CN104654072A - 照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明设备，所述照明设备具有至少一个用于产生初级光(10)的光源装置(1)和至少一个用于将初级光(10)转换成次级光(11)的光波长转换元件(3，30)，其中至少一个光源装置(1)和至少一个光波长转换元件(3，30)构成为或相应构成的光偏转机构(21，22，23，24，31)设置为，使得由至少一个光源装置(1)产生的初级光(10)的一部分射到至少一个光波长转换元件(3，30)上，并且由至少一个光源装置(1)产生的初级光(10)的一部分偏转绕过至少一个光波长转换元件(3，30)，并且照明设备具有在光学上在至少一个光波长转换元件(3，30)的下游接入的过滤装置(4，40)，所述过滤装置用于滤除初级光(10)。

Description

照明设备

技术领域

本发明涉及一种照明设备，所述照明设备具有至少一个用于产生初级光的光源装置和至少一个用于将初级光转换成次级光的光波长转换元件。

背景技术

这种照明设备例如在DE 10 2010 062463 A1中公开。该文献描述一种照明设备，所述照明设备具有用于产生初级光的光源装置和用于将初级光成比例地转换成次级光的光波长转换元件以及反射器，所述反射器反射初级光和次级光。

发明内容

本发明的目的是，提供这种照明设备，所述照明设备在光波长转换元件损坏或缺失的情况下不发射初级光或仅发射减少份额的初级光。

所述目的一种照明设备来实现，所述照明设备具有至少一个用于产生初级光的光源装置和至少一个用于将初级光转换成次级光的光波长转换元件，其特征在于，至少一个所述光源装置和至少一个所述光波长转换元件构成为或相应构成的光偏转机构设置为，使得由至少一个所述光源装置产生的所述初级光的一部分射到至少一个所述光波长转换元件上，并且由至少一个所述光源装置产生的所述初级光的一部分偏转绕过至少一个所述光波长转换元件，并且所述照明设备具有在光学上在至少一个所述光波长转换元件的下游接入的过滤装置，所述过滤装置用于滤除初级光。本发明的其他有利的设计方案在下文中描述。

根据本发明的照明设备具有至少一个用于产生初级光的光源装置和至少一个用于将初级光转换成次级光的光波长转换元件，其中至少一个光源装置和至少一个光波长转换元件构成为或相应构成的光偏转机构设置为，使得由至少一个光源装置产生的初级光的一部分射到至少一个光波长转换元件上并且由至少一个光源装置产生的光的一部分偏转绕过至少一个光波长转换元件，并且其中根据本发明的照明设备具有在光学上在至少一个光波长转换元件的下游接入的过滤装置，所述过滤装置用于滤除初级光。术语“在光学上在至少一个光波长转换元件的下游接入的过滤装置”表示下述过滤装置，所述过滤装置在光路径或光路中设置在至少一个光波长转换元件之后，使得光在经过至少一个光波长转换元件之后才射到过滤装置上。

通过根据本发明的照明设备的上述构造，在光波长转换元件损坏或缺失的情况下借助于过滤装置滤除初级光的主要部分，使得根据本发明的照明设备在干扰情况下仅还发射初级光的一部分，这部分绕过波长转换元件。以这种方式，在光波长转换元件损坏或缺失的情况下保护人眼免受过高强度的初级光。

根据本发明的照明设备还具有下述优点：通过将初级光分成射到至少一个光波长转换元件上的一部分和绕过至少一个光波长转换元件的一部分来实现设定由根据本发明的照明设备发射的初级光和次级光的相对份额的附加的可行性。除了至少一个光波长转换元件的设计方案，在根据本发明的照明设备中，附加地也经由射到至少一个光波长转换元件上的初级光和绕过至少一个光波长转换元件的初级光的强度分布来控制由根据本发明的照明设备发射的光中的初级光和次级光的相对份额。

有利的是，根据本发明的照明设备的过滤装置构成为对于次级光是透明的。由此确保，在由至少一个光波长转换元件发射的光中仅未经转换的初级光被阻挡。优选的是，为了所述目的，过滤装置构成为对初级光是反射光的或吸收光的。

根据本发明的照明设备的至少一个光源装置优选具有至少一个激光二极管，以便能够产生出自狭小受限的波长范围中的、具有高强度和高亮度的初级光。

有利的是，由至少一个光源装置产生的初级光具有380纳米至490纳米的波长范围中的波长。所述波长范围中的初级光具有下述优点：能够将通常的、可借助于紫外辐射(UV辐射)和蓝光激发的发光材料用于对初级光进行波长转换。优选地，至少一个光波长转换元件因此具有用于对初级光进行波长转换的发光材料。

作为用于根据本发明的照明设备的至少一个光波长转换元件的发光材料优选使用铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)。上述发光材料具有下述优点，所述发光材料将UV辐射和蓝光的光谱范围中的上述初级光成比例地转换成具有520纳米至590纳米的波长范围中的主波长的次级光。由此，由光波长转换元件发射具有大约380纳米至大约-800纳米的波长范围中的波长的光。根据本发明的照明设备因此能够实现发射白光，所述白光是由未经转换的蓝色的初级光和经过转换的黄色的次级光组成的混合光。

优选地，根据本发明的照明设备具有用于混合初级光和次级光的光学元件，所述光学元件在光学上在过滤装置的下游接入。所述光学元件能够实现发射均匀的白光。

根据一个优选的实施例，根据本发明的照明设备的过滤装置和至少一个光波长转换元件分别对初级光具有至少一个穿透区域。由此，以极其简单的方式在没有附加构件的情况下实现将初级光和次级光分布到不同的光路径中。

有利的是，过滤装置或至少一个光波长转换元件的至少一个穿透区域构成为是散射光的。由此，经过穿透区域的初级光被散射进而不仅提高对于观察者的安全性而且也改进由照明设备发射的白光的均匀性。通过附加的在下游接入的光学元件、例如构成为光混合元件“混合棒”的光学元件能够使初级光和次级光进一步混合和均匀化。

根据另一个优选的实施例，根据本发明的照明设备为了改进安全性而具有呈镜形式的光偏转机构，所述光偏转机构使初级光的一部分偏转绕过至少一个光波长转换元件。

根据本发明的照明设备优选用作为用于机动车辆前照灯的白光光源。

附图说明

下面借助优选的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照明设备；

图2示出根据本发明的第二实施例的照明设备；

图3示出根据本发明的第三实施例的照明设备；

图4示出根据本发明的第四实施例的照明设备；

图5示出根据本发明的第五实施例的照明设备；

图6示出根据本发明的第六实施例的照明设备；

图7示出根据本发明的第七实施例的照明设备。

具体实施方式

在图1中示意地绘制根据本发明的第一实施例的照明设备。

所述照明设备具有：用于产生初级光10的光源装置1；用于将初级光波长转换成次级光11的光波长转换元件3；光偏转机构21、22、23、24；和用于滤除初级光10的过滤装置4。

光源装置1由多个激光二极管、例如三个激光二极管和光学元件构成，所述激光二极管在其运行期间产生波长在380纳米至490纳米的波长范围中的蓝光，所述光学元件使由激光二极管产生的、也称作为初级光10的激光准直并且组合成光束。这种光源装置1例如在DE 10 2012005157 U1中公开。光源装置1在照明设备运行期间发射准直的初级光10，所述初级光偏转到光偏转机构21、22、23、24的部分可透光的镜21上。

光波长转换元件3由可透光的蓝宝石小板构成，所述蓝宝石小板由发光材料覆层。将铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)用作为发光材料。借助于上述发光材料，将射到光波长转换元件3上的初级光的至少一部分转换成次级光11。射到光波长转换元件3上的初级光10的另一部分在没有发生波长转换的情况下经过光波长转换元件3。由光波长转换元件3发射的光中的初级光10和次级光11的相对份额取决于光波长转换元件3中的发光材料的厚度和浓度。次级光11为主波长在520纳米至590纳米的波长范围中的黄光。由此，光波长转换元件3发射波长在大约380纳米至800纳米的光谱范围中的光。

光偏转机构21、22、23、24由对初级光10而言半穿透的第一镜21、两个另外的镜22、23和对于次级光11透明并且对于初级光10反射性构成的第四镜24构成，所述第一镜在初级光10的光路径中设置在光源装置1和光波长转换元件3之间。第一镜21构成并且设置成，使得初级光10的能量的大约70％至85％经过第一镜21并且射到光波长转换元件3上，而初级光10的能量的大约15％至30％在第一镜21上反射。借助于第一镜21和第二镜22，由光源装置1产生的初级光10的能量的大约15％至30％偏转绕过光波长转换元件3并且借助于第三镜23和第四镜24将偏转绕过光波长转换元件3的初级光10再次偏转到由光源装置1发射的初级光10的最初发射方向中并且与由光波长转换元件3发射的次级光11混合。

第二镜22和第三镜23构成为是反射光的，使得射到其上的光被反射。第四镜24对次级光11构成为是透明的。第四镜24的前侧4和后侧5分别对初级光10构成为是反射光的。在第四镜24的前侧4上，初级光10的由光波长转换元件3发射的、未经转换的份额被反射并且偏转离开初级光10的最初的发射方向，而初级光10的偏转绕过光波长转换元件3的份额在第四镜24的后侧5上反射并且向回偏转到由光源装置1发射的初级光10的最初的发射方向中。所有的镜21、22、23、24构成为二向色镜。

用于滤除初级光10的上述过滤装置4在根据本发明的第一实施例的照明设备中由第四镜24的对初级光10构成为反射性的前侧4形成。

下面阐述根据第一实施例的照明设备的工作原理。

由光源装置发射的初级光10在部分可透光的第一镜21上分成两个不同的光路径。由第一镜21透射初级光10的能量的大约70％至85％，使得所述初级光沿着第一光路径引导并且射到光波长转换元件3上。射到光波长转换元件3上的初级光10在经过光波长转换元件3之后部分地转换成次级光11并且部分地在没有波长转换的情况下透射。由光波长转换元件3发射的次级光11和由光波长转换元件3发射的未经转换的初级光10都射到第四镜24的前侧4上。次级光11经过第四镜24，而由光波长转换元件3透射的初级光10在第四镜24的前侧4上反射并且偏转离开由光源装置1发射的光的最初的发射方向并且例如借助于吸收器(没有绘制)吸收或者替选地借助于光传感器探测并且监控以及必要时、即在光波长转换元件3损坏的情况下用于安全关断整个系统。

初级光10的能量的大约15％至30％在部分可透光的第一镜21上反射并且沿着第二光路径偏转绕过光波长转换元件3。借助于第二镜22和第三镜23，在第一镜21上反射的初级光10偏转，使得所述初级光射到第四镜24的后侧5上。在对于次级光11而言透明的第四镜24的后侧5上，在第一镜21上反射的初级光10再次被反射并且又偏转到由光源装置1发射的光的最初的方向中。由此，由光波长转换元件3发射的次级光11在经过对次级光11透明的第四镜24之后与初级光10的在第四镜24的后侧5上反射的份额组合成白光的整个光束簇，因为蓝色的初级光10和黄色的次级光11的混合得出白光。白色的混合光能够可选地仍借助于在光学上在第四镜24的下游设置的光学元件(没有绘制)均匀化。

在图2中示意地绘制根据本发明的第二实施例的照明设备。根据本发明的第二实施例的照明设备与根据本发明的第一实施例的上述照明设备的不同之处仅在于附加的光学透镜61、62、63，所述光学透镜用于光束成型。在所有其他细节方面，根据本发明的第一和第二实施例的照明设备是相同的。因此，在图1和图2中的实施例中，为相同的组件使用相同的附图标记并且对其描述参照对第一实施例的相应的描述。

根据本发明的第二实施例的照明设备的光学透镜61、62在由第一镜21反射的初级光10的光路径中设置在第二镜22和第三镜之间，以便使光束或光束簇的射束形状成型。例如，光学透镜61、62允许光束或光束簇的扩宽或准直或聚焦。

光学透镜63在由光波长转换元件3发射的光的光路径中设置在光波长转换元件3和第四镜24之间。光学透镜63用于由光波长转换元件3发射的次级光11的聚束并且用于由光波长转换元件3透射的、未经转换的初级光10的聚束。所述光学透镜减小在光波长转换元件3的发光材料颗粒上散射的次级光和初级光的发散。

在图3中示意地绘制根据本发明的第三实施例的照明设备。

根据第三实施例的照明设备与根据本发明的第一实施例的照明设备的不同之处仅在于，在第二镜22和第三镜23’之间如已经在第二实施例中描述的那样设置有两个光学透镜61、62以用于射束成型，并且区别在于：光波长转换元件3以及过滤装置4和第四镜24构成为结构单元。此外，第三镜23’具有拱起的反射性的表面。在全部其他细节方面，根据本发明的第一和第三实施例的照明设备是相同的。因此，在图1至3的实施例中为相同的组件使用相同的附图标记并且对其描述参照对第一实施例的相应的描述。

在下文中，详细研究根据本发明的第一和第三实施例的照明设备之间的不同之处。

在根据本发明的第三实施例的照明设备中，光波长转换元件3’、过滤装置4’和第四镜24’实施成结构单元。

光波长转换元件3’由蓝宝石小板构成，所述蓝宝石小板在其朝向第一镜21和光源装置1的前侧上由发光材料覆层，其中作为发光材料使用铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)。蓝宝石小板的背离第一镜21和光源装置1的后侧设有对初级光10反射性的并且对次级光11透明的二向色的覆层4’。附加地，在蓝宝石小板的后侧上、在二向色的覆层4’上设置有微棱镜结构240，所述微棱镜结构与二向色的覆层4’共同形成第四镜24’。替选地，二向色的覆层4’也能够设置在微棱镜结构240上。

由第一镜21透射的初级光10由光波长转换元件3’成比例地转换成次级光11。次级光11经过二向色的覆层4’和微棱镜结构240，其中微棱镜结构可能以散射光的方式作用于次级光11。初级光10的经过光波长转换元件3’、未经光波长转换元件3’转换的份额在二向色的覆层4’上向回反射到光波长转换元件3’中。

初级光10的在第一镜21上反射的部分在第三镜23’的拱起的表面上反射之后偏转到微棱镜结构240和二向色的覆层4’的位于其下的表面上。初级光10的这部分在二向色的覆层4’上沿由光源装置发射的初级光10的最初的发射方向的方向反射。微棱镜结构240在此可能以散射光的方式作用。借助于微棱镜结构240，初级光10的上述部分和次级光11均匀地混合，以便产生尽可能均匀的白光。通过在第三镜23’的拱起的表面上的反射，实现扩宽初级光10的射到微棱镜结构240和二向色的覆层4’上的部分。

由光波长转换元件3发射的次级光11通常以朗伯光分布放射。二向色的覆层4’和微棱镜结构240设计成，使由第三镜23’偏转的初级光10偏转成，使得所述初级光具有尽可能与透射的次级光11相同的角度分布。

在图4中示意地绘制根据本发明的第四实施例的照明设备。

所述照明设备具有光源装置1、光波长转换元件30和过滤装置40，所述光源装置构成为与根据本发明的第一实施例的照明设备的光源装置相同。

光波长转换元件30由用发光材料覆层的、可透光的蓝宝石小板构成，其中作为发光材料使用铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)。蓝宝石小板或光波长转换元件30构成为是圆环盘形的并且具有居中设置的开口31。蓝宝石小板的或光波长转换元件30的外径优选具有在1mm至5mm的范围中的数值。其内径优选小于1mm，并且尤其优选小于0.1mm，以便保持初级光10的偏转绕过光波长转换元件3的相对小的份额。

过滤装置40构成为具有中央开口41的圆环盘形的二向色镜，所述开口与光波长转换元件30同轴设置。过滤装置40的外径和内径与光波长转换元件30的相应的尺寸是相同的。过滤装置40在光学上在光波长转换元件30的下游接入。这就是说，光波长转换元件30设置在光源装置1和过滤装置40之间，使得由光源装置1发射的光在其到达过滤装置40之前首先射到光波长转换元件30上。过滤装置40优选设置成相对于光波长转换元件30具有小的间距或不具有间距。

下面，阐述根据本发明的第四实施例的照明设备的工作原理。

光源装置1发射光，所述光构成为波长在380纳米至490纳米的波长范围中的光并且也称作为初级光10。所述初级光在此为蓝色光谱范围中的光。所述初级光10的一部分经过光波长转换元件30和二向色镜40，经由开口31和41到达前述光学组件30、40中。

初级光10在开口31之外射到光波长转换元件30上的部分在经过光波长转换元件30时成比例地转换成主波长在520纳米至590纳米的波长范围中的黄光。由此，光波长转换元件3发射波长在大约380纳米至800纳米的光谱范围中的光。经过转换的光也称作为次级光11。二向色镜40构成为对波长在次级光11的光谱范围中的光是透明的。因此，由光波长转换元件30发射的次级光11经过二向色镜40。初级光10的在开口31之外射到光波长转换元件30上并且在没有转换成次级光11的情况下离开光波长转换元件30的份额在开口41之外射到过滤装置40上并且向回反射至光波长转换元件30，因为过滤装置40构成为二向色镜，所述二向色镜反射在初级光10的波长范围中的光。

因此，在过滤装置40的背离光源装置1和光波长转换元件30的一侧上发射光，所述光是从中央开口41射出的初级光10和穿过过滤装置40射出的次级光11的混合。蓝色的初级光10和黄色的次级光11的混合得出白光，使得根据本发明的第四实施例的照明设备发射白光。

在图5中示意地绘制根据本发明的第五实施例的照明设备。根据本发明的第五实施例的照明设备与根据本发明的第四实施例的上述照明设备的不同之处仅在于附加的光学透镜60，所述光学透镜用于光束成型。在全部其他细节方面，根据本发明的第四和第五实施例的照明设备是相同的。因此，在图4和5中的实施例中，为相同的组件使用相同的附图标记并且对其描述参考对第四实施例的相应的描述。光学透镜60用于将由光源装置1发射的光聚焦到光波长转换元件30上。

在图6中示意地绘制根据本发明的第六实施例的照明设备。根据本发明的第六实施例的照明设备与根据本发明的第四实施例的上述照明设备的不同之处仅在于：在光波长转换元件30的开口31中设置有散射光的元件70。在全部其他细节方面，根据本发明的第四和第六实施例的照明设备是相同的。因此，在图4和6中的实施例中，为相同的组件使用相同的附图标记并且对其描述参照对第四实施例的相应的描述。散射光的元件70散射穿过开口31射出的初级光10从而确保次级光11和初级光10在过滤装置40的背离光源装置1和光波长转换元件30的一侧上均匀混合。此外，散射光的元件70减小初级辐射的相干性从而附加地用于激光辐射的安全性。根据本发明的第六实施例的照明设备因此发射与第四实施例相比关于角度分布更均匀的白光。

在图7中示意地绘制根据本发明的第七实施例的照明设备。根据本发明的第七实施例的照明设备与根据本发明的第六实施例的上述照明设备的不同之处仅在于：附加地设有棒状的光混合元件80，所述光混合元件在光学上在过滤装置40的下游接入。在全部其他细节方面，根据本发明的第六和第七实施例的照明设备是相同的。因此，在图4、6和7中的实施例中，为相同的组件使用相同的附图标记并且对其描述参照对第四和第六实施例的相应的描述。

棒状的光混合元件80构成为是圆柱形的并且与光波长转换元件30并且与过滤装置40同轴地设置。所述光混合元件具有与光波长转换元件30和过滤装置40相同的外径。光混合元件80的柱形侧表面构成为是全反射的，使得耦合输入到光混合元件80中的光不能够经由侧表面、而是仅在其端侧上离开所述光混合元件。

由光源装置1发射的初级光10经由光波长转换元件30和过滤装置40中的开口31和41耦合输入到光混合元件80中。此外，由光波长转换元件30发射的次级光11经由对次级光11透明的过滤装置40耦合输入到光混合元件80中。不仅耦合输入到光混合元件80中的初级光10、而且耦合输入到光混合元件80中的次级光11在光混合元件80的侧表面上多次全反射从而均匀混合。因此，从光混合元件80的背离光源装置1的端侧射出均匀的白光90，所述白光是蓝色的初级光10和黄色的次级光11的均匀的混合。为了改进白光90的均匀性，棒状的光混合元件80的长度能够增大或者光混合元件80的材料能够混有散射光的颗粒。

根据上述实施例的照明设备设为用于用作为机动车前照灯中的白光光源。其他的应用可能性在于用作为用于投影装置的白光光源，例如用于胶片和视频投影、用在工程和医学内窥镜中、用于娱乐行业的光效和用于医疗照射。

本发明不局限于本发明的在上文中详细阐述的实施例。例如，上述实施例的组件能够彼此组合。此外，对中央开口31、41替代地或附加地，光波长转换元件和过滤装置能够具有另外的开口，以便确保初级光和次级光的均匀混合。此外，但是，上述光混合元件80也能够具有其他对称性、例如四边形的横截面、或根本不具有对称性。尤其地，也可能的是，将光混合元件80设计成弯曲的光导类型或设计成所谓的“角度旋转器”，以便必要时使光偏转。

Claims (10)

1.一种照明设备，所述照明设备具有至少一个用于产生初级光(10)的光源装置(1)和至少一个用于将初级光(10)转换成次级光(11)的光波长转换元件(3，30)，其特征在于，至少一个所述光源装置(1)和至少一个所述光波长转换元件(3，30)构成为或相应构成的光偏转机构(21，22，23，24，31)设置为，使得由至少一个所述光源装置(1)产生的所述初级光(10)的一部分射到至少一个所述光波长转换元件(3，30)上，并且由至少一个所述光源装置(1)产生的所述初级光(10)的一部分偏转绕过至少一个所述光波长转换元件(3，30)，并且所述照明设备具有在光学上在至少一个所述光波长转换元件(3，30)的下游接入的过滤装置(4，40)，所述过滤装置用于滤除初级光(10)。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述过滤装置(4，40)对次级光(11)是透明的。

3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其中至少一个所述光源装置(1)具有至少一个激光二极管。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明设备，其中由至少一个所述光源装置(1)产生的所述初级光(10)是波长在380纳米至490纳米的波长范围中的光。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的照明设备，其中至少一个所述光波长转换元件(3，30)具有用于对所述初级光(10)进行光波长转换的发光材料。

6.根据权利要求5所述的照明设备，其中所述发光材料包括铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明设备，其中所述次级光(11)是主波长在520纳米至590纳米的波长范围中的光。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明设备，其中在光学上在所述过滤装置(4，40)的下游接入用于混合初级光(10)和次级光(11)的光学元件(80)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的照明设备，其中至少一个所述光波长转换元件(30)和所述过滤装置(40)分别具有至少一个对初级光(10)的穿透区域(31，41)。

10.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述光波长转换元件(30)或所述过滤装置(40)的至少一个所述穿透区域(31，41)构成为是散射光的。