CN104676318A - 用于借助波长转换产生光的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于利用波长转换来产生光的照明装置。为了提高照明装置(1)的波长转换的效率，本发明提出，激发光束的由发光材料(13)未转换地向回投射的部分借助镜面光学件(6)的反射的区域(8)向回反射到发光材料(13)，并且使其再次用于波长转换。来自激光二极管(3a，3b，3c)的激发光束能够穿过镜面光学件(6)的相应的透射区域(7a，7b，7c)到达发光材料(13)上。

Description

用于借助波长转换产生光的照明装置

技术领域

本发明涉及一种照明装置，其具有激发光束源和用于借助波长转换从激发光束转换成转换光的波长转换装置。

这种照明装置特别能够用作投影仪中的产生光的单元，例如用于视频投影仪或数据投影仪，但是也能用于汽车领域中的探照灯式应用以及用于娱乐、建筑和普通照明领域中的照明装置。

背景技术

由文献DE 10 2010 001 945 A1中已知一种投影仪的用于借助波长转换装置产生光的照明装置。

文献DE 10 2011 085 978 A1公开一种用于借助激发光束来激发发光材料的光学布置。激发光束由激光器阵列提供。

不利的是，激发光束的一部分从所照射的发光材料的表面未转换地反射或散射回，并且不再为波长转换作出贡献。由此降低波长转换的效率。

发明内容

本发明的目的是，改进这种类型的照明装置的波长转换效率。

该目的通过一种借助波长转换产生光的照明装置来实现，该装置包括至少一个激发光束源，该激发光束源设计用于发出激发光束；包括波长转换装置，其包括至少一个波长转换元件，波长转换元件如下地布置，使得由激发光束源发出的激发光束能够至少间接地射入到至少一个波长转换元件上，其中至少一个波长转换元件设计用于，使得激发光束至少部分地转换成转换光，并且其中，激发光束的不可避免的未转换的一部分由波长转换元件向回投射；包括准直光学件，以用于使得激发光束准直成至少一个已准直的激发射束；聚光光学件，以用于使得至少一个已准直的激发射束转向到至少一个波长转换元件上，其特征在于，照明装置还包括镜面光学件，镜面光学件布置在准直光学件和聚光光学件之间并且具有至少一个区域，该区域用于反射至少一个激发射束的不是由至少一个波长转换元件转换的而是向回投射的一部分。

特别有利的设计方案在从属权利要求中给出。

概念“已准直的射束”在本发明的语境中应当也包括轻微发散的光束。这种轻微的发散特别地也能够由此来引起，即射束的延伸除了穿过准直光学件之外也穿过光学漫射体，漫射体由于散射作用例如引起1至2度的发散角。此外，准直光学件本身或者还连带光学校准能够引起若干度数的发散角。

本发明的基本构思在于，通过借助镜面光学件的反射区域使得激发光束的不是由发光材料转换的而是向回投射(反射或散射)的一部分向回反射给发光材料，使得由发光材料向回反射的或未转换的、散射的且借助聚光光学件来准直的激发光束再次用于发光材料转换，所述激发光束在下面出于简明原因也称为已准直的回程激发射束。

为此，镜面光学件布置在至少一个回程激发射束的辐射路径中。在有多个激发光束源时，镜面光学件能够包括多个单独的镜面元件。替代地，多个镜面区域能够集成在共同的镜面光学件上。在此，镜面光学件如下地设计和布置，使得每个回程激发射束在空间上配属一个镜面元件或镜面区域。以这种方式，每个来自发光材料的回程激发射束都入射到镜面的面上，并且从该镜面的面向回反射给发光材料。

除了至少一个用于反射至少一个回程激发射束的区域之外，附加地，镜面光学件还能够具有至少一个用于透射至少一个借助准直透镜来准直的激发射束的区域。特别地，反射和透射区域也能够设置在共同的镜面光学件上。因此，在本发明的语境中，镜面光学件的概念除了镜面功能之外还包括了透射功能，其中这两个不同的功能构造成空间上分离的。

优选地，镜面光学件设计为由激发光束不能穿透的材料制成的盘。这具有下述优点，用于反射的至少一个区域能够通过在盘的一部分上的反射涂层来形成，并且用于透射的至少一个区域由盘的没有反射涂层的部分形成。

因此，特别在有多个激发光束源时，镜面光学件同样(gleichsam)设有由反射区域和透射区域组成的图案。激发光束源以类似的方式布置在图案中。这两个图案如下地相互协调，使得在每个激发光束源对面布置了透射区域。相反地，在反射区域对面不设置激发光束源，因为反射区域对于其激发光束而言总归是不能穿透的。

此外，用于镜面光学件的盘也能够由漫散射的材料构成。这具有下述优点，镜面光学件附加地也能够用作激发射束的光学漫射体。漫射体克服了发光材料上的局部的功率密度峰值，该峰值可能损坏发光材料或甚至持续破坏发光材料。

替代地，镜面光学件的透射区域也能够设计为通孔。这具有下述优点，即在这种情况下，镜面光学件不必由对于激发光束是有透明度的材料构成，而是例如能够由金属制成。

优选地，波长转换装置如下地布置，使得至少一个波长转换元件至少几乎布置在聚光光学件的焦点中。这具有下述优点，即至少一个激发射束的由波长转换元件向回投射的一部分由聚光光学件准直成回程激发射束。如此准直的回程激发射束在镜面光学件的反射区域上形成相应的限定光斑。此外，在焦点附近产生的转换光能够利用聚光透镜有效地聚集且准直。已准直的转换光能够例如借助布置在波长转换装置和至少一个激发光束源之间的二向色的镜面元件与激发光束分离。

优选地，至少一个激发光束源和准直光学件如下地设计并布置，使得至少一个已准直的激发射束相对于聚光光学件的光学轴线平行的错开地延伸。这具有下述优点，所对应的回程激发射束同样平行的错开地返回，而且是关于聚光光学件的光学轴线镜面对称的。因此，回程激发射束相应地与所对应的激发射束错开地射到镜面光学件上。在至少一个激发光束源与聚光透镜的光学轴线充分错开时，镜面光学件上的用于至少一个激发射束或回程激发射束的透射和反射的区域在空间上良好地分开。

在有多个激发光束源的情况下，单个的激发光束源如下地布置，使得反射区域在空间上不配属有激发光束源。更确切地说，激发光束源仅如下地布置，使得其激发光束能够穿过透射区域。特别地，由此还使得每个已准直的激发射束穿过相对应的透射区域来透射并且每个已准直的回程激发射束由反射区域来反射。

此外，用于反射的至少一个区域优选地至少近似垂直于聚光光学件的光学轴线来定向。这具有下述优点，回程激发射束通过镜面光学件镜面向回照射其自身并且转回到发光材料层的原始位置处。

波长转换装置能够构造成静态布置的发光材料元件，即发光材料在转换期间不移动或者至少不持续性移动。替代地，波长转换装置例如也能够构造成能够围绕旋转轴线旋转的荧光材料轮。此时，至少一个发光材料在例如具有环形区段形式的盘形载体上旋转穿过激发射束。

附图说明

下面要根据实施例详细阐述本发明。附图示出：

图1是根据本发明的照明装置的实施例，

图2是图1中所使用的具有透射区域的镜面光学件，

图3是激发射束和回程激发射束的图像，

图4是对于图1中的示例地仅具有一个激光二极管的实施例的极度简化的射束路径。

下面出于简化原因，相同的或同类的特征还能够设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的照明装置1的实施例的立体示意图，照明装置例如适用于在视频投影仪中。构造成激光二极管阵列的激发光束源2提供了激发光束，激发光束源包括分别布置在假想三角形的每个顶点处的激光二极管3a，3b和3c。原则上，该激光二极管的相应的激光波长能够根据需要设计成相同或不同的。优选地，激光二极管3a，3b和3c以蓝色或紫外线的光谱范围发射，特别是以440-470nm的范围、特别优选地以大约450nm发射，因为这对于大多数的发光材料而言是适当的激发波长并且此外在需要时也能够用作蓝色的颜色通道。每个激光二极管3a，3b和3c对应有连接在其下游的准直透镜4a，4b，4c(准直透镜4c在图1中不可识别)，准直透镜分别使激光辐射形成准直的激发射束(为了更好的视图，激发或转换射束在图1中未示出；对此，参考图4，其示例性示出了对于唯一的激光二极管的简化的射束路径)。随后跟随了构造成有光学涂层的漫射体板的镜面光学件6。

现在，下面也参考图2，其示出了镜面光学件6的背离激光二极管的背面。镜面光学件6由对于蓝色激光辐射是能穿透的、漫散射的材料制成、例如由在表面处化学刻蚀了的硼硅盐玻璃制成。此外，镜面光学件6包括由三个单独的椭圆形子区域7a，7b和7c构成的对于激光辐射有透明度的透射区域。每个子区域7a，7b和7c在空间上对应于已准直的激发射束(在图1和2中未示出)，即三个已准直的激发射束能够不受阻碍地穿过镜面光学件6来透射。为此，根据三个激光二极管4a，4b，4c的布置，三个透明的子区域7a，7b，7c同样布置在相同的假想三角形的顶点处。除了三个透明的子区域7a，7b，7c之外，光学元件6的背面的表面配备有反射蓝色激光辐射的涂层，并且因此形成了反射激光辐射的第二区域8。

三个已准直的激发射束穿过镜面光学件6的与激发射束对应的透明的子区域7a，7b，7c来透射，并且随后穿过二向色镜9。随后，借助由两个透镜10，11组成的聚光光学件12将三个已准直的激发射束聚焦到涂覆了发光材料的短板13上。激发射束大部分由发光材料短板13进行波长转换，并且转换光14借助相对于光学轴线L倾斜了45°的二向色镜9从激光辐射路径中向外镜面反射。三个已准直的激发射束的每个激发射束的未转换的部分由发光材料短板13向回投射，并且该部分借助聚光光学件作为三个已准直的回程激发射束(在图1和2中未示出)穿过二向色镜9返回到镜面光学件6的背面上。

现在，下面参考图3，其示出了三个在朝向发光材料短板的方向上传播的激发射束5a，5b，5c以及回程激发射束15a，15b，15c在镜面光学件6的背面平面中的激光光斑。因为已准直的激发射束5a，5b，5c分别相对于光学轴线L平行的错开地传播，所以激发射束在于发光材料短板13处进行部分反射之后，作为回程激发射束15a，15b，15c同样平行的错开地返回到镜面光学件6的部分镜面化的背面上。在该处，回程激发射束15a，15b，15c在透射的子区域7a，7b，7c之外射到镜面光学件6的反射区域8上。回程激发射束15a，15b，15c由反射区域8再次向回反射给发光材料短板13，并且回程激发射束在该处重新获得进行波长转换的机会。

为了更好的视图，在图4中仅对于唯一的已准直的激发射束5a，5b，5c约略示意性示出该流程。在此，象征性示出由激光二极管3a发射的、穿过所对应的透射区域7a透射的且借助准直透镜4a准直的激发射束5a。激光二极管3a布置成相对于聚光光学件12的光学轴线平行的错开的(与图1相比，为了更好的可识别性，其他两个激光二极管、所对应的准直透镜和激光射束在此未示出)。准直的激发射束5a由此同样相对于聚光光学件12的光学轴线L平行的错开地到达该聚光光学件上，并且该激发射束由该聚光光学件转向到发光材料短板13上。激发射束5a的未转换的部分由发光材料短板13向回投射，并且借助聚光光学件12准直成回程激发射束15a。当然，回程激发射束在与激发射束5a的在光学轴线L处镜面反射的图像相同的光路上以相反的方向延伸，即在镜面光学件6的方向上返回。在该处，已准直的回程激发射束15a射到反射区域8上，即射到镜面光学件6的背面的镜面化区域上。因为镜面光学件6的背面垂直于聚光光学件12的光学轴线L地定向，所以回程激发射束15a由镜面化区域向回反射到其自身中，并且重新反射到发光材料短板13上。对于来自两个其他激光二级管3b，3c的激发光束，转化的效率改进以相应的方式起效。

在前文中，本发明以构造成静态布置的发光材料短板的波长转换装置为示例来阐述。尽管如此，在以下类型的照明装置中，本发明也显示了其有利的效果，其中波长转换装置以荧光材料轮的形式或其他形式来构造。

为了提高照明装置的波长转换的效率，本发明提出，激发光束的不是由发光材料转换的而是向回投射的部分借助镜面光学件的反射区域向回反射给发光材料，并且因此再次用于波长转换。来自激光二极管的激发光束能够穿过镜面光学件的相应的透射区域到达发光材料上。

Claims (15)

1.一种用于借助波长转换产生光的照明装置(1)，包括

至少一个激发光束源(2)，设计用于发出激发光束(5a，5b，5c)，

波长转换装置(13)，包括至少一个波长转换元件(13)，所述波长转换元件布置成，使得由所述激发光束源(2)发出的激发光束(5a，5b，5c)能够至少间接地射入到至少一个所述波长转换元件(13)上，其中，至少一个所述波长转换元件(13)设计用于，使得激发光束(5a，5b，5c)至少部分地转换成转换光(14)，并且其中，所述激发光束(5a，5b，5c)的不可避免的未转换的一部分(15a，15b，15c)由所述波长转换元件(13)向回投射，

准直光学件(4a，4b，4c)，用于使得所述激发光束(5a，5b，5c)准直成至少一个已准直的激发射束(5a，5b，5c)，

聚光光学件(12)，用于使得至少一个已准直的所述激发射束(5a，5b，5c)转向到至少一个所述波长转换元件(13)上，

其特征在于，

所述照明装置(1)还包括镜面光学件(6)，所述镜面光学件布置在准直光学件(4a，4b，4c)和聚光光学件(12)之间并且具有至少一个用于反射至少一个所述激发射束(5a，5b，5c)的、不由至少一个所述波长转换元件(13)转换而是向回投射的所述一部分(15a，15b，15c)的区域(8)。

2.根据权利要求1所述的照明装置(1)，其中，所述镜面光学件(6)附加地具有用于透射已准直的所述激发射束(4)的至少一个区域(7a，7b，7c)。

3.根据权利要求1或2所述的照明装置(1)，其中，至少一个所述激发光束源(2)和所述准直光学件(4a，4b，4c)设计并布置成，使得至少一个已准直的所述激发射束(5a，5b，5c)相对于所述聚光光学件(12)的光学轴线(L)平行的错开地延伸。

4.根据权利要求2或3所述的照明装置(1)，其中，所述镜面光学件包括由所述激发光束不能穿透的材料制成的盘，并且其中至少一个用于透射的区域通过在所述材料中的通孔来形成。

5.根据权利要求2或3所述的照明装置(1)，其中，所述镜面光学件(6)包括由所述激发光束能穿透的材料制成的盘，其中，至少一个用于反射的区域(8)和至少一个用于透射的区域(7a，7b，7c)通过在所述盘的一部分上的反射层或者通过所述盘的没有反射层的部分来形成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(1)，其中，所述至少一个用于反射的区域(8)垂直于所述聚光光学件(12)的所述光学轴线(L)来定向。

7.根据权利要求5或6所述的照明装置(1)，其中，所述镜面光学件(6)的所述盘设计为漫射盘。

8.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(1)，具有多个激发光束源(3a，3b，3c)，其中，所述准直光学件由多个单个的准直透镜(4a，4b，4c)组成，并且其中，每个激发光束源配属有用于产生各一个已准直的激发射束(5a，5b，5c)的准直透镜(3a，3b，3c)。

9.根据权利要求8所述的照明装置(1)，其中，单个的所述激发光束配属激发光束源。

10.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(1)，具有二向色的镜面元件(9)，所述镜面元件位于所述波长转换装置(13)和至少一个用于分离激发光束(5a，5b，5c)和转换光(14)的所述激发光束源(2)之间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(1)，其中，至少一个所述波长转换元件(13)至少布置在所述聚光光学件(12)的焦点附近。

12.根据权利要求11所述的照明装置(1)，其中，所述聚光光学件(12)使得至少一个所述激发射束(5a，5b，5c)的由至少一个所述波长转换元件(13)向回投射的所述部分各自准直成回程激发射束(15a，15b，15c)。

13.根据权利要求12且结合权利要求8所述的照明装置(1)，其中，所述至少一个用于反射的区域(8)和所述至少一个用于透射的区域(7a，7b，7c)布置在所述镜面光学件(6)上，使得每个已准直的激发射束(5a，5b，5c)穿过用于透射的相对应的区域(7a，7b，7c)来透射，并且每个已准直的回程激发射束(15a，15b，15c)由用于反射的区域(8)来反射。

14.根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(1)，其中，所述波长转换装置设计为荧光材料轮，所述荧光材料轮能够围绕所述荧光材料轮的旋转轴线来旋转，其中，至少一个所述波长转换元件至少布置在所述荧光材料轮的环形地围绕所述荧光材料轮的所述旋转轴线延伸的区域的区段中。

15.一种根据前述权利要求中任一项所述的照明装置(1)在投影仪中的应用。