CN110094648B - 具有泵浦辐射源和转换元件的照射单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及照射单元(1)，具有：泵浦辐射源(2)，用于发射泵浦辐射(3)；和转换元件(4)，用于将泵浦辐射(3)至少部分地转换成转换辐射(5)，其中，在照射单元(1)运行时，泵浦辐射(3)以射束簇(25)形式从泵浦辐射源(2)入射到转换元件(4)的入射面(4a)上，泵浦辐射(3)在射束簇(25)的中部区段(25a)中的第一部分(3a)入射到转换元件(4)上，且泵浦辐射(3)在射束簇(25)的包围中部区段(25a)的边缘区段(25b)中的第二部分(3b)入射到转换元件(4)上，且转换元件(4)设置为，使得针对泵浦辐射(3)的第二部分(3b)相较于针对泵浦辐射(3)的第一部分(3a)，归一化的转换率和/或归一化的散射率更低。

Description

具有泵浦辐射源和转换元件的照射单元
技术领域
本发明涉及一种照射设备，该照射设备具有用于发射泵浦辐射的泵浦辐射源和用于将泵浦辐射至少部分地转换成转换辐射的转换元件。
背景技术
在所谈及类型的照射设备中，转换元件，也称为发光材料元件，用泵浦辐射照射，泵浦辐射在此被转换成其他光谱组成的转换辐射。泵浦辐射例如可以是蓝光，其中，在所谓的部分转换的情况下，能够按比例将未经转换的蓝光与作为转换辐射的黄光一起以混合的方式得到白光。泵浦辐射源，典型为激光器，和转换元件彼此间隔开地设置，借此能够实现高辐射密度或发光密度的照射设备。最近的应用领域是借助机动车前照灯的道路照明，这应图解说明此主题，但首先不应在其一般性方面进行限制。
发明内容
本发明基于如下技术问题：提出一种特别有利的照射单元。
根据本发明，这借助一种照射单元来实现。所述照射单元的转换元件并不设有在其延伸部上恒定的转换率或散射率，而是代替于此这些参数中的至少一个参数变化。因此，泵浦辐射的在泵浦辐射射束簇中居中地(在“中部区段”中)引导的第一部分比泵浦辐射的第二部分按比例更多地转换和/或散射。泵浦辐射的第二部分在泵浦辐射射束簇的包围中部区段的边缘区段中引导。
结果，在泵浦辐射斑点中心入射的泵浦辐射相较于在边缘侧入射的泵浦以更大的份额被转换和/或散射。因此，经转换的泵浦辐射与入射的泵浦辐射的比值或被散射的泵浦辐射与入射的泵浦辐射的比值被有针对性地设定为在中心处相较于在边缘处更高。这受发明人的如下观察所启发，即反过来在具有恒定的转换或散射特性的转换元件的情况下会出现在放射面上的不均匀性，进而最终在照明侧上出现不均匀性。
在具有恒定转换率的转换元件以透射方式运行时，例如转换辐射与按比例未经转换的泵浦辐射的比值可以在放射面上变化；这引起发射面之上的色彩位置路径以及照明光锥或照亮区域中的色彩位置路径，即在放射角空间中的色彩位置路径。根据本发明，这借助于在中心处更强的转换/散射来抵消或预防，因为否则在中心处会存在超比例地多的泵浦辐射或者在边缘侧存在超比例地多的转换辐射。总之，因此可以借助转换元件的不均匀的或非均质的设计来抵消照明侧的不均匀性。
在整个公开内容中可以找到优选的设计方案，其中在特征的描述中并不总是具体地在设备方面、方法方面和应用方面之间进行区分；至少隐含了，可以解读关于所有实施例类别的公开内容。也就是说，如果例如描述了针对特定运行而设立的照射单元，则这也可以解读为关于对应的方法或应用的公开内容，反之亦然。
针对恒定的转换率或散射率的参考情况描绘的在照明侧的不均匀性由在放射面之上的不均匀性产生。尤其是，在放射面之上变化的转换辐射与泵浦辐射的比值可能是干扰性的，因为这于是会产生与视线方向有关的色彩印象。放射面优选配设有光学装置(见下文)，借助该光学装置将放射面上的不均匀性成像或投影到照明区域中。光学装置可以将放射面上的空间分布转换为立体角分布。根据观察角度，于是可以产生不同的色彩印象，也就是说关于观察角度的色彩位置路径。在由蓝色泵浦辐射和黄色转换辐射组成的白光的情况下，例如在边缘处可能存在黄色冲击。
通常，在放射面上已经良好的均匀性对于下游的光学装置而言会是有利的，因为在那里不需要或需要较少的预防措施来混匀照明光。这可以简化光学装置，这可以提供成本优势；然而例如也能够在安装空间方面带来优点，也就是说，光学装置例如可以整体上更紧凑地构建。然而，所获得的自由度也可以以另一种方式加以利用，例如用于实现良好的对比度(亮/暗边界)。转换元件已经固有的良好均匀性也可以提供效率优势。即下游的光混匀会有损耗(例如在散射片的情况下具有散射损耗)。同样会有损耗的是，“切掉”照明光锥体的不期望的或混匀较差的区域，例如借助遮光板等。
通常，放射面优选配设有成像的光学装置，虽然一般而言非成像的光学装置也是可行的。成像的光学装置可以承担会聚透镜功能，也就是说将在放射面上典型地以扇形展开的方式(通常以朗伯特方式)发出的辐射朝向照明应用聚束。光学装置优选具有会聚透镜，该会聚透镜可以更优选地构成为由多个顺序地被透射的单个透镜组成的透镜系统。透镜系统或单个透镜能够以消色差的方式实施。转换元件的耦合输出面通常设置在会聚透镜光学装置的焦点中，但是也可以设置在焦平面的上游或下游。替选地或附加地，光学装置也可以具有反射器；优选地，其可以是在会聚透镜下游的反射器(尤其是在前照灯的平面上)。
不管其设计如何，详细而言，光学装置优选地对放射面成像，特别优选地成像到无限远处(放射面上的空间分布被转换为立体角分布)。通常，多透镜阵列装置(MLA)、刻面光学装置、全息光学元件和光学光导体也可用作透镜或光学系统。具有其他转换特性的另一转换元件也可以设置在该转换元件上游；然而泵浦辐射优选如由泵浦辐射源发射的那样被引导到(恰好一个)转换元件上。转换元件的有用辐射(由泵浦辐射和转换辐射构成的混合)也可用于激发下游的转换元件，但所述有用辐射优选用于照明。
“转换率”作为从转换元件的特定区域发出的转换辐射的强度与射入到该区域中的泵浦辐射的强度的比值产生。在此情况下，强度关于角度进行积分，也就是说，例如观察在整个放射角度上从所述的区域发出的转换辐射。转换可以是升频转换或优选是降频转换。
具体地，在比较泵浦辐射的第一部分和第二部分时，比较“归一化转换率”，也就是说，在假定入射的泵浦辐射的强度相同的情况下在转换元件的相应区域中的转换率；泵浦辐射的第一部分和第二部分的强度或照射强度大小相同，如果它们不是这样，则将从第二部分中按比例更少地被转换。
“散射率”，也称为散射系数，在以透射方式运行期间作为从转换元件的特定区域中从特定方向入射的泵浦辐射的强度与从该区域以相同的方向发出的泵浦辐射的强度的比值得出。与转换率不同，因此散射率角度选择地观察，散射引起辐射成扇形展开。形象地说，散射率越高，则辐射朝向侧面分布得越多，也就是说，越少的辐射沿原始路径传播。通常，散射或散射率涉及泵浦辐射的在光谱方面无转换的重新分布(不改变其波长)。具体而言，再次比较“归一化散射率”，也就是说，在(理论上)相同的泵浦辐射入射的情况下的散射率(参见上文)。
通常，虽然也可以考虑以反射方式运行的转换元件，其中入射面和放射面重合。然而，优选的是以透射方式运行转换元件，也就是说，入射面和放射面彼此相对置。例如，这对于射束引导是有利的；泵浦辐射和转换辐射不必单独分开。由此特别有利地，以部分转换的方式的运行能够是可行的，使得开头描述的优点(泵浦辐射/转换辐射的比值～恒定)特别有效。
泵浦辐射源优选地是激光源，其也可以例如由多个单个激光源构建。激光二极管优选作为单个激光源，使得例如多个激光二极管于是可以一起形成泵浦辐射源(然而通常当然也可以设置唯一的激光二极管)。单个激光源或激光二极管的射束簇于是可以例如借助射束压缩光学装置聚拢，并且以叠加的方式置于转换元件上。通常，泵浦辐射在转换元件上游优选地穿过作为流体体积的空气，其中但通常例如也可考虑惰性气体(氩气等)。这种结构也称为LARP(Laser Activated Remote Phosphor(激光激活远程磷光体))装置。泵浦辐射例如也可以经由光纤光学装置或光导体来引导，其中于是对LARP替选地，也可以直接在光导体的输出端处设置转换元件。
转换元件例如可以具有基质材料，如陶瓷，玻璃或者还有塑料材料，发光材料以分布到离散的区域上的方式设置在基质材料中，例如以陶瓷颗粒或以颗粒形状嵌入到玻璃或塑料中(附加地例如也可以嵌入有热填充物质或颗粒，用以更好散热，例如金刚石、硅、碳化物)。然而，通常也可以考虑例如单晶体形式的转换元件，例如YAG:Ce单晶体。此外，转换元件例如也可以由结块的发光材料颗粒构成，所述结块的发光材料颗粒例如施加在悬浮液中，所述悬浮液的载体液体随后蒸发。在功能上，发光材料在转换元件中形成“转换中心”；在那里转换泵浦辐射。也可以考虑，以3D打印方法或注塑方法制造转换元件。
3D打印就如下方面而言可以是有利的：由于技术自由度，可以实现局部分布(发光材料、其他填充物质、基质材料)的有针对性的设计。限制射束的元件也可以一起印制(射束约束)，例如在由AlO2结构包围的发光材料区域的情况下如此。约束结构可以是反射性的，或者至少分区域地是半透明的，并且其也可以具有反射和/或半透明梯度。约束结构也可以多件式地构成。
术语“发光材料”也可以指多种单一发光材料的混合物，单一发光材料例如分别发射具有不同的光谱特性的转换辐射。合适的发光材料例如可以具有氧化或(氧)氮化的材料，如石榴石、原硅酸盐，氮化(铝)硅酸盐、氮化-原硅酸盐或卤化物或卤代磷酸盐。具体实例可以具有掺杂的钇铝石榴石，如YAG:Ce，掺杂的镥-铝石榴石，如LuAG:Ce，掺杂的氮化硅材料，如Eu掺杂的CaAlSiN3，等等。掺杂材料通常例如可以是Ce、Tb、Eu、Yb、Pr、Tm和/或Sm。此外，附加的掺杂也是可行的，即Co掺杂。
具有铈掺杂的钇铝石榴石(YAG：Ce)的转换元件可以是特别优选的，尤其是具有YAG:Ce作为唯一的发光材料。在部分转换的情况下利用其黄色转换辐射在与按比例未经转换的蓝色泵浦辐射混合中于是可以得到白光。具体而言与发光材料无关，转换元件优选也可以具有散射中心。在此情况下，例如可以是在基质材料中有意地引入的损伤部位。例如，在夹杂于材料中的气孔处可以进行散射(陶瓷也可以相应地烧结，带有残余孔隙，通过所述孔隙增大光的路径长度)。散射颗粒和空气夹杂物可以共同作用。即使在处于玻璃(高粘度)中的发光材料的情况下，也可以有目的地引入多孔区域(空气夹杂物)，所述多孔区域优选可以是散射颗粒，例如二氧化钛颗粒。例如，如果将玻璃设为基质材料，则除了发光材料(和必要时散射颗粒)之外例如也可以嵌入导热颗粒，如由金刚石、蓝宝石和/或碳化硅构成。显然，相同的颗粒也可以同时承担导热功能和散射功能。
转换率或散射率的改变能够以不同方式实现，这将在下面予以详细讨论。根据第一变型方案，转换元件的入射面和放射面例如可以是不同大小的，例如也就是说，转换元件可以具有锥形形状，这对于边缘侧的泵浦辐射而言意味着较低的有效透射的厚度。根据另一变型方案，入射面和/或放射面能够是拱曲的，使得转换元件在中心处是更厚的。在两种变型方案中，较大的厚度意味着更多被有效透射的转换中心和散射中心，而较小的厚度意味着更少被有效透射的转换中心和散射中心(所述转换和散射中心于是尤其也可以设有恒定的密度)。根据另一变型方案，可以调整转换中心和散射中心的密度，即密度可以在中心处高于在边缘处。所提到的可能性可以彼此替选地或彼此组合地提供。
通常，可以优选如下转换元件，在其中不仅转换率而且散射率都发生变化。但是，这通常不是强制性的；同样也可以只改变恰好一个参数，这于是优选是转换率。就此而言通常例如所提到的是，在中心处比在边缘处按比例地更多地转换或散射，这涉及这样的比较情况，其中顺序地仅在中心处局部地照射一次并且仅在边缘侧局部地照射一次。在正常运行中，也就是说当同时在中心处和边缘侧照射时，不均匀的转换率或散射率于是产生恰好一次均匀化。
在一个优选实施方式中，对于泵浦辐射的第二部分的转换率和/或散射率向外以连续的变化曲线减小，也就是说，该减小不具有突变(没有阶梯函数等)。优选的是平滑的变化曲线，也就是说，以数学方式观察，在整个区域之上存在可微分性。一方面，在边缘区域中对于泵浦辐射的第二部分的转换率或散射率连续减小可以与在中心处对于第一部分恒定的转换率或散射率组合。然而，另一方面，转换率或散射率也可以在中心区域中就已经向外减小，也就是说例如总体上可以具有钟形的变化曲线，如高斯形状。通常，朝边缘连续的减小对于特别好的均匀化而言可以是有利的。
然而，对于泵浦辐射的第二部分，转换率和/或散射率能够以非连续的变化曲线朝外变化，使得以数学方式来看，相应的函数可以包含突变(数学上的阶梯函数)。
就此而言在本公开文献的范围中通常指的是“向外”延伸，除非另有说明，否则这指的是垂直于泵浦辐射射束簇的中心射束的、背离于其指向的方向。中心射束平行于射束簇的主方向位于所述射束簇的中心处。主方向作为所有方向向量的质心方向得出，所观察到的辐射分别沿着所述方向向量在相应部段中传播，其中在平均值形成中对每个方向向量用与其相关联的辐射强度加权。
在涉及以部分转换方式运行的一个优选实施方式中，在放射面处发出的照明光在放射面之上都具有恒定的色彩位置。换句话说，也就是说，所发出的转换辐射与未经转换的、同样发出的泵浦辐射的比值在整个放射面上是恒定的，至少在技术上常见的精度的范围中是恒定的。例如，可以在CIE标准色彩曲线图(1931)中观察色彩位置；然后照明光具有在彩色鞋(Farbschuh)中的cx和cy值，其中所述值对在整个放射面上是恒定的。
优选地，照明光可以是白光。如在CIE标准色彩曲线图(1931)中观察，白光的色彩位置例如应该与普朗克曲线远离例如不超过15个阈值单位，并且按照所提及的顺序优选程度增加地，不超过14、13、12、11或10个阈值单位(分别为绝对值)。阈值单位(SWE)定义为SWE＝((u'2-u'1)2·(v'2-v'1)2)1/2，更确切而言在归一化的u'(v')空间中，其通过从标准色彩曲线图的cx/cy空间变换而得到。
在涉及以透射方式运行的转换元件的一个优选实施方式中，入射面和放射面是不同大小的。入射面可以小于放射面，反之亦然。于是优选的是射束引导进行为，使得两个面中较小的面仅被射束簇的中部区段照射或透射，也就是说，边缘区段从外部经过该较小的面。
为了说明，转换元件例如可以具有截锥体的形状；然后，所述截锥体处于泵浦辐射射束簇中，使得截锥体的较小的顶面和其较大的底面分别完全用泵浦辐射照射；泵浦辐射的随后仅穿透底面的部分是第二部分；穿透底面和顶面的中间部分是第一部分。该示例说明：对于泵浦辐射的第二部分可以设定朝外减小的转换率或散射率。泵浦辐射的第二部分在截锥体的倾斜的侧表面处入射和出射；被有效透射的转换元件体积朝外减小。
虽然可以优选截锥体形的转换元件，但是也可以使用更复杂的形状来实现刚刚描述的优点。因此，侧表面在剖面中并非强制性直线地延伸。虽然旋转对称的侧表面可以是优选的，但一般而言同样不是强制性的。通常，转换元件的厚度取自入射面和放射面之间，其宽度垂直于此。所述宽度从较小的面到较大的面优选以连续的变化曲线增加。
通常，在此，转换元件的整个相应侧面分别被视为入射面或放射面，该侧面根据实施方式具体而言地整体地用泵浦辐射照射或可以发射转换辐射，但是抑或在较小的泵浦辐射斑点的情况下也可以仅仅在部分区域中被照射或发射。优选地，两个面中的至少一个是平面的，特别优选地两个面都是平面的并且彼此平行，尤其是在具有不同大小的入射面和放射面的实施方式的情况下(或者就此而言不涉及“拱曲的入射面/放射面”变型方案，见下文)。
在一个优选的设计方案中，作为两个面中较小的面的面积与较大的面的面积的面积比为至少1:5。更优选的能够是2:5的下限，特别优选1:2的下限。通常也与下限无关地会感兴趣的和要公开的面积比的优选上限(这相反也适用)按所列举的顺序优选程度增加地最高为9:10、4:5或7:10。
绝对值可以与各种因素有关，如在泵浦辐射源与入射面之间的光学装置(例如准直透镜等)的特性、转换元件的热负载能力、在放射面上的发射的所期望的大小等等。相应地，泵浦辐射斑点例如可以具有数微米的大小，例如至少10μm、20μm、30μm、40μm或50μm。与其无关的上限可以在毫米范围中但也可以低于其，例如最多800μm、600μm或400μm。同样的大小范围对于入射面和放射面也应是公开的。转换元件的厚度也可以与各种因素有关，典型地例如至少100μm或200μm作为下限，其中(与下限无关的)可能的上限在毫米范围中，或也低于其，例如最高800μm或600μm。
在优选的设计方案中，转换元件在剖面中具有梯形形状，尤其等腰梯形的形状，该转换元件的入射面和放射面大小不同。在旋转对称的设计方案的情况下，因此得到上面所讨论的截锥体。虽然优选，这样的旋转对称相反并不是强制性的，沿着中心射束看，入射面和放射面例如也可以具有矩形的、尤其正方形的或更复杂的形状(六边形等)。例如围绕中心射束分布地也可以设置多个单个激光源(见上文)，这于是例如可以得到莲座形的斑点。
在也可以与转换率和散射率的变化无关地感兴趣的并且要公开的一个优选实施方式中，泵浦辐射在运行中充满转换元件的整个入射面。泵浦辐射斑点，其伸展通常根据按半值宽度的照射强度分布来取(替选地可以考虑减小到1/e2)，因此一方面可以与入射面一样大并且与之全等。然而，另一方面，泵浦辐射斑点甚至也可以(稍微)更大。照射强度分布的轮廓并非强制性是高斯形的(即使优选)；所述轮廓也可以借助于泵浦辐射源下游的光学装置形成，例如可以具有洛伦兹轮廓。泵浦辐射可以会聚地、发散地或平行以及极化地入射到发光材料上。
发明人已确定：整个用泵浦辐射照射的入射面也已经可以有助于防止开头所描述的与面或立体角有关的色彩位置路径的问题。因此，转换辐射与按比例未经转换的泵浦辐射的比值也可以在边缘处保持基本恒定。尽管该变型方式与转换率或散射率的变化无关地会是令人感兴趣的，但与其他这里所公开的特征的组合仍会是优选的(例如，以透射方式运行、部分转换、转换元件的状况等等)。特别优选地可以将该变型方案与变化的转换率或散射率组合。
在一个优选的实施方式中，转换元件在中心区域中厚于在边缘区域，射束簇的中部区段穿透所述中心区域，边缘区域优选环地包围中心区域。
在涉及以透射方式运行的转换元件的优选设计方案中，入射面或放射面是平面的，并且相应的另一面是凸面拱曲的。也就是说，例如入射面可以是平面的，并且放射面可以凸面拱曲，反之亦然。由于凸面拱曲，转换元件在中心处比在边缘处更厚，使得在中心处穿透更多的转换或散射中心。
在一个优选实施方式中，转换元件的中心区域中的转换中心和/或散射中心的密度高于边缘区域中的转换中心和/或散射中心的密度，使得在中心处按比例地更多地被转换或者散射。在该变型方案中，转换元件也可以具有简单的几何外部形状，也就是说，尤其是，入射面和放射面可以各自是平面的，也就是说总体上转换元件可以保持例如盘状或片状。然而通常显然也可以与一个或多个上文所描述的几何变型组合。
例如，通过在中心处比在边缘侧将更多转换颗粒和/或散射颗粒嵌入基质材料(例如塑料或玻璃或陶瓷，见上文)中的方式，可以实现变化的密度。在此，中心区域和边缘区域之间的基质材料通常也可以连贯地构成，也就是说，在本身单片的基质材料中在中心处与在边缘侧相比置入更多转换或散射颗粒。然后，转换率或散射率例如也可以具有连续的变化曲线，也就是说以从中心到边缘的平滑函数减小(参见上文)。
然而，在优选的设计方案中，在该变型方案中，可以设置阶梯形的变化曲线。因此，在中心区域中与在边缘区域中相比密度更高，但是分别在相应的区域之上是恒定的。然后，边缘区域可以如环或套筒的那样包围中心区域。显然，总体上在这种情况下也可以存在多个彼此嵌套的环或套筒，其中密度对于每个套筒是恒定的，但在套筒彼此间朝外减小。从照射或透射的方向看，套筒并非强制性是圆环形的；即使圆形是优选的，同样可以考虑角形或其他形状。圆弧段环可以在彼此之间具有相同或不同的直径(厚度区域)。也可以对直径分等级。
通常，阶梯式的变型方案在转换元件的制造方面可以是有利的。于是，各个区域可以分别自身地以其转换中心或散射中心的对应的密度来制造和随后进行组合。优选地，所述区域可以彼此接合，例如粘合(例如使用玻璃粘合剂)或挤压。与上文所描述的转换元件不同，基质材料于是不是单片的，而是中断的(多件式地组成)。
相应地分割成多个区域的转换元件，也就是说，由多个单独制造的转换元件部分组合的转换元件，即以多件式构成，在上文所描述的变型方案之一的情况下也会是令人感兴趣的。因此，例如，具有不同大小的入射面和放射面的转换元件例如也可以由多个部分构建，所述转换元件在剖面中优选可以是梯形或总体上是锥形的。例如，中心区域可以是锥形的，其中一个或多个锥形壳于是可以设置在所述中心区域处，使得得到截锥体。在其他变型方案中也可以考虑类似的方式，即模块化例如在制造方面可以是令人感兴趣的，因为按需要可以借助一些转换元件部分作为基本模块来构建不同的转换元件。
在一个优选实施方式中，转换元件设有电极。所述电极可以金属地(例如由钨颗粒构成)或者透明地设置，例如由氧化铟锡(ITO)构成。所述电极例如可以设置在入射面或放射面上；所述电极优选嵌入转换元件中(见下文)。导电的电极也可以借助于3D打印方法有针对性地引入到材料中，也就是说不仅在材料表面或边界面上，而且在材料体积本身中分布。
具体而言与其安置或状况无关地，电极可以有利地实现对转换元件的监控。也就是说，例如可以借助电阻测量来检查或监控转换元件的机械完整性，但是替选地或附加地也可以借助电容或电感测量来检查或者监控。在运行中，一方面由于高功率密度抑或鉴于外部边界条件(温度变化或振动等，尤其在机动车应用中)会导致机械负载。转换元件会撕裂或破裂，或也会完全从载体脱落，这在照明方面代表极大的光生物学风险。
于是即未经转换的或未被散射的，即集束的/准直的和/或相干的泵浦辐射可以实现照明应用，这对于观察者而言在该处会导致例如视网膜损伤和最糟糕情况会导致失明。电极现在可以实现一定的监控或检查；即在转换元件退化或损坏的情况下电极通常也被损伤/损坏，或者在转换元件脱落的情况下电极绝对简单地不再存在，这可以以测量技术检测。然后例如可以促使对泵浦辐射源调光或也完全关断。
如上所述，嵌入转换元件中的电极可以是优选的。例如，这可以在由转换元件部分组合的转换元件的情况下实现。为此，例如转换元件部分中的一个转换元件部分可以在侧面处设置有电极，然后所述侧面与另一转换元件部分聚集。例如，中心处的截锥体因此可以在其侧表面处配备有电极，所述电极能够例如蒸镀或者利用在微电子学中已知的其他方法施加。电极可以整面地或也仅仅部分面地例如条带形地构成。每个转换元件部分可以具有自身的监控层，尤其是条带形的，其中条带于是可以设置成使得它们彼此成一定角度错开，也就是说在角度空间中甚至不重叠或仅仅分区域地重叠。
在一个优选的实施方式中，转换元件设置在部分透射辐射的但同时在此散射辐射的载体中。相应的载体例如可以由陶瓷材料提供，例如基于氧化铝。在此，经由设定颗粒大小和/或材料多孔性等也可以设定透射率与散射的比值。关于可见光谱范围，载体优选是半透明的(可透光但不透视)。
所述载体向外包围转换元件，所述载体优选在此露出入射面或放射面，特别优选露出两个面。这种载体可以特别有利地与上面描述的具有不同大小的入射面和放射面的转换元件组合。于是，所述载体可以向外包围梯形或锥形的倾斜侧面，也就是说朝向侧面包围。
设置散射性的载体例如与透明的、即透视的载体相比可以提供效率优势，因为于是侧向入射到载体中的辐射按比例总是也向回朝着转换元件的方向散射，并且在那里以一定的概率“向前”、即沿光学使用方向或主放射方向散射。这可以涉及朝向侧面出射的转换辐射，但同样也涉及在转换元件中朝向侧面散射的泵浦辐射。替选地，对应的向前的辐射引导例如也可以借助在转换元件的侧壁上的镜面化、例如导热的银镜面化和/或金镜面化和/或铝来实现。因此，载体中的拱腹(Laibung)和/或转换元件本身可以侧向地镜面化，例如以金属层镜面化。在此情况下，于是也可以设置透明载体。
然而，辐射透过的、但散射性的载体尤其在具有不同大小的入射面和放射面的转换元件的情况下可以是优选的，因为在此情况下这样的侧壁镜面化几乎不可能或不可能。例如，如果梯形或截锥体形的转换元件的侧壁被镜面化，则所述侧壁可以绝对简单地不被透射(然而，这是必要的，参见上文)或者在与波长有关的镜面化的情况下会存在分裂。
在优选的设计方案中，载体的平行于转换元件的入射面和/或放射面延伸的侧面设置有辐射不可透过的掩模。优选地，转换元件的入射面和/或放射面和载体的所述的侧面可以位于共同的平面中。掩模形成射束簇穿透的遮光板。所述掩模遮蔽射束簇；如果所述射束簇(理论上)在没有相互作用的情况下传播穿过转换元件，则它会恰好穿过由掩模形成的遮光板。因此，这种(理论上未受干扰的)射束簇既不会被掩模明显地修剪，也不会“有间隙地”在其中引导；优选射束簇完全充满遮光板。
在具有不同大小的入射面和放射面的转换元件的情况下，掩蔽部可以优选地设置为，使得遮光板对应于两个面中较大面。特别优选地，结构可以是如下，在转换元件以透射方式运行时，放射面小于入射面，其中掩模于是设置在放射面上，也参见用于说明的实施例。通常可优选设置在载体的放射面或相应侧面上的掩模。与其关于波束成形等方面的优点无关，掩模(附加地)例如也可以用于监控转换元件。例如，所述掩模可以与转换元件的上文所阐述的电极耦合，如以电感或电容方式，并且可以用于检测损伤。
上文已经不同地参考在照射方向或透射方向看的转换元件的形状。尽管角形的形状通常也是可能的，但是通常也优选旋转对称构造的转换元件。于是，旋转对称轴线优选平行于入射的射束簇的主方向；其中心射束特别优选地与旋转轴线重合。
本发明还涉及这里公开的辐射设备用于照明的应用，尤其用于机动车的照明、尤其是用于机动车外部照明、优选在前照灯中。机动车(Kfz)优选是汽车。借助该照射设备提供高发光密度的光源，其例如可以形成或辅助远光灯抑或近光灯。优选地，照射设备用于静态灯光功能，例如作为远光灯或附加远光灯。
其他应用领域例如可以是用于视频投影或电影投影应用的照明模块，以及用于效果灯照明、娱乐照明、建筑照明、普通照明、医学和治疗照明或用于园林照明、尤其还用于园艺的聚光灯(Scheinwerfer)。
附图说明
下文中借助实施例详细地阐述本发明，其中在实施例的范围中的各个特征也能够以其他组合对于本发明而言是重要的，并且在不同的实施例类型方面不予以具体区分。
详细地示出：
图1示出根据本发明的照射单元的示意图；
图2a示出根据本发明的用于根据图1的照射单元的转换元件的第一设计可能性；
图2b针对根据2a的转换元件示出色彩位置和强度的变化曲线；
图3a示出根据本发明的用于根据图1的照射单元的转换元件的第二设计可能性；
图3b示出根据图3a的转换元件的俯视图；
图4a示出根据本发明的用于根据图1的照射单元的转换元件的第三设计可能性；
图4b针对根据图4a的转换元件示出色彩位置和强度的变化曲线；
图5示出用于为根据图4a的转换元件补充电极的可能性；
图6示出根据本发明的用于根据图1的照射单元的转换元件的另一设计可能性。
具体实施方式
图1示出根据本发明的照射单元1，其具有泵浦辐射源2、用于发射泵浦辐射3的激光器和用于将泵浦辐射3部分转换成转换辐射5的转换元件4。转换元件4以透射方式运行；泵浦辐射3所射到的入射面4a与放射面4b相对置。
在放射面4b上典型地以朗伯特方式发出转换辐射。此外，在那里还发出按比例未经转换的泵浦辐射，但出于概览原因未详细示出。泵浦辐射3以准直或集束的方式射到入射面4a上，其中未经转换的份额在转换元件4下游于是由于在转换元件4中的散射过程与转换辐射5类似地展开成扇形。放射面4b配设有光学装置6，在此简化地示出为单个会聚透镜。借助光学装置6，在放射面4b的不同部位处发出的辐射以不同空间方向引导(未详细示出)。
泵浦辐射3例如可以是蓝色激光，其随后可以借助YAG:Ce发光材料，即借助铈掺杂的钇铝石榴石转换成作为转换辐射的黄光。在描述的部分转换的情况下，也按比例地保留蓝色泵浦辐射，使得在与黄光混合中得到白光。白光可以用于照明，例如在机动车前照灯中。
如在说明书引言中详细讨论的那样，在根据现有技术的具有恒定转换或散射特性的转换元件4的情况下，其中入射面4a和放射面4b还分别明显大于泵浦辐射斑点，在放射侧存在不均匀性。在外部区域或边缘区域中，即随后存在超成比例地多的转换辐射5；因此在那里所发出的白光于是具有黄色调。因此，在根据本发明的转换元件4中，调整转换率或散射率，使得在中心处相对更多地被转换或更强地散射。
图2a示出对应的转换元件4的第一设计可能性。转换元件4具有嵌入基质材料中的转换中心20，例如YAG:Ce颗粒，以及散射中心21，例如二氧化钛颗粒和/或空气夹杂物(多孔区域)。在该变型方案中，转换中心20和散射中心21以恒定的密度分布于转换元件4上；几何上实现了变化的转换率或散射率。
放射面4b凸面地拱曲，使得转换元件4沿着照射或透射方向上看在中心处比在边缘处更厚。泵浦辐射3以射束簇25的形式射到入射面4a上。在此，泵浦辐射3的第一部分3a在射束簇25的中部区段25a中被引导。泵浦辐射3的第二部分3b在包围所述中部区段25a的边缘区段25b中被引导。对于泵浦辐射3的第一部分3a，由于局部较厚的转换元件4，在光路中设置更多的转换中心20和散射中心21。相应地，从第一部分3a与从第二部分3b相比按比例更多地被转换和散射。
从在图2b中可以看到的那样，结果这得到在整个放射面4b上恒定的色彩位置(cx/cy的商涉及CIE标准色彩曲线图中的值对)。虚线涉及该轴线，即恒定的色彩位置。此外，在该曲线图中也绘出强度，以最大强度归一化(实线，与右侧的Y轴相关)。
如从图2a中还可看到的那样，转换元件4朝向侧面被载体7围住(也在图1中示出)。所述载体由基于氧化铝的陶瓷构成；所述载体是透射辐射的、但在此是散射的(半透明的)。在转换元件4的一个或多个侧壁4c处出射的转换辐射或泵浦辐射按比例地向回散射到转换元件4中，并且可以在那里(再次按比例地)向前散射。
载体7的设置在放射面4b上的前侧面还设置有遮蔽部30，使得在放射侧得到整齐限界的斑点。
图3a示出设计具有变化的转换率或散射率的转换器元件4的另一可能性。通常，在本公开文献的范围中，相同的附图标记表示相同的部件或具有相同功能的部件，并且在这方面也始终参考关于相应的其他附图的描述。
根据图3a的转换元件4由多个转换元件部分4.1至4.5组成。在每个转换元件部分4.1至4.5中，转换中心和散射中心的密度(为了概览起见在此未示出)分别是恒定的；然而，密度在部分之间向外减小。在转换元件部分4.1中，密度相应是最高的，而在转换元件部分4.5中密度是最低的(在其余部分中相应地分级)。
泵浦辐射3的第一部分3a射到转换元件部分4.1上并且最强地被转换或散射。在泵浦辐射3的第二部分3b之内，对应于转换元件部分4.2至4.5存在进一步的区别。总体上，由此得到转换率或散射率的尽管分阶梯的、但结果仍然足够精细的变化曲线。
图3b示出根据图3a的转换元件4的俯视图；各个转换元件部分4.1至4.5同心圆形或环形设置。此外，还可以看到载体7，所述载体能够如在根据图2的变型方案中那样散射地构成，以至少部分地向回引导辐射。然而，同样也可以镜面化转换元件的侧壁4c或载体7的相关联的面(未详细示出)。
由ITO构成的透明电极可以设置在转换元件部分4.1至4.5之间(这里未示出，对此参见图5)。这些电极能够以电阻或电容或电感方式(未详细示出)测量，这允许监控转换元件4。如果出现折断或其他损伤，电极通常也受损伤，这能够以测量技术来检测。然后，泵浦辐射源2可以被切断或调暗，这降低了光生物学风险。
图4a示出具有变化的转换率和散射率的转换元件4的另一设计可能性。类似于根据图2的变型方案，转换中心和散射中心的密度在这里是恒定的。该变型方案又以几何方式实现。转换元件4在包含射束簇25的中心射束25.1的剖切平面中看是梯形的。总体上，转换元件在此围绕中心射束25.1是旋转对称的，因此其具有截锥体形状。入射面4a大于放射面4b。
泵浦辐射3充满整个入射面4a；尽管泵浦辐射的第二部分3b对应地在入射面4a上入射，但它并不在放射面4b上出射。代替于此，第二部分3b在倾斜的侧面4c上出射，也就是说，对于第二部分3b而言，有效透射的厚度朝向外减小。与此对应地，泵浦辐射在那里较少“遇见”转换中心和散射中心，即按比例较少地被转换和散射。
这又得到色彩位置坐标cx/cy的恒定比值，参见图4b中的虚线。
图5示出另一转换元件4，其中转换率和散射率变化类似于图4a经由截锥体形状实现。然而，所述转换元件4也由两个转换元件部分4.1、4.2构建，即锥体和截锥体壳体构建。所述转换元件部分也可以在其转换或散射特性方面不同，但另一方面这并非是强制性的。
由ITO构成的电极50设置在转换元件部分4.1、4.2之间。所述电极能够以电阻方式(未详细示出)测量，这允许监测转换元件4。如果出现断裂或其他损伤，则通常电极50也受损伤，这能够以测量技术进行检测。然后，泵浦辐射源2可以被切断或调暗，这降低了光生物学风险。
图6示出具有变化的转换和散射特性的另一转换元件。类似于根据图2a的变型方案，转换中心20和散射中心21嵌入基质材料中，但与图2a不同，不具有恒定的密度。代替于此，根据图6的转换元件4被围成为，使得在基质材料中心比在边缘侧向外设置更多转换中心20和散射中心21。因此，泵浦辐射3的第一部分3a与第二部分相比更强地被转换和散射。
附图标记列表：
照射设备     1
泵浦辐射源   2
泵浦辐射     3
第一部分     3a
第二部分     3b
转换元件     4
入射面       4a
放射面       4b
侧壁         4c
转换元件部分 4.1-4.5
转换辐射     5
光学装置     6
载体         7
转换中心     20
散射中心     21
射束簇       25
中部区段     25a
边缘区段     25b
中心射束     25.1
掩模         30
电极         50

Claims (14)

1.一种照射单元(1)，具有：
泵浦辐射源(2)，用于发射泵浦辐射(3)，和
转换元件(4)，用于将所述泵浦辐射(3)至少部分地转换成转换辐射(5)，
其中，在所述照射单元(1)的运行中，所述泵浦辐射(3)以射束簇(25)的形式从所述泵浦辐射源(2)入射到所述转换元件(4)的入射面(4a)上，
其中所述泵浦辐射(3)在所述射束簇(25)的中部区段(25a)中的第一部分(3a)入射到所述转换元件(4)上，并且所述泵浦辐射(3)在所述射束簇(25)的包围中部区段(25a)的边缘区段(25b)中的第二部分入射到所述转换元件(4)上，
其中所述转换元件(4)设置为，使得针对所述泵浦辐射(3)的第二部分相较于针对所述泵浦辐射(3)的第一部分(3a)，归一化的转换率和/或归一化的散射率更低，
其中，所述转换元件(4)在所述射束簇(25)的中部区段(25a)所穿透的中心区域中相较于在所述射束簇(25)的边缘区段(25b)穿透的边缘区域中设有更高密度的转换中心和/或散射中心(21)，
其中，所述转换中心和/或散射中心(21)的密度从所述中心区域向外在整个所述边缘区域上、即垂直地远离所述射束簇的中心射束(25.1)的方向阶梯状地减小并且在此在相应的区域之内是恒定的，并且
其中，所述转换元件(4)设置有电极(50)，所述电极嵌入所述转换元件(4)中，其中所述电极(50)设置在所述转换元件的中部区域和所述转换元件的边缘区域之间。
2.根据权利要求1所述的照射单元(1)，
其中，所述转换元件(4)对所述泵浦辐射(3)在所述射束簇(25)中的第二部分的归一化的转换率和/或归一化的散射率向外、即垂直地远离于所述射束簇(25)的中心射束(25.1)的方向以连续的变化曲线减小。
3.根据权利要求1或2所述的照射单元(1)，
其中在所述转换元件(4)的放射面(4b)上作为照明光发出由所述转换辐射(5)和按比例未经转换的泵浦辐射(3)构成的混合，其中所述照明光以在整个放射面(4b)上恒定的色彩位置发出。
4.根据权利要求1或2所述的照射单元(1)，
其中，所述转换元件(4)以透射方式运行，也就是说，所述入射面(4a)和放射面(4b)彼此相对置，其中这两个面(4a，b)具有不同大小，并且这两个面(4a，b)中较小的面仅被所述射束簇(25)的中部区段(25a)穿透。
5.根据权利要求4所述的照射单元(1)，
其中这两个面(4a，b)中较小的面的面积与这两个面(4a，b)中较大的面的面积的比值在1:5和9:10之间。
6.根据权利要求4所述的照射单元(1)，
其中，所述转换元件(4)，在分别包含所述射束簇(25)的中心射束(25.1)的剖切平面中看，是梯形的。
7.根据权利要求6所述的照射单元(1)，
其中，所述转换元件(4)，在分别包含所述射束簇(25)的中心射束(25.1)的剖切平面中看，具有等腰梯形的形状。
8.根据权利要求1或2所述的照射单元(1)，
其中，所述泵浦辐射(3)充满所述转换元件(4)的整个入射面(4a)。
9.根据权利要求1或2所述的照射单元(1)，
其中，所述转换元件(4)在所述射束簇(25)的中部区段(25a)所穿透的中心区域中与在所述射束簇(25)的如下边缘区域中相比更厚，所述射束簇(25)的边缘区段(25b)穿透所述边缘区域。
10.根据权利要求9所述的照射单元(1)，
其中，所述转换元件(4)以透射方式运行，即所述入射面(4a)和放射面(4b)彼此相对置，其中所述两个面(4a，b)中的一个面是平面的，而所述两个面中的另一个面是凸面拱曲的。
11.根据权利要求1或2所述的照射单元(1)，
其中，所述转换元件(4)设置在部分辐射透射的、并且在此同时散射辐射的载体(7)中，所述载体关于垂直于射束簇(25)的中心射束(25.1)的方向向外包围所述转换元件(4)。
12.根据权利要求11所述的照射单元(1)，
其中，在所述载体(7)的平行于所述转换元件(4)的入射面(4a)和/或放射面(4b)延伸的侧面上设置辐射不可透过的掩模(30)，所述掩模遮蔽所述射束簇(25)。
13.一种将根据权利要求1至12中任一项所述的照射单元(1)用于照明的应用，借助由转换辐射(5)和按比例未经转换的泵浦辐射(3)构成的混合来照明。
14.根据权利要求13所述的应用，其中所述照射单元(1)用于借助白光来照明。
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