图7中的照明装置1E示出。这一方面简化在随后的积分器8中的光分布的均匀化，另一方面减少由于光穿过前面的反射器开口或光出射平面E的直接泄漏而引起的损耗。

在借助能够转动的发光材料载体4的被划分成色彩区段的发光材料区域3进行连续色彩产生的情况下和在激励波长位于可见光谱范围中的情况下，例如在大约440nm至460nm的情况下，能够强烈地减小色彩空间。原因为被例如非蓝色的发光材料区域3散射的、例如蓝色的泵浦光，也就是既不由发光材料区域3变换也不由其吸收的（“原色的”）光。为了避免这种初级的或原色的底色或色彩干扰，例如能够变化在图3至图6中示出的实施形式，使得抑制原色的底色光。

图8对此示出同步的滤光轮13在照明装置1F中的应用。在此，小横截面（例如，大约5mm）的光导体与聚焦的光学元件、例如透镜7或聚光透镜12组合来用作为积分器8，如同在图3和图6中示出。此外，滤光轮13能够直接地定位在积分器8之前，所述滤光轮与能够转动的发光材料载体4同步并且其滤光区段具有与能够转动的发光材料载体4的色彩区段的发射相匹配的透射，从而能够将原色的底色滤出。

通常，能够替代滤光轮14而应用至少一个分色镜。

为了抑制原色的底色，例如非蓝色色彩区段中的蓝色散射光，能够转动的发光材料载体4的原色区段能够构造成是透明的，使得原色的可用光、尤其是泵浦光或初级激光在空间上与通过激励至少一个发光材料区域3产生的其他色彩隔开。由此，借助位置固定的滤色器或分色镜15能够抑制例如为蓝色的原色的散射光。

在此，反射器16优选地构造成是旋转对称的，以便对初级激光的透射光聚束。图9示出具有椭圆形的反射器16的这种照明装置1G。图10示出具有抛物线形的反射器16和聚光透镜12的这种照明装置1H。因此，照明装置1G和1H尤其设计成，将从至少一个反射器16射出的光根据射出的光的色彩分到基本上不同的空间区域中（例如，在光射出平面E处，辐射蓝色的、在此下部的空间区域和辐照非蓝色的、在此上部的空间区域），其中照明装置1G和1H在至少一个空间区域中具有至少一个选色的反射器、尤其是分色镜15，其中至少一个选色的反射器，即分色镜15设计为反射为另一空间区域设有的色彩的光。当存在滤色器时，被过滤的光被吸收。

应用分色镜15尤其具有下述优点：将散射的泵浦光再次聚焦到至少一个发光材料区域3上。以该方式，降低由于泵浦光没有完全转变而产生的损耗，并且提高照明装置的总效率。为此，与椭圆形的反射器16组合，分色镜15优选地安置在椭圆的对称平面中，也就是距焦点F具有间距e，其中e是椭圆的线性离心率。这示例性地在图9中示出。

同样在为全反射器的反射器16中，仅单侧地辐照能够转动的发光材料载体4，即使原则上可以在双侧进行辐照。单侧辐照具有下述优点，能够更好地避免至少一个发光材料区域3的过热。

通过将蜂巢电容器10用作积分器，如针对图11中的照明装置1I示出，并且借助于在蜂巢电容器10之前将原色的和非原色（波长转换的）的光叠加，能够优化光分布的均匀性以及透射。在此，如在图4中，能够在蜂巢电容器10之前使用准直光学元件17并且在蜂巢电容器10之后使用发散透镜9。

图12示出照明装置1J，其中原色光首先被扩宽或被稍微发散（例如借助于发散透镜18）并且随后首先借助于常规镜19并且随后借助于半透明镜20（例如，另一个分色镜）与非原色光叠加，这简化光分布的均匀化。随后的积分器能够构造成光导体积分器8或构造成蜂巢电容器10。在第一种情况下，射束优选地仍聚焦到积分器8中。

当例如对于液晶屏或ELCO而言，成像元件需要特定偏振方向的光时，由至少一个发光材料区域3放射的、未偏振的光必须首先偏振。为了避免所产生的光的一半在此丢失，应用偏振分束器并且不需要的偏振分量部分地或完全地转动90°。

所谓的光栅偏振装置（也称作线栅或金属栅偏振装置或“线栅”偏振器（WGP））具有下述特征：使期望的偏振方向的光透射，而与此垂直的偏振方向的光被反射。

在图13中借助照明装置1K与抛物线形的反射器2的组合示出光栅偏振装置21的应用。不期望的偏振分量被设置在光出射平面E中的光栅偏振装置21射回并且漫反射到至少一个发光材料区域3中，这引起消偏振。在完全消偏振的情况下，现在，漫反射的光的一半再次在光栅偏振装置21上透射（“偏振循环”）。

相似的构造在图14中借助照明装置1L示出。照明装置1L应用偏振分束器22（在此在其之前连接有准直透镜23）来替代光栅偏振装置21。偏振分束器22在此使期望的偏振分量通过并且将不期望的偏振分量反射到镜24上。不期望的偏振分量借助镜24本身被向回反射并且通过至少一个发光区域3的漫反射能力与实例13相似地消偏振。

照明装置1L没有应用能够转动的发光材料载体4，而是发光材料区域3位置固定地设置在静止的冷却体27上。然而，替选地，也能够应用能够转动的发光材料载体4。

图15示出类似于照明装置1L的照明装置1M，所述照明装置1M应用半波板25来替代向回反射的镜24。对此，应用结合连接在下游的半波板25和另一个镜26的偏振分束器22，由此，不期望的偏振分量转动90°从而能够直接使用。

当然，本发明不局限于示出的实施例。

通常，不同实施例的特征能够以替选的或附加的方式应用。

例如，替代半壳反射器也能够应用全壳反射器或多个半壳反射器的组合。

至少一个发光区域优选地但是非必须地存在于反射器的焦点上。

通常替代能够转动的发光材料载体也能够应用一个或多个位置固定的或静止的发光材料区域。

通常，能够转动的发光材料载体能够单侧地或双侧地被辐照。

Claims (14)

1.照明装置，具有至少一个反射器、包含发光材料的至少一个发光区域以及至少一个激光器，其中所述至少一个发光区域能够借助于至少一个激光器来激励以用于放射光，并且由所述至少一个发光区域放射的光的至少一部分射到所述至少一个反射器上。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中在所述至少一个反射器的下游连接有至少一个光学积分器以用于汇聚从所述至少一个反射器放射的光。

3.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中所述至少一个发光材料区域设置在旋转的发光材料载体上。

4.根据权利要求3所述的照明装置，

-其中所述旋转的发光材料载体具有多个发光材料区域，所述多个发光材料区域放射不同色彩的光，

-其中在所述旋转的发光材料载体的光学下游连接有具有多个滤光区段的滤光轮，

-其中所述滤光轮与所述旋转的发光材料载体同步，并且

-其中所述滤光轮的滤光区段具有与由所述发光材料区域放射的光相匹配的透射特性。

5.根据权利要求3或4所述的照明装置，其中所述旋转的发光材料载体具有能够由所述至少一个激光器照射的多个区段，其中至少一个区段具有相应的发光材料区域，并且至少一个区段具有窗口以用于使射入到所述窗口上的光以波长恒定的方式通过。

6.根据上述权利要求之一所述的照明装置，

-其中所述照明装置设计成，将从所述至少一个反射器射出的光根据射出的光的色彩分开到基本上不同的空间区域中，

-其中所述照明装置在所述空间区域中的至少一个中具有至少一个选色的反射器、尤其是分色镜，

-其中所述至少一个选色的反射器设为用于反射为另一空间区域设有的色彩的光。

7.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中所述照明装置设计成，使预设偏振方向的光从所述至少一个反射器中透射，并且将与之垂直的偏振方向的光反射回到所述至少一个反射器中。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其中所述照明装置设计成，使预设偏振方向的光从所述至少一个反射器中透射，并且将与之垂直的偏振方向的光反射回到所述至少一个发光区域3上。

9.根据权利要求7或8所述的照明装置，其中所述照明装置具有至少一个光栅偏振装置。

10.根据权利要求7或8所述的照明装置，其中所述照明装置具有至少一个偏振分束器。

11.根据权利要求10所述的照明装置，其中在所述至少一个偏振分束器的下游连接有至少一个半波板。

12.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中所述至少一个反射器具有至少一个半壳反射器。

13.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中所述至少一个反射器具有至少一个椭圆形反射器，并且所述至少一个椭圆形反射器延长超过基于其轮廓的椭圆的侧顶点。

14.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中所述照明装置是汽车照明装置。

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