CN104613418B - 用于产生波长转换的光的光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有激发辐射源(12)的光模块(10a；10b；10c)，一种具有多个扇区(16a；16b；16c；16d；16e；16f；16g；16h；40a；40b；40c；40d；40e；40f；40g；40h)的可转动的色轮(16；40)，所述扇区在色轮(16；40)旋转时能够通过激发辐射源(12)顺序地辐照。在此，在第一区域(B1)中至少在扇区(16a；16b；16c；16d；16e；16f；16g；16h；40a；40b；40c；40d；40e；40f；40g；40h)中的一个中设置有波长转换元件(18；20；42)。此外，色轮(16；40)的第二区域(B2)的至少一个子区域(24)至少部分地构成为是透光的并且由至少一个波长转换元件(18；20；42)发射的光能够穿过所述子区域(24)引导至光模块(10a；10b；10c)的输出端(26)。

Description

用于产生波长转换的光的光模块
技术领域
本发明基于一种用于产生波长转换的光的光模块。该光模块具有：激发辐射源，所述激发辐射源用于产生具有第一波长范围中的至少一个波长的激发辐射；能围绕转动轴线转动的色轮，所述色轮被划分为第一区域(B1)和第二区域，所述第一区域和所述第二区域不交叠并且在径向方向上相互设置成使得这两个区域中的一个为所述色轮的内部区域，并且这两个区域中的一个为所述色轮的外部区域，其中所述色轮具有多个扇区，其中在所述第一区域中至少在所述色轮的所述扇区中的一个中设置有波长转换元件，所述波长转换元件设计为将具有第一波长范围中的波长的辐射转换成具有与所述第一波长范围不同的第二波长范围中的主波长的光；其中所述光模块构成为，使得由所述激发辐射源发射的激发辐射能够偏转到所述色轮上，使得在所述色轮围绕所述转动轴线旋转时能够顺序地且在所述第一区域之内辐照所述扇区。
背景技术
在光模块、尤其是LARP(激光活化的远程磷光体)应用中通常将多种不同的发光材料设置在色轮的不同的扇区中，所述扇区在色轮旋转时通过激发辐射源、例如激光器来照射。在此，发光材料将通常位于蓝色和/或UV光谱范围中的激发辐射转换成具有更长主波长的光。通过例如为绿色发光材料、黄色发光材料和红色发光材料的发光材料因此能够产生具有绿色、黄色和红色光谱范围中的主波长的光。由发光材料发射的光然后被输送给光模块的输出端，例如将积分器连接到所述光模块上。此外，也能够将激发辐射的一部分输送给输出端。为此，色轮通常在一个或多个扇区中具有穿通开口，使得射到所述穿通开口上的激发辐射能够未经转换地引导穿过色轮并且能够通过适当地偏转所述射束而引导至光模块的输出端。
LARP光模块的当前可用的绿色和红色发光材料具有不能良好地适合于高要求的投影应用的发射光谱。在此，绿色通道中的主波长过大并且红色通道中的过小。为了移动所述发光材料的主波长，能够应用相应的滤波器，所述滤波器设置在与色轮同步的滤波轮上，尤其在积分器之前。然而所述滤波轮产生附加的成本，附加的空间需求在操控滤波轮以及与色轮同步时的附加的耗费。
发明内容
本发明的目的因此为：提供一种用于产生波长转换的光的光模块，所述光模块以低耗费的手段实现扩大可寻址的色域。
所述目的通过具有本文所述的光模块来实现。在下文中提出尤其有利的设计方案。
用于产生波长转换的光的根据本发明的光模块包括：激发辐射源，其用于产生具有第一波长范围中的至少一个波长的激发辐射。此外，光模块具有能围绕转动轴线转动的色轮，所述色轮被划分为第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域不交叠并且在径向方向上相互设置成使得两个区域中的一个为色轮的内部区域并且两个区域中的一个为色轮的外部区域。此外，色轮具有多个扇区，其中在第一区域中至少在色轮的扇区中的一个中设有波长转换元件，所述波长转换元件设计为将具有第一波长范围中的波长的辐射转换成具有与第一波长范围不同的第二波长范围中的主波长的光。此外，光模块构成为，使得由激发辐射源发射的激发辐射能够偏转到色轮上，使得在色轮围绕转动轴线旋转时能够顺序地且在第一区域之内辐照扇区。此外，第二区域的至少一个子区域对于可见波长范围的至少一部分构成为是透光的，其中光模块构成为，使得由至少一个第一波长转换元件转换的和发射的光的至少一部分能够穿过第二区域的对于可见波长光谱范围的至少一部分构成为是透光的至少一个子区域被引导至光模块的输出端。
通过构成具有色轮的第二区域中的对于可见波长光谱的至少一部分可透光的子区域的色轮提供多种可能性，以便尤其对于色轮具有用于提供不同颜色的光、即具有不同主波长的光的多个波长转换元件的情况下，实现在没有附加的滤波轮的情况下滤波波长转换元件的发射光谱。在此，本发明以有利的方式利用下述事实：色轮“相对于本身自同步”。由此能够通过色轮提供附加功能，所述附加功能超越用于承载波长转换元件的承载功能。特别地，通过至少一个至少部分透光的区域和引导穿过色轮的至少一个光学路径能够实现将色轮同时用作为斩光轮(Chopperrad)，这例如能够实现静态滤波器的应用，以便也在多个波长转换元件旋转时能够实现发射光谱，并且这以尤其有效的、紧凑的且低成本的结构类型实现。此外，通过构成具有第二区域的对于可见波长光谱的至少一个子区域透光的至少一个子区域的色轮并且引导由波长转换元件发射的光穿过该子区域例如也可行的是：色轮同时也构成为滤波轮，进而滤波穿引的光。
在本发明的一个有利的设计方案中，在色轮的多个扇区中分别在色轮的第一区域之内设置有波长转换元件，并且其中第二区域的至少一个子区域构成为是不透光的。特别地，第二区域在此也能够具有多个不透光的子区域和多个至少部分透光的、即对于可见波长光谱的至少一部分透光的子区域。在此，第二区域的所述子区域优选设置成，使得至少部分透光的子区域和不透光的子区域位于虚拟的圆周线或具有转动轴线作为中点和第一半径的环上。此外，也将波长转换元件在第一区域中设置成，使得其位于虚拟的圆周线或具有转动轴线作为中点和具有与第一半径不同的第二半径的环上。因此，能够以简单的方式实现：激发辐射以相应于第二半径的距转动轴线的第一间距射到色轮上，进而在色轮转动时顺序地激发波长转换元件。此外，也能够以简单的方式实现：由波长转换元件发射的光至少部分地又射到色轮上，更确切地说，以距转动轴线的相应于第一半径的间距射入。由于色轮转动并且尤其由于“相对于本身自同步的”转动或旋转将第二区域的相应的子区域与第一区域中的每个扇区、尤其每个波长转换元件区域或部段通过下述方式关联，即从该扇区或波长转换元件区域发射的光的至少一部分射到第二区域的相应的子区域上，尤其是时间相同地射到其上，因为光运行时间是能够忽略的。因此能够通过构成具有不透光的和至少部分透光的区域的色轮能够以简单方式预设：何种光份额由色轮的第一区域的哪个扇区被穿引经过或者不经过色轮的第二区域。
通过不透光区域以及通过将光偏转到该区域上例如也能够实现：通过同一静态的滤波器分离光谱份额而并且通过偏转到色轮的不透光的区域上来移除要滤波的光谱份额，其中同时可行的是，为特定的转换元件通过相应地透光地构成第二区域的相应的子区域使用偏转到色轮上的光谱份额。这能够以有利的方式实现在没有单独的滤波轮的情况下对波长光谱进行滤波。
此外有利的是，在第一区域中的至少一个扇区具有用于透射激发辐射的穿通开口，其中尤其该扇区在第二区域中构成为是不透光的。通过引导激发辐射穿过尤其同样优选位于上述虚拟的圆周线或具有第二半径的环上的该穿通开口，能够以有利的方式实现：也将未经转换的激发辐射为了与另外的光色组合而引导至输出端并且进行使用。
在本发明的另一有利的设计方案中，光模块具有至少一个静态的第一滤波元件，所述第一滤波元件尤其设计为用于根据波长反射或透射光。
使用静态的、即不可移动或固定设置的不可转动的滤波元件来尤其对波长转换元件的发射光谱的特定的光谱份额进行滤波在此仅通过色轮的之前描述的设计方案来实现。因为当静态的滤波元件设置在全部波长转换元件的发射光的光路中时，静态的滤波元件因此对全部波长转换元件起作用。然而因为所述滤波器根据波长进行反射或透射，能够使用透射的和/或反射的部分光并且将其引导至输出端。然而何时应当尤其由何种波长转换元件使用透射的或反射的份额，能够通过将色轮的相应的第二区域构成为透光的或不透光的来确定。
在本发明的一个有利的设计方案中，光模块构成为，使得由色轮至少部分地相反于激发辐射到色轮上的入射方向发射的光的一部分在第一光学路径上被引导至光模块的输出端，并且光的一部分在至少部分与第一光路不同的第二光路上引导至输出端，其中色轮的至少第二区域至少部分地设置在第一光学路径中，并且其中色轮不设置在第二光学路径中，并且其中尤其第一光学路径和第二光学路径从色轮直至至少一个静态的第一滤波元件相同地伸展并且通过至少一个静态的第一滤波元件分离。因此，通过光学路径的该分离结合构成具有至少部分透光的和不透光的子区域的色轮能够有针对性地以有利的方式控制对于相应的波长转换元件的滤波作用。
在另一有利的设计方案中，光模块构成为，使得由色轮发射的、射到静态的第一滤波元件上的且由静态的第一滤波元件透射的光在第一光学路径上引导至输出端，并且由静态的第一滤波元件反射的光在第二光学路径上射到色轮的第二区域的至少一个第二子区域上。
这提供光引导的尤其简单且紧凑的可能性，因为由色轮发射的、又应当射到色轮上的光无论如何必须向回引导、即反射。
在本发明的一个有利的设计方案中，静态的第一滤波元件具有滤波平面，其中静态的第一滤波元件的朝向色轮的一侧的该滤波平面的法线向量相对于激发辐射的入射方向以下述角度沿朝色轮的转动轴线的方向倾斜到静态的第一滤波元件上，所述角度位于0°至45°的、其中不包括45°，尤其5°至30°的、其中包括30°，尤其优选10°至20°的、其中包括20°，尤其优选10°至15°的、其中包括15°的范围中。特别地，在此，法线向量、色轮的转动轴线和激发辐射到静态的第一滤波元件的入射方向位于一个平面中。这是尤其简单的进而有利的设计方案。但是也能够提出其他的设计方案，其中法线向量不位于该平面中并且在上述角度范围之内相对于激发辐射的入射方向倾斜。
通过该设计方案，能够以特别有利的方式实现：由色轮发射的且由滤波元件反射的光直接地向回射到色轮上，尤其是在没有另外的偏转镜的情况下，由此能够提供特别低成本的且紧凑的投影装置。
替选地，滤波元件的法线向量能够以相对于光路、即相对于激发辐射的入射方向成45°的角度沿朝色轮的转动轴线的方向倾斜地设置到色轮上和/或设置到第一滤波元件本身上，并且通过优选同样以45°的角度相对于光路设置的另一偏转镜，该偏转镜将由滤波元件反射的光再次偏转到色轮上。尽管对于这种布置需要更多的光学元件，然而通过直角的射束引导来降低校准耗费。
在本发明的另一有利的设计方案中，光模块构成为，使得由色轮在一个时间点从至少一个波长转换元件的一个位置发射的、射到静态的第一滤波元件上的并且由静态的第一滤波元件反射的光至少部分地在这种光学路径上在上述时间点射到色轮的第二区域的至少一个子区域中的入射点上，使得至少一个波长转换元件和入射点之间的延长的连接直线不穿过色轮的转动轴线伸展。换而言之，也能够实现三维的射束引导，例如使得由静态的第一反射元件反射的光从通过色轮的转动轴线和激发辐射到色轮上的入射方向形成的第一平面中向外偏转，例如通过偏转镜偏转，并且还偏转到与该第一平面不同的且平行的第二平面中，例如通过另一偏转镜来偏转。三维的射束引导具有下述优点：这允许在光路进而还有光学元件彼此间的设计方案方面的更多的自由度，使得通过这种设计方案能够优化光模块和其各个部件的布置并且能够更加紧凑地构成。
在本发明的另一有利的设计方案中，色轮的第二区域的对于可见波长光谱的至少一部分构成为是透光的至少一个子区域构成为色轮中的穿通开口。通过该构成方案，色轮能够以特别简单且低成本的方式同时构成为斩光轮。因此，特定的发射光谱的滤波能够以简单的方式如所描述的那样结合静态的滤波元件来实现。
替选地或附加地，色轮的第二区域的对于可见波长光谱的至少一部分构成为是透光的至少一个子区域也具有滤波元件，所述滤波元件设计为用于透射至少一个预设波长范围中的光并且不透射具有出自与至少一个预设波长范围不同的波长范围中的光。由此例如能够实现：波长转换元件的发射光谱、例如用于在输出端处提供红色光的发射光谱，通过静态设置的滤波元件实现，并且另一发光材料的发射光谱、例如了绿色发光材料的发射光谱的滤波通过位于色轮的子区域中的滤波元件实现。也能够提出：分别为相应的波长转换元件的要滤波的发射光谱将相应的滤波元件设置在第二区域的相应的子区域中。在此，设置在色轮中的滤波元件能够以任意的方式构成，例如构成为吸收滤波器，所述吸收滤波器吸收要滤波的光谱份额，或者构成为干涉滤波器，所述干涉滤波器反射特定的光谱份额并且透射另外的光谱份额。
此外，静态的第一滤波元件构成为干涉滤波器。通过该构成方案，能够使用透射的还有反射的光。在此，静态的滤波器能够根据应用情况构成为长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器和/或带阻滤波器，并且尤其也构成为用于透射和/或反射一个或多个不连续的波长范围。由此提供光引导和滤波的多种可能性。
激发辐射源还优选包括激光器或激光二极管，所述激光器或激光二极管发射蓝色光谱范围、尤其440nm至480nm中的光。所述波长范围特别良好地适用于激发波长转换元件、尤其发光材料，并且此外该波长范围中的蓝色光良好地适合于将所述光与在输出端处提供的其余的颜色组合。此外，能够通过激光器和激光二极管提供极其窄带的激发光谱、尤其基本上以聚集到光谱线上的方式提供，由此能够特别有效地激发发光材料。
在本发明的另一优选的设计方案中，至少一个波长转换元件构成为红色发光材料和/或黄色发光材料和/或绿色发光材料，所述红色发光材料和/或黄色发光材料和/或绿色发光材料构成为发射具有红色的或黄色的或绿色的光谱范围中的主波长的光。尤其借助蓝色的激发辐射能够通过该原色提供大的色域，所述色域尤其通过上述滤波可能性、优选红色的和/或绿色的光的滤波可能性还能够被额外扩大。
然而，本发明的一个特别有利的设计方案是：光模块构成为，使得在光模块的输出端上提供的红色光通过由黄色发光材料发射的且通过长通滤波器滤波的光来提供。将黄色发光材料用于产生红色光谱范围中的光具有的优点是：由此能够提高红色通道中的光流。因为黄色发光材料具有比红色发光材料显著更高的转换效率，由此尽管进行滤波仍能够实现光流优势，所述光流优势尤其在激发辐射功率高的情况下强烈地起作用。
本发明的其他的优点、特征和细节从本文中、优选的实施方式的下面的描述以及根据附图得出。
附图说明
下面应当根据实施例详细阐述本发明。附图示出：
图1示出根据本发明的第一实施例的光模块的示意图；
图2示出根据图1和图5的光模块的色轮的示意图；
图3示出根据图1和图5的光模块的第一滤波元件的滤波特性的示意图；
图4示出根据图1和图5的光模块的第而二滤波元件的滤波特性的示意图；
图5示出根据本发明的第二实施例的光模块的示意图；
图6示出根据本发明的第三实施例的光模块的示意图；
图7示出根据图6的光模块的黄色的陷波滤波器的滤波特性的示意图；
图8示出根据图6的光模块的色轮的示意图；
图9示出绿色发光材料的借助于黄色的陷波滤波器滤波的发射光谱的示意图；
图10示出红色发光材料的借助于黄色的陷波滤波器滤波的发射光谱的示意图；
图11示出黄色发光材料的借助于黄色的陷波滤波器滤波的发射光谱的示意图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一实施例的光模块10a的示意图。光模块10a具有激发辐射源12，所述激发辐射源尤其能够包括蓝色激光器和/或一个或多个激光二极管，其发射尤其在440nm和480nm之间的蓝色光谱范围中的激发辐射14。此外，光模块10a具有色轮16，所述色轮能够围绕转动轴线A旋转，尤其以恒定的转动频率旋转。
所述色轮16在图2中以俯视图示出，即在垂直于转动轴线A的平面中示出。色轮16能够被划分成两个区域，更确切地说外部的第一区域B1和内部的第二区域B2，这应当通过这两个区域B1和B2之间的边界线17来图解说明。此外，色轮16具有多个扇区，在此示例地为8个扇区16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g和16h。
在色轮16上在该实例中还施加有两个与发光材料18和20不同构成的波长转换元件。所述波长转换元件构成为是环形区段状的并且设置在色轮16的第一区域B1之内。在此，在扇区16c和16g中分别设置有绿色发光材料18，并且在扇区16a、16b、16e和16f中分别设置有黄色发光材料20。在扇区16h和16d中分别设置有用于未经转换地穿引激发辐射14的穿通开口22，同样设置在色轮16的第一区域B1之内并且同样构成为是环形区段状的。发光材料区段18和20和穿通开口区段22因此形成围绕转动轴线A的外部的环的至少一部分，特别地，其能够在切线方向上彼此连接地设置或者也彼此间隔开。在此，所述发光材料区段和穿通开口区段位于具有转动轴线A作为中点和第一半径R1的假设的圆周线上。
此外，在色轮16的第二区域B2中、尤其分别在扇区16a、16c、16e和16g中同样设置有穿通开口24。所述穿通开口同样位于具有轴线A作为中点的假设的圆周线上，然而其具有比第一半径R1更小的第二半径R2。
所述色轮16尤其用于：在装置的输出端26处以时间序列提供具有红色、绿色、黄色和蓝色的颜色的光。各个颜色的光学路径在此通过不同的虚线示出。在此，具有红色光谱范围中的主波长的光设有附图标记R，具有绿色光谱范围中的主波长的光设有附图标记G，具有黄色光谱范围中的主波长的光设有附图标记Y。在此，将激发辐射14用作为蓝色光，所述激发辐射在扇区16h和16d中穿过色轮16的第一区域B1中的穿通开口区段22能够经过所述色轮并且通过适当的光学元件引导至输出端26。绿色的光通过激发绿色的发光材料18来产生并且黄色的光通过激发黄色发光材料20来产生，尤其在扇区16a和16e中激发。红色光在该实例中同样通过激发黄色发光材料20，尤其在扇区16b和16f中激发，并且通过随后滤波激发光谱来产生，使得仅在装置的输出端26处提供黄色发射光谱的长波的光谱范围。为了在没有附加的且与色轮16同步的滤波轮的情况下能够实现上述内容，需要适当的滤波装置和射束引导装置，所述滤波装置和射束引导装置例如通过图1中示出的装置以有利的方式实现。
根据图1中示出的实施例的光模块10a为此具有多个光学元件。由激发辐射源12发射的激发辐射14首先借助于第一滤波元件28a偏转到色轮16上。
所述第一滤波元件28a的滤波特性在此在图3中示意地示出。在此，透射的强度Itrans与波长λ相关地示出。如能够在图3中可见，该第一滤波元件28a构成为长通滤波器，尤其具有边界波长λG，所述边界波长优选位于大约590nm至605nm，即第一滤波元件28a基本上仅透射红色光谱范围中的光并且反射具有比边界波长λG更短波长的光。
所述第一滤波元件28a在此在光路中相对于入射的激发辐射14成45°的角度设置，即第一滤波元件28a的法线向量与激发辐射14到第一滤波元件28a的入射方向围成45°的角度。在通过反射使所述激发辐射14偏转穿过所述第一滤波元件28a之后，激发辐射14经过第二滤波元件30a，所述第二滤波元件对于蓝色光同样构成为是透射的。所述第二滤波元件30a的滤波特性在此示意地在图4中示出。所述第二滤波元件30a在此构成为带阻滤波器，所述带阻滤波器透射直至第一边界波长λG1的波长范围中的和自第二边界波长λG2起的波长范围中的光并且反射位于其之间的波长范围、尤其是在绿色和黄色波长范围中的光。
在激发辐射14经过所述第二滤波元件30a之后，所述激发辐射至少大约以距转动轴线A的间距R1射在色轮16上或者穿过所述色轮，进而在色轮16旋转时顺序地照射具有波长转换元件和色轮16的第一区域B1中的穿通开口22的扇区16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g和16h。
如果激发辐射14在此射到色轮16的扇区16d或16d中的在第一区域B1中具有穿通开口22的一个扇区上，那么激发辐射穿过色轮16，经过第三滤波元件32a，所述第三滤波元件至少对于蓝色光构成为是透射的，并且还通过三个偏转镜34又偏转到第一滤波元件28a上，所述第一滤波元件如所描述的那样对于蓝色光构成为是反射的，其中所述偏转镜的镜表面分别相对于光路成45°角度设置。通过所述第一滤波元件最后将激发辐射14反射至装置的输出端26。第三滤波元件32a在此能够以例如第二滤波元件30a和在图4中示出的那样的滤波特性构成，或者也构成为短通滤波器，所述短通滤波器仅透射激发辐射14并且反射更大波长的光。
在此，产生红色光谱范围中的光如下实现：由激发辐射源12发射的激发辐射14如所描述的那样偏转到色轮16上。如果激发辐射14在射到色轮16上时现在射到具有黄色发光材料20的扇区上、尤其射到扇区16b或16f上，那么激发黄色发光材料20并且发射具有黄色光谱范围中的主波长的光。所述黄色的发射光谱在此典型地也包括红色和绿色的光谱份额。由黄色发光材料20发射的所述光沿朝第二滤波元件30a的方向放射并且射到该第二滤波元件上。所述第二滤波元件30a如所描述的那样构成为带阻滤波器，使得仅黄色的发射光谱的红色的光谱份额透射所述第二滤波元件30a。所述红色的光谱份额还经过第一滤波元件28并且在输出端26处提供。通过适当地选择第一或第二滤波元件28或30和边界波长λG或λG2，能够确定或固定在输出端26处提供的红色光的主波长。因此，能够通过滤波实现：在输出端26处提供具有带有期望的主波长的光谱分布的红色光，这与通常的红色发光材料的发射相比尤其是更有效的。
在此，在扇区16b和16f中也代替黄色发光材料20设置有红色或橙色发光材料42(参见图8)并且附加地如所描述的那样滤波所述发光材料的发射光谱，以便将主波长朝更高的波长移动。然而将黄色发光材料20用于产生红色光谱范围中的光具有下述优点：由此能够提高红色通道中的光流。因为黄色发光材料20具有比红色发光材料42显著更高的转换效率，所以能够通过应用黄色发光材料20尽管存在光损失仍通过滤波实现光流优势，所述光流优势尤其在激发辐射功率高的情况下尤其起作用。
为了在输出端26处提供黄色光，首先尤其在扇区16a和16e中激发色轮16的黄色发光材料20。由黄色发光材料20发射的光如之前也关于红色光描述的那样射到第二滤波元件30a上，所述第二滤波元件尤其反射黄色的光谱份额并且透射红色的光谱份额。在此，现在存在下述问题：为了产生红色光在第二滤波元件30上反射的光不能被引导至输出端26，因为黄色的光谱份额应当被移除。然而，为了在输出端26处提供黄色光，由第二滤波元件30a反射的黄色光必须被引导至输出端26。该问题通过本发明尤其有利地通过下述方式实现：通过构成具有透光的子区域24和不透光的子区域36的第二区域B2，色轮16同时作用为斩光轮。在输出端26处应当贡献给总的光的黄色光因此能够被穿引并且引导至输出端26，而为红色光滤波的黄色光射到色轮16的第二区域B2的不透光的子区域36上。
因此，在由黄色发光材料20从扇区16a和16e发射的光由第二滤波元件30a反射并且色轮16穿过扇区16a和16e中的穿通开口24之后，那么所述光射到反射黄色光的第三滤波元件32a上，并且通过偏转镜34以及通过在第一滤波元件28上反射之后引导至输出端26。在此要注意的是：由扇区16a和16e中的黄色发光材料20发射的光的光谱同样具有红色的光谱份额。该红色的光谱份额在此由第二和第一滤波元件30a和28a透射并且引导至输出端26，在那里该红色光谱份额又与剩余的黄色(和绿色)光谱份额聚集，所述黄色的光谱份额在第二滤波元件30a处已经被反射。
在激发时由绿色发光材料18发射的绿色光具有类似的过程。所述绿色光首先在第二滤波元件30a处反射、尤其几乎完全地反射，因为绿色光几乎不具有红色的光谱份额，并且引导至色轮16。绿色光在此通过穿过扇区16c和16g中的穿通开口24被引导穿过色轮并且射到第三滤波元件32a上，由所述第三滤波元件反射，通过偏转镜24偏转并且最后通过在第一滤波元件28a处反射而引导至输出端26。
第二滤波元件30a在该第一实施例中以在45°和90°之间的角度设置在光路中。更确切地说，静态的第一滤波元件30a的朝向色轮16的一侧具有滤波平面，所述滤波平面的法线向量相对于激发辐射14到静态的第一滤波元件30a和尤其也到色轮16上的入射方向以下述角度沿朝色轮16的转动轴线A的方向倾斜到静态的第一滤波元件30a上，所述角度位于0°至45°的、其中不包括45°，尤其5°至30°的、其中包括30°，尤其优选10°至20°的、其中包括20°，尤其优选10°至15°的、其中包括15°的范围中，使得由第二滤波元件30a反射的光倾斜于原始的入射方向在没有另外的偏转镜的情况下反射到色轮16上，尤其以与转动轴线A的间距R2反射。在该实例中，在此，尤其法线向量、色轮16的转动轴线A和激发辐射14到静态的第一滤波元件30a上或到色轮16上的入射方向位于一个平面中。
替选地，为了简化校准，也能够以45°的角度设置第二滤波元件30a并且通过另一偏转镜34提供直角的光路，如这在图5中示意地示出。
此外，该装置还具有另外的光学元件，尤其透镜38，在此示例地示出所述光学元件中的两个。所述光学元件主要用于准直所述光并且在光路中提供尽可能平行的射束引导。但是此外，还能够在光路中设置有另外的(未示出的)光学元件。
通过借助于静态的、不可移动的滤波元件28a、30a、32a进行滤波，在此还显示出另外的大的优点，因为将滤波元件设置在平行的光路中，即设置在光束基本上平行伸展的位置上。由此，能够改进滤波元件28a、30a、32a的滤波性能，因为滤波元件28a、30a、32a的滤波特性典型地针对到滤波元件28a、30a、32a上的特定的入射角来实现，即滤波元件28a、30a、32a基本上仅对于该入射角具有通过滤波特性预设的透射和反射性能。在此，针对其他的入射角移动边界波长λG、λG1、λG2。通过在平行的光路中设置滤波元件28a、30a、32a，全部光束的入射角是相同的并且滤波元件28a、30a、32a能够针对所述入射角进行优化。而在具有同步的滤波轮的应用中，所述滤波轮典型地设置在积分器之前，光束聚焦到所述积分器上。通过聚焦在此得到到滤波轮上的不同的入射角，这将滤波性能变差。
通过所述光模块10a因此可行的是，通过设置静态的滤波元件28a、30a、32a在装置的输出端26处提供尤其具有通过构成滤波元件28a、30a预设的主波长的出自黄色发光材料20的发射光谱的红色光谱范围中的光，并且这以特别低成本的、紧凑的和简单的方式、尤其在没有附加的滤波轮的情况下提供。如果例如还应进行通过绿色发光材料18产生的绿色光来滤波，那么能够在扇区16c和16g中代替位于第二区域B2中的穿通开口24设置有相应的滤波器，例如具有长波的绿色的光谱范围中的边界波长的短通滤波器。因此，色轮16不仅能够作用为斩光轮而且也同时作用为滤波轮。
图5示出根据本发明的另一实施例的光模块10b的示意图。在此，结构和射束引导类似于图1描述，区别为：在此第二滤波元件30a以45°的角度设置在光路中，并且由第二滤波元件30a反射的光通过另一偏转镜34偏转到色轮16上。色轮16在此又能够如图2中示出的和上面描述的那样构成。
在该结构中另一区别还在于：与图1中示出的实施例相反，将从色轮16的相应的扇区16a、16b、16c、16e、16g、16f和16g的第一区域B1发射的光，对于通过第二滤波元件30a反射所述光的情况而言偏转到色轮16的第二区域B2的子区域上，所述子区域位于色轮16的分别相对置的扇区16a、16b、16c、16e、16f和16g中，即从扇区16a发射的光部分地引导穿过扇区16e中的穿通开口24并且从扇区16e发射的光部分地引导穿过扇区16a中的穿通开口等等。而在根据图1的实施例中，从相应的扇区16a、16b、16c、16e、16f和16g中发射的光引导到各相同的扇区16a、16b、16c、16e、16f和16g中的第二区域B2的透光的或不透光的子区域上。
在此，作为特别有利的也示出：色轮16构成为点对称的，即色轮16的每个扇区16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g和16h在其构成方案中与其相对置的扇区16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g和16h相同，因为所述构成方案因此也能够保留在不同的射束引导装置中。
然而能够考虑的是色轮16的任意多个其他的构成可能性。平面的射束引导装置如在图1和5中那样并且尤其也在图6中那样，甚至是特别简单的进而是有利的，然而也可行的是“三维的”射束引导装置，即例如能够将由第二滤波元件30a反射的光的在图5中示出的光学路径也通过适当的偏转镜装置从视图平面中向外偏转并且偏转到色轮16上。即发光材料18、20的在一个时间点发射光的位置和所述偏转的且在该时间点射到色轮16上的或者穿引的(部分)光的入射点或穿引点的位置不必强制地位于穿过转动轴线A的直线上，而是能够相对于转动轴线A、尤其与转动轴线和色轮16的交点作为顶点彼此围成每个任意的角度。换而言之，由第二滤波元件30a反射的光能够在光路上引导到色轮16上，所述光至少部分不位于下述平面中，所述平面通过色轮16的转动轴线A和激发辐射14到色轮16的入射方向形成，即入射点或穿引点不位于该平面中。
图6示出根据本发明的另一实施例的光模块10c的示意图。在此，通过静态的滤波元件30b滤波红色发光材料42的和绿色发光材料18的发射光谱。光模块10c为此又具有放射蓝色光的激发辐射源12、色轮40、第一、第二和第三滤波元件28b、30b和32b和偏转镜34。所述部件彼此间的布置在此类似于根据图1的布置，然而在此至少第一和第二滤波元件28b和30b分别具有另外的滤波特性并且色轮40的构成也是不同的。尤其在此，将黄色的陷波滤波器作为第二滤波元件30b设置在光路中，所述陷波滤波器具有在图7中示意示出的滤波特性。所述第二滤波元件30b在此仅在极其窄带的波长范围中反射，所述波长范围通过两个边界波长λG3和λG4来限界，尤其所述第二滤波元件30b基本上仅反射黄色光。有利地，在此能够通过边界波长λG3和λG4确定：分别从绿色的和红色的发射光谱中滤波何种光谱份额，使得绿色的发射光谱的主波长通过预设边界波长λG3朝更低的波长移动，并且红色发射光谱的主波长通过相应地预设边界波长λG4朝更大的波长移动。因为在此被反射的黄色光为了在输出端26处提供所述光而没有损失，所以边界波长λG3和λG4能够几乎任意地选择以移动红色的和绿色的光谱。
第一滤波元件28b在此构成为，使得其反射蓝色和黄色光谱范围中的光并且透射红色和绿色光谱范围中的光。由激发辐射源12发射的激发辐射14因此通过第一滤波元件28b反射，经过第二滤波元件30b并且以距色轮40的转动轴线A的间距R1射到所述色轮上。
色轮40在此如在图8中那样示意示出地构成。色轮又具有外部的第一区域B1和内部的第二区域B2并且划分成八个扇区40a、40b、40c、40d、40e、40f、40g和40h。在此，在第一区域B1中和在扇区40c和40g中分别设置有绿色发光材料18，在扇区40b和40f中分别设置有红色发光材料42并且在扇区40a和40e中分别设置有黄色发光材料。在扇区40d和40h中分别存在用于以未转换的方式穿引激发辐射14的穿通开口22。此外，在色轮40的第二区域B2中在扇区40a和40e中分别设置有穿通开口24，而第二区域B2的剩余的子区域36构成为是不透光的。
如果激发辐射14现在在第一区域B1中射到扇区40d和40h中的穿通开口22上，那么所述激发辐射未经转换地经过色轮40，还经过第三滤波元件32b，通过偏转镜34又偏转到第一滤波元件28b上并且由所述第一滤波元件反射至输出端26。第三滤波元件32b在此构成为，使得至少蓝色光谱范围中的光被透射并且黄色光谱范围中的光被反射，并且例如能够构成为相应的短通或也够成为带阻滤波器、尤其也构成为陷波滤波器。
如果激发辐射14在的色轮40的第一区域B1中射到区段40b和40f中的红色发光材料42上，那么激发辐射14转换和发射红色光谱范围中的光。由红色发光材料42放射的光又射到第二滤波元件30b上。所述第二滤波元件仅透射红色光的位于边界波长λG4之上的光谱份额。所述边界波长λG4在此选择成，使得红色发射光谱的透射的光谱份额具有比滤波之前的红色的发射光谱更大的可预设的主波长。所述透射的份额然后还经过第一滤波元件28b进而在装置的输出端26处提供。红色的发射光谱的由第二滤波元件30b滤波的、即反射的份额被反射，使得所述份额以距色轮40的转动轴线A的间距R2射到所述色轮上并且尤其射到色轮40的第二区域B2的不透光的子区域36上。根据该示例的设计方案，所述反射的份额射到同一扇区上，所述份额已经通过红色发光材料从所述扇区中射出，即从扇区40b发射的光部分地射到扇区40b上并且从扇区40f中发射的光又部分地射入扇区40f中。在此，当然所述光学路径的另外的设计方案又例如类似于图5那样也是可行的，为此然后穿通开口24相应地必须相对于扇区或者当前在图8中示出的实施例转动一定角度地设置。
因此，通过红色发射光谱的通过第二滤波元件30b反射的份额射在不透光的子区域36上，滤波所述份额并且不继续引导至装置的输出端26。
如果激发辐射14射到色轮40的第一区域B1中的绿色发光材料上，那么吸收激发辐射14并且发射具有绿色光谱范围中的主波长的光。所述光射到第二滤波元件30b上，所述滤波元件透射绿色的光谱范围直至滤波特性的下部的边界波长λG3。在此也将所述边界波长λG3预设为，使得透射的绿色光谱具有比由绿色发光材料18发射的光谱相比更小的主波长。绿色的发射光谱的反射的、尤其黄色的份额以距色轮40的转动轴线A的间距R2射到所述色轮上并且射到第二区域B2的不透光的子区域36上进而被滤波或者因此不到达装置的输出端26。
如果激发辐射14射到色轮40的黄色发光材料20上，那么激发光14转换成具有黄色范围中的主波长的光，并且发射所述光。黄色光现在应当不被滤波。这通过下述方式实现：黄色光射到第二滤波元件30b上，黄色光的红色的和绿色的光谱份额被透射并且剩余的黄色光谱份额被反射。反射的份额以间距R2射到色轮40上，尤其射到第二区域B2中的穿通开口24上，因此穿过色轮40并且穿过第三滤波元件32b，偏转镜34和第一滤波元件28b将其反射。在此，在所述第一滤波元件28b上，黄色光的黄色的光谱份额又与黄色光的由第二滤波元件30b透射的红色和绿色的光谱份额会聚进而未被滤波地、即以未改变的、与由黄色发光材料20发射的光的发射光谱的波长相同的主波长在输出端26处提供。
图9、图10和图11在此应当再次示出黄色的陷波滤波器30b的作用方式。在此，图9示出通过绿色发光材料的具有根据图7的滤波特性的陷波滤波器滤波的发射光谱，图10示出红色发光材料的发射光谱并且图11示出黄色发光材料的发射光谱。如在图9中可见，在滤波绿色的发射光谱时移除、即反射黄色波长范围中的光的大部分。由此，所述经滤波的光谱具有比原始的绿色的发射光谱更小的主波长，特别地，主波长从555nm移动至545nm。
如在图10中可见，也从红色的发射光谱中通过反射移除黄色光谱范围的大部分。所示出的经滤波的所述红色光谱因此具有大于红色发光材料的原始的红色发射光谱的主波长，特别地，主波长在此从599nm移动至606nm。
因此，通过绿色的和红色的发射光谱的滤波能够提供绿色的和红色的光，所述光明显更好地适合于高要求的投影应用，因为通过主波长的所描述的移动并且通过所述光与蓝色的和黄色的光的组合能够对显著更大的色域进行寻址。附加地，具有小的主波长的绿色光明显更好饱和。
整体上，因此能够通过本发明提供和滤波波长转换的光，使得能够借助附加地提高色彩饱和度提供可寻址的色域的扩大并且这以极其紧凑的、简单的、低成本的方式实现，所述方式尤其能够通过省掉第二轮和从中得出的较小的结构复杂性实现。

Claims (22)

1.一种用于产生波长转换的光的光模块(10a；10b；10c)，具有：
-激发辐射源(12)，所述激发辐射源用于产生具有第一波长范围中的至少一个波长的激发辐射(14)；
-能围绕转动轴线(A)转动的色轮(16；40)，所述色轮被划分为第一区域(B1)和第二区域(B2)，所述第一区域和所述第二区域不交叠并且在径向方向上相互设置成使得这两个区域(B1；B2)中的一个为所述色轮(16；40)的内部区域(B2)，并且这两个区域(B1；B2)中的一个为所述色轮(16；40)的外部区域(B1)，
-其中所述色轮(16；40)具有多个扇区(16a；16b；16c；16d；16e；16f；16g；16h；40a；40b；40c；40d；40e；40f；40g；40h)，其中在所述第一区域(B1)中至少在所述色轮(16；40)的所述扇区(16a；16b；16c；16d；16e；16f；16g；16h；40a；40b；40c；40d；40e；40f；40g；40h)中的一个中设置有波长转换元件(18；20；42)，所述波长转换元件设计为将具有第一波长范围中的波长的辐射转换成具有与所述第一波长范围不同的第二波长范围中的主波长的光；
-其中所述光模块(10a；10b；10c)构成为，使得由所述激发辐射源(12)发射的激发辐射(14)能够偏转到所述色轮(16；40)上，使得在所述色轮(16；40)围绕所述转动轴线(A)旋转时能够顺序地且在所述第一区域(B1)之内辐照所述扇区(16a；16b；16c；16d；16e；16f；16g；16h；40a；40b；40c；40d；40e；40f；40g；40h)；
其特征在于，
所述第二区域(B2)的至少一个子区域(24)对于可见波长光谱的至少一部分构成为是透光的，其中所述光模块(10a；10b；10c)构成为，使得由至少一个所述波长转换元件(18；20；42)转换的且发射的光的至少一部分穿过所述第二区域(B2)的对于可见波长光谱的至少一部分构成为是透光的至少一个子区域(24)能够被引导至所述光模块(10a；10b；10c)的输出端(26),
所述光模块(10a；10b；10c)具有至少一个静态的第一滤波元件(28a；28b；30a；30b；32a；32b),
所述光模块(10a；10b；10c)构成为，使得由所述色轮(16；40)至少部分地相反于所述激发辐射(14)到所述色轮(16；40)上的入射方向发射的光的一部分在第一光学路径上被引导至所述光模块(10a；10b；10c)的输出端(26)，并且所述光的一部分在与所述第一光学路径至少部分不同的第二光学路径上引导至所述输出端(26)，其中所述色轮(16；40)的至少所述第二区域(B2)至少部分地设置在所述第二光学路径中，并且其中所述色轮(16；40)不设置在所述第一光学路径中。
2.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，在所述色轮(16；40)的多个扇区中分别在所述色轮(16；40)的所述第一区域(B1)之内设置有波长转换元件，并且其中所述第二区域(B2)的至少一个子区域构成为是不透光的。
3.根据权利要求1或2所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，在所述色轮(16；40)的所述第一区域(B1)中至少一个扇区(16a；16b；16c；16d；16e；16f；16g；16h；40a；40b；40c；40d；40e；40f；40g；40h)具有用于穿引所述激发辐射(14)的穿通开口(22)。
4.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述光模块(10a；10b；10c)构成为，使得由所述色轮(16；40)发射的、射到静态的所述第一滤波元件(30a；30b)上的且由静态的所述第一滤波元件(30a；30b)透射的光在所述第一光学路径上引导至所述输出端(26)，并且由静态的所述第一滤波元件(30a；30b)反射的光在所述第二光学路径上射到所述色轮(16；40)的所述第二区域(B2)的至少一个子区域(24；36)上。
5.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，静态的所述第一滤波元件(30a；30b)具有滤波平面，其中静态的所述第一滤波元件(30a；30b)的朝向所述色轮(16；40)的一侧的所述滤波平面的法线向量相对于所述激发辐射(14)到静态的所述第一滤波元件(30a；30b)上的入射方向沿朝所述色轮(16；40)的转动轴线(A)的方向倾斜下述角度，所述角度位于0°至45°的、其中不包括45°的范围中。
6.根据权利要求5所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述法线向量、所述色轮(16；40)的转动轴线(A)和所述激发辐射(14)到静态的所述第一滤波元件(30a；30b)的入射方向位于一个平面中。
7.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述光模块(10a；10b；10c)构成为，使得由所述色轮(16；40)在一个时间点从至少一个所述波长转换元件(18；20；42)的一个位置发射的、射到静态的所述第一滤波元件(30a；30b)上的并且由静态的所述第一滤波元件(30a；30b)反射的光至少部分地在这种光学路径上在上述时间点射到所述色轮(16；40)的所述第二区域的至少一个子区域(24；36)中的入射点上，使得在至少一个所述波长转换元件(18；20；42)和所述入射点之间的延长的连接直线不穿过所述色轮(16；40)的转动轴线(A)伸展。
8.根据权利要求1或2所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述色轮(16；40)的所述第二区域(B2)的对于可见波长光谱的至少一部分构成为是透光的至少一个子区域(24)构成为所述色轮(16；40)中的穿通开口(24)。
9.根据权利要求1或2所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述色轮(16；40)的所述第二区域(B2)的对于可见波长光谱的至少一部分构成为是透光的至少一个子区域(24)具有滤波元件，所述滤波元件设计为用于透射至少一个可预设的波长范围中的光并且不透射具有出自与所述至少一个可预设的波长范围不同的波长范围中的光。
10.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，静态的所述第一滤波元件(28a；28b；30a；30b；32a；32b)构成为干涉滤波器。
11.根据权利要求1或2所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述激发辐射源(12)包括激光器和/或激光二极管，所述激光器和/或激光二极管发射蓝色光谱范围中的光。
12.根据权利要求1或2所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，至少一个波长转换元件(18；20；42)构成为红色发光材料(42)和/或黄色发光材料(20)和/或绿色发光材料(18)，所述红色发光材料和/或黄色发光材料和/或绿色发光材料构成为发射具有红色的或黄色的或绿色的光谱范围中的主波长的光。
13.根据权利要求1或2所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述光模块(10a；10b；10c)构成为，使得在所述光模块(10a；10b；10c)的输出端(26)上提供的红色光通过由黄色发光材料(20)发射的且通过滤波元件(28a；28b；30a；30b；32a；32b)滤波的光来提供。
14.根据权利要求3所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，该至少一个扇区(16a；16b；16c；16d；16e；16f；16g；16h；40a；40b；40c；40d；40e；40f；40g；40h)在所述第二区域(B2)中构成为是不透光的。
15.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，至少一个静态的所述第一滤波元件设计为用于根据波长来反射或透射光。
16.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述第一光学路径和所述第二光学路径从所述色轮(16；40)直至至少一个静态的第一滤波元件(30a；30b)相同地伸展并且通过至少一个静态的所述第一滤波元件(30a；30b)分离。
17.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，静态的所述第一滤波元件(30a；30b)具有滤波平面，其中静态的所述第一滤波元件(30a；30b)的朝向所述色轮(16；40)的一侧的所述滤波平面的法线向量相对于所述激发辐射(14)到静态的所述第一滤波元件(30a；30b)上的入射方向沿朝所述色轮(16；40)的转动轴线(A)的方向倾斜下述角度，所述角度位于5°至30°的、其中包括30°的范围中。
18.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，静态的所述第一滤波元件(30a；30b)具有滤波平面，其中静态的所述第一滤波元件(30a；30b)的朝向所述色轮(16；40)的一侧的所述滤波平面的法线向量相对于所述激发辐射(14)到静态的所述第一滤波元件(30a；30b)上的入射方向沿朝所述色轮(16；40)的转动轴线(A)的方向倾斜下述角度，所述角度位于10°至20°的、其中包括20°的范围中。
19.根据权利要求1所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，静态的所述第一滤波元件(30a；30b)具有滤波平面，其中静态的所述第一滤波元件(30a；30b)的朝向所述色轮(16；40)的一侧的所述滤波平面的法线向量相对于所述激发辐射(14)到静态的所述第一滤波元件(30a；30b)上的入射方向沿朝所述色轮(16；40)的转动轴线(A)的方向倾斜下述角度，所述角度位于10°至15°的、其中包括15°的范围中。
20.根据权利要求10所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，静态的所述第一滤波元件(28a；28b；30a；30b；32a；32b)构成为长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器和/或带阻滤波器。
21.根据权利要求10所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，静态的所述第一滤波元件(28a；28b；30a；30b；32a；32b)构成为用于透射和/或反射一个或多个不连续的波长范围。
22.根据权利要求11所述的光模块(10a；10b；10c)，其特征在于，所述激光器和/或激光二极管发射440nm至480nm中的光。
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