DE102012200486A1

DE102012200486A1 - Leuchtstoffvorrichtung zur Umwandlung von Pumplicht

Info

Publication number: DE102012200486A1
Application number: DE102012200486A
Authority: DE
Inventors: Andre Nauen
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-18
Also published as: CN104145156B; CN104145156A; US20140355244A1; WO2013104627A1; EP2802808A1; US9488341B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtstoffvorrichtung (1) zur Umwandlung von Pumplicht zu konvertiertem Licht mit Leuchtstoffpartikeln (5), die mittels eines Druckfluids in einem Beleuchtungsbereich (9) bewegbar sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die Leuchtstoffpartikel (5) also in ihrer Relativposition zueinander nicht festgelegt und werden mittels des Druckfluids durch das Pumplicht bewegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtstoffvorrichtung zur Umwandlung von Pumplicht zu konvertiertem Licht.
Stand der Technik
Lichtquellen hoher Leuchtdichte finden in den verschiedensten Bereichen Anwendung, in der Endoskopie ebenso wie bei Projektionsgeräten. Die jüngsten Entwicklungen betreffen dabei die Kombination einer Pumplichtquelle hoher Leistungsdichte, etwa eines Lasers, mit einem Pumplicht konvertierenden Leuchtstoffelement, das zu der Pumplichtquelle beabstandet angeordnet wird. Durch das Leuchtstoffelement, konkret schichtförmig auf einem Träger vorgesehenen Leuchtstoff, erfolgt dann eine Konversion von beispielsweise ultraviolettem oder blauem Pumplicht zu konvertiertem Licht längerer Wellenlänge.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafte Leuchtstoffvorrichtung zur Konversion von Pumplicht anzugeben.
Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Leuchtstoffvorrichtung mit einem Behältnis, in welchem Leuchtstoffpartikel mittels eines Druckfluides bewegbar sind, und einem Beleuchtungsbereich, der für eine Beleuchtung der druckfluidisch bewegten Leuchtstoffpartikel mit Pumplicht ausgelegt ist, infolge welcher konvertiertes Licht abgegeben wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die Leuchtstoffpartikel, die etwa eine Größe von einigen 10 nm bis zu Millimetern haben können (typisch sind Werte zwischen 1–30 μm), in ihrer Relativposition zueinander nicht festgelegt, sondern können in einem von dem Behältnis begrenzten Volumen mittels des Druckfluids als solche bewegt werden. Das die einzelnen Leuchtstoffpartikel dabei umgebende Druckfluid, etwa eine Flüssigkeit oder in bevorzugter Ausgestaltung ein Gas (inkl. Gasgemisch), dient dabei vorteilhafterweise nicht nur der Bewegung der Leuchtstoffpartikel, sondern auch deren Kühlung. Bei der Lichtkonversion kann somit einem übermäßigen Aufheizen des Leuchtstoffs und einer damit einhergehenden Effizienzabnahme vorgebeugt werden.
In diesem Zusammenhang kann auch die Bewegung der Leuchtstoffpartikel in vorteilhafter Weise zum Tragen kommen, etwa wenn jedes Leuchtstoffpartikel für sich nur für eine kurze Zeitdauer in einem mit Pumplicht beleuchteten Bereich (im Folgenden der Einfachheit halber unabhängig von der Form als ”Pumplichtkegel” bezeichnet) verbleibt und dann wieder aus dem Pumplichtkegel herausbewegt wird. Es kann also etwa gegenüber einem statischen Leuchtstoffelement auch die mittlere Beleuchtungsdauer der einzelnen Leuchtstoffpartikel reduziert werden, was einem übermäßigen Aufheizen vorbeugend den Energieeintrag in ein Leuchtstoffpartikel begrenzt.
Auch in Abhängigkeit von dem gewählten Druckfluid, also insbesondere dessen Transmissionseigenschaften, kann das Pumplicht beispielsweise blau oder ultraviolett sein, und etwa von einem Laser oder einer LED emittiert werden. „Licht” meint im Rahmen dieser Offenbarung ganz allgemein elektromagnetische Strahlung, ist also nicht zwingend auf den sichtbaren Wellenlängenbereich eingeschränkt; entsprechend allgemein ist auch der Begriff „Beleuchtung”. Bei dem Pumplicht kann es sich beispielsweise auch um ultraviolettes Licht oder sogar Korpuskularstrahlung handeln, etwa einen Elektronen- oder Ionenstrahl, bevorzugt ist jedoch Laser- oder LED-Licht. Das Pumplicht ist auch nicht zwingend auf einen bestimmten Spektralbereich begrenzt; es kann beispielsweise im roten, grünen, blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich gepumpt werden, etwa durch eine entsprechende Pumplichtquelle oder auch eine Kombination mehrerer Pumplichtquellen.
Sofern vorliegend Angaben zur Emission und Ausbreitung von Licht getroffen werden oder die Bewegung von Leuchtstoffpartikeln beschrieben wird, impliziert dies nicht, dass die Ausbreitung bzw. Bewegung auch tatsächlich erfolgen muss; vielmehr wird eine Anordnung beschreiben, die für eine entsprechende Lichtausbreitung bzw. Bewegung der Leuchtstoffpartikel ausgelegt ist.
Die Leuchtstoffpartikel können beispielsweise in einer Flüssigkeit dispergiert werden, die dann in dem Behältnis fortwährend durchmischt wird, etwa durch Rühren. Als Flüssigkeit kann beispielsweise eine Immersionsflüssigkeit vorgesehen sein, etwa „Immersol 518F” der Firma Zeiss. Die Leuchtstoffpartikel können jedoch beispielsweise auch durch Gaseinwirkung aufgewirbelt und so durch das Pumplicht bewegt werden, etwa durch Gasdruckstöße. Jedenfalls ist der Beleuchtungsbereich im Betrieb zumindest teilweise mit Druckfluid und Leuchtstoffpartikeln gefüllt; es wird dann Pumplicht in den Beleuchtungsbereich ein- und konvertiertes Licht ausgekoppelt.
Der Beleuchtungsbereich, also ein für die Beleuchtung der Leuchtstoffpartikel vorgesehenes Volumen, wird vorzugsweise von einer Wandung begrenzt, die für Pumplicht und konvertiertes Licht transmissiv ist. Sofern als Druckfluid ein Gas vorgesehen ist, kann es sich dabei etwa um ein Inertgas handeln, also beispielsweise Stickstoff und/oder ein Edelgas beziehungsweise Edelgasgemisch wie Xenon und/oder Argon.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei wie in der gesamten Offenbarung nicht im Einzelnen zwischen der Erläuterung der Leuchtstoffvorrichtung sowie entsprechender Beleuchtungsvorrichtungen bzw. deren Betrieb oder Verwendungen unterschieden wird; die Offenbarung ist implizit im Hinblick auf sämtliche Kategorien zu verstehen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Behältnis zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet und begrenzt einen Kanal, in dem die Leuchtstoffpartikel mittels des Druckfluids, also etwa eines Gases oder einer Flüssigkeit, als Leuchtstoffpartikelstrahl bewegbar sind (im Folgenden auch als ”Partikelstrahl” bezeichnet; in anderen Komposita wird ”Leuchtstoffpartikel” analog abgekürzt). Die Leuchtstoffpartikel werden also vorzugsweise als Partikelstrahl durch den Beleuchtungsbereich bewegt.
Durch das rohrförmige Behältnis, dessen Ausdehnung in Erstreckungsrichtung sich auf ein Vielfaches jener senkrecht dazu bemisst, wird den druckfluidisch bewegten Leuchtstoffpartikeln einerseits eine Bewegungsbahn vorgegeben; diese können also etwa im Gegensatz oder zusätzlich zu dem eingangs erwähnten ”Aufwirbeln” gezielt durch den Pumplichtkegel bewegt werden. Andererseits wird durch die senkrecht zur Erstreckungsrichtung begrenzte Ausdehnung des Kanals auch die Strömungsgeschwindigkeit des Druckfluids erhöht, sodass auch die Leuchtstoffpartikel entsprechend schneller durch den Pumplichtkegel bewegt werden können, was das Aufheizen weiter reduziert.
”Partikelstrahl” meint innerhalb eines gewissen, entlang der Erstreckungsrichtung des Kanals auch variablen Strömungsquerschnitts mittels des Druckfluids bewegte Leuchtstoffpartikel. Dabei ist der Strömungsquerschnitt die von dem Partikelstrahl (und damit von Druckfluid und Leuchtstoffpartikeln) senkrecht zur Erstreckungsrichtung jeweils tatsächlich ausgefüllte Fläche, die auch kleiner als die Querschnittsfläche des Kanals sein kann.
Vorzugsweise ist der Strömungsquerschnitt des Partikelstrahls in dem Beleuchtungsbereich gegenüber jenem in einem vorgelagerten Kanalbereich verengt, sodass die Leuchtstoffpartikel in dem Beleuchtungsbereich mit gegenüber dem vorgelagerten Kanalbereich erhöhter Geschwindigkeit bewegt werden und auch die Partikeldichte erhöht sein kann. Zur Verringerung des Strömungsquerschnitts kann der Kanal beispielsweise im Beleuchtungsbereich durch einen entsprechenden (für Pumplicht und konvertiertes Licht transmissiven) Rohrabschnitt geringeren Innendurchmessers verengt sein. In dem Beleuchtungsbereich wäre das Rohr also beispielsweise einem Flaschenhals ähnlich verengt und könnte dem Beleuchtungsbereich nachgelagert wieder erweitert sein, etwa spiegelbildlich zu der Verengung.
Vorzugsweise schließt an den vorgelagerten Kanalbereich jedoch eine Düse an, die mit einer Austrittsöffnung in den Beleuchtungsbereich mündet. Die Düse verjüngt den Strömungsquerschnitt der Austrittsöffnung vorgelagert; die Austrittsöffnung mündet in den Beleuchtungsbereich, der in bevorzugter Ausgestaltung von einer Wandung begrenzt wird, etwa nach Art eines Kolbens. Vorzugsweise ist die Wandung zumindest jeweils in einem Bereich für Pumplicht bzw. konvertiertes Licht transmissiv. Jedenfalls ist trotz eines der Austrittsöffnung nachgelagert erweiterten Kanalquerschnitts der Strömungsquerschnitt des Partikelstrahls verjüngt (der Partikelstrahl füllt den der Düse nachgelagert zur Verfügung stehenden Kanalabschnitt nicht vollständig aus).
Der Partikelstrahl tritt mit einer gegenüber dem der Düse vorgelagerten Kanalbereich erhöhten Geschwindigkeit aus der Düse aus, was für die (der Düse nachgelagerte) Pumplichtbeleuchtung eine wiederum verringerte Beleuchtungsdauer bedeutet. Der Düse unmittelbar nachgelagert ist ferner auch die Konzentration an Leuchtstoffpartikeln erhöht und dementsprechend die Lichtausbeute verbessert. Die Düse kann beispielsweise als Einstoff-Druckdüse, Turbulenzdüse oder Lamellen bildende Düse ausgestaltet sein.
Generell kann eine Mindestströmungsgeschwindigkeit des Druckfluids beispielsweise in Abhängigkeit von der Größe der Leuchtstoffpartikel gewählt, also etwa an deren Sedimentationsgeschwindigkeit angepasst werden. Für Partikel mit einem Durchmesser von beispielsweise 100 μm liegt die Sedimentationsgeschwindigkeit in Luft bei 1000 hPa etwa bei 0,1 m/s; bei einer Partikelgröße von 1 μm liegt die Sedimentationsgeschwindigkeit bei ca. 10^–5 m/s. Um einen hinreichenden Partikeltransport zu gewährleisten, sollte die Strömungsgeschwindigkeit vorzugsweise mindestens dem Zehnfachen der Sedimentationsgeschwindigkeit entsprechen, etwa im Falle von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von 100 μm also mindestens 1 m/s betragen.
Dies sind Mindestströmungsgeschwindigkeiten; maximale Strömungsgeschwindigkeiten können beispielsweise durch die technischen Rahmenbedingungen bei der Gasstromerzeugung vorgegeben sein. Randbedingungen können jedoch beispielsweise auch durch eine im Falle zu hoher Strömungsgeschwindigkeiten auftretende Abrasion einzelner Komponenten, also etwa ein „Sandstrahlen” der Beleuchtungsbereichswandung, oder etwa auch durch eine gewünschte Beschränkung der Geräuschemission vorgegeben sein. Bevorzugt ist also eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 1 m/s; besonders bevorzugter Weise und von der Untergrenze unabhängig wird eine Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/s nicht überschritten.
Ist als Druckfluid eine Flüssigkeit vorgesehen, sind die Sedimentationsgeschwindigkeiten in einer entsprechend viskosen Flüssigkeit gegenüber einem Gas um etwa drei Größenordnungen herabgesetzt, und zwar aufgrund der gegenüber dem Gas höheren Dichte der Flüssigkeit. Dementsprechend geringer kann auch eine Mindestströmungsgeschwindigkeit gewählt werden, also etwa schon bei 1 mm/s ausreichend sein. Nach oben sind wiederum die technischen Rahmenbedingungen limitierend, wobei eine bevorzugte maximale Strömungsgeschwindigkeit bei 10 cm/s liegt; bevorzugt ist ferner und von dieser Obergrenze unabhängig eine Mindestströmungsgeschwindigkeit von 1 mm/s.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Flachdüse vorgesehen, ist die Austrittsöffnung also beispielsweise nicht kreis- oder ringförmig, sondern quer (vorzugsweise senkrecht) zur Erstreckungsrichtung länglich ausgebildet. Dem Druckfluid und damit dem Partikelstrahl wird somit eine flächige Form vorgegeben, etwa im Gegensatz zu einer kegelförmigen. Die Breite kann dabei an den Querschnitt eines Pumplichtstrahls angepasst sein, wobei eine in Pumplichteinstrahlrichtung genommene ”Dicke” des Partikelstrahls einem statischen Leuchtstoffelement entsprechend dünn gehalten werden kann. Es lässt sich somit eine näherungsweise flächige Lichtquelle realisieren.
Da die angeregten Phosphorzustände eine nur sehr kurze Lebensdauer haben, üblicherweise im Submikrosekundenbereich, fallen trotz hoher Strömungsgeschwindigkeiten Anregungs- und Emissionsbereich üblicherweise örtlich nicht merklich auseinander, jedenfalls nicht wesentlich. Neben dem bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit reduzierten Energieeintrag kann eine insbesondere im Falle auftretender Turbulenzen erhöhte Konvektion eine zusätzliche Kühlung bewirken. Zudem kann mit steigender Strömungsgeschwindigkeit auch eine zunehmende Homogenisierung des emittierten Lichts erreicht werden, sowohl durch räumliche als auch durch zeitliche Mittelung.
In bevorzugter Ausgestaltung ist eine erste Seite der den Beleuchtungsbereich begrenzenden Wandung für einen Austritt des konvertierten Lichts vorgesehen und ist eine zweite, der ersten Seite gegenüberliegende Seite dazu ausgelegt, das konvertierte Licht zumindest teilweise zu reflektieren. Durch die jedenfalls teilweise Reflexion des konvertierten Lichts wird diesem eine bevorzugte Abstrahlrichtung vorgegeben; ”jedenfalls teilweise reflektierend” meint zumindest in einem Wellenlängenbereich einen Teil der Intensität, vorzugsweise mindestens 50% davon, reflektierend. Das konvertierte Licht kann so beispielsweise gebündelt einer Anwendung, etwa einem Projektionsgerät, zur Verfügung gestellt werden.
Der für konvertiertes Licht reflektive Bereich der Beleuchtungsbereichswandung kann dabei gleichwohl Pumplicht transmittieren, etwa im Falle einer dichroitischen Beschichtung. Dies hat vorteilhafterweise zur Folge, dass die Pumplichtquelle bzw. eine zur Pumplichteinkopplung vorgesehene Optik auf einer Seite des Beleuchtungsbereichs angeordnet und das konvertierte Licht auf der entgegengesetzten Seite abgeführt werden kann; Pumplichtquelle beziehungsweise Optik schatten das konvertierte Licht also nicht ab.
Die zweite, das konvertierte Licht zumindest teilweise reflektierende Seite ist vorzugsweise als dem Partikelstrahl zugewandter Hohlspiegel ausgestaltet und hat besonders bevorzugt eine parabolische, elliptische oder asphärische Form, jedenfalls abschnittsweise. Generell bündelt die Hohlspiegelform vorteilhafterweise das konvertierte Licht.
Wird der mit dem Pumplichtkegel zusammenfallende Bereich des Partikelstrahls beispielsweise im Brennpunkt einer Parabel angeordnet, also im Brennpunkt einer entsprechend geformten und beschichteten Wandung, wird das konvertierte und dann gespiegelte Licht zu einem näherungsweise parallelen Strahlenbündel.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste, für den Austritt des konvertierten Lichts vorgesehene Seite des Beleuchtungsbereichs dazu ausgelegt, das Pumplicht zumindest teilweise zu reflektieren. Dies betrifft beispielsweise Anwendungen, bei denen keine Mischung von konvertiertem Licht und Pumplicht (welches üblicherweise nur zu einem Teil konvertiert wird), sondern allein konvertiertes Licht zur Verfügung gestellt werden soll. Dies kann etwa vorteilhaft sein, weil im Falle einer gegebenenfalls schwankenden Pumplichtkonversion nur die Intensität, nicht aber die spektralen Eigenschaften des Lichts verändert werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist in dem Behältnis eine Pumplichtkoppelvorrichtung vorgesehen und dazu ausgelegt, das Pumplicht in den Beleuchtungsbereich zu leiten. Im einfachsten Fall kann also beispielsweise in der Kanalanordnung (oder auch in einem eingangs beschriebenen, nicht-rohrförmig ausgebildeten Behältnis) ein Pumplicht in den Partikelstrahl reflektierender Spiegel vorgesehen sein. Diese Systemintegration ist schon aufgrund der verringerten Zahl an Einzelteilen vorteilhaft.
Werden Düse und Pumplichtkoppelvorrichtung beispielsweise zusammen mit einer den Beleuchtungsbereich begrenzenden Wandung als integriertes Bauteil vorgesehen, kann dieses als Ganzes ersetzt werden, wenn etwa aufgrund eines ”Sandstrahleffekts” des Partikelstrahls die Wandung nur über eine bestimmte Betriebsdauer hinreichend transmissiv ist. Da in einem solchen Austauschbauteil die Pumplichtkoppelvorrichtung dann schon auf die jeweilige Düse eingestellt sein kann, ist der Justageaufwand bei der Wartung reduziert.
In weiterer Ausgestaltung der Pumplichtkoppelvorrichtung ist in einem rohrförmigen Behältnis, also in dem davon begrenzten Kanal, ein Lichtleiter vorgesehen, etwa ein Integrator oder eine Glasfaser. Die Lichtleitung erfolgt in dem nicht-abbildenden Lichtleiter durch Reflexion an in Erstreckungsrichtung orientierten Grenzflächen, etwa als Totalreflexion an der Außenfläche einer Glasfaser.
Ein entsprechend in dem Kanal, vorzugsweise dem Beleuchtungsbereich vorgelagert, vorgesehener Lichtleiter kann beispielsweise auch Abschattungseffekte reduzieren helfen, weil so eine ohnehin zur Bewegung der Leuchtstoffpartikel notwendige Kanalstruktur auch für die Pumplichtzufuhr nutzbar wird.
Die Leuchtstoffvorrichtung umfasst in bevorzugter Ausgestaltung eine Pumpe, die mit der Kanalanordnung druckfluidisch verbindbar ist, vorzugsweise damit verbunden ist. Es kann also beispielsweise eine Strahlpumpe vorgesehen sein, die den Leuchtstoff als Saugmedium beschleunigt; das Treibmedium kann etwa in Abhängigkeit von den erforderlichen Transmissionseigenschafften ein bestimmtes Gas oder eine Gasmischung sein, im einfachsten Fall etwa Luft. Da im Betrieb einer Strahlpumpe keine Teile bewegt werden müssen, kann deren Einsatz besonders wartungsfreundlich sein (gleichwohl wird das Treibmedium üblicherweise mittels mechanisch bewegter Komponenten bewegt, etwa im Falle eines Ventilators oder Kompressors).
Die Erfindung betrifft auch eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer vorstehend beschriebenen Leuchtstoffvorrichtung und einer Pumplichtquelle. Besonders bevorzugt ist ein Laser und/oder eine LED (bzw. eine Vielzahl Laser und/oder LEDs) vorgesehen.
Da das von einem Laser emittierte Licht im Vergleich zu dem von einer LED emittierten Licht üblicherweise schon weitgehend gebündelt ist, sich also als Strahl mit geringem Strahlquerschnitt ausbreitet, kann der mit Pumplicht angeregte Bereich des Partikelstrahls auch entsprechend klein gehalten werden. Dementsprechend klein ist dann auch der Emissionsbereich, weswegen sich (aufgrund der Etendue-Erhaltung) die Anregung mittels Laser insbesondere anbieten kann, wenn eine hohe Leuchtdichte gefordert ist, wie etwa bei einer Lichtquelle eines Endoskops oder Projektionsgeräts.
Das von einer LED emittierte Licht ist demgegenüber üblicherweise nicht schon gebündelt, weswegen auch der damit beleuchtete Bereich des Partikelstrahls entsprechend größer ist. Insgesamt kann (über den Emissionsbereich summiert) so konvertiertes Licht hoher Intensität, also mit einem hohen Lichtstrom, erhalten werden, was etwa bei Raum- und Objektbeleuchtung im Architekturbereich vorteilhaft sein kann.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer entsprechenden Beleuchtungs- bzw. Leuchtstoffvorrichtung für die vorgenannten Zwecke, und zwar auch unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Pumplichtquelle. Ferner richtet sich die Erfindung auf den Betrieb einer solchen Beleuchtungsvorrichtung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können.
Im Einzelnen zeigt:
1 eine Leuchtstoffvorrichtung mit Düse und Strahlpumpe;
1a eine vergrößerte Darstellung der Leuchtstoffvorrichtung gemäß 1;
1b eine Flachdüse für eine Leuchtstoffvorrichtung gemäß 1;
2 eine Kanalanordnung mit integrierter Glasfaser zur Pumplichteinkopplung;
3 eine Leuchtstoffvorrichtung mit dichroitisch beschichteter Beleuchtungsbereichswandung;
3a eine Leuchtstoffvorrichtung mit zylinderförmigem Glaskolben;
3b eine Leuchtstoffvorrichtung gemäß 3a mit Pumplichtquellen und Reflektor.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchtstoffvorrichtung 1 mit einem Kanal 2a, b, der von einem rohrförmigen Gefäß 3 begrenzt wird. Mittels einer (symbolisch dargestellten) Strahlpumpe 4 sind in dem Kanal 2a, b Leuchtstoffpartikel 5 druckfluidisch bewegbar, und zwar mit Luft als Treibmedium. Der Übersichtlichkeit wegen sind die Leuchtstoffpartikel 5 nur in einem Kanalabschnitt dargestellt; im Betrieb füllen sie jedoch bezogen auf die Erstreckungsrichtung 6 (des Kanals 2) den gesamten Kanal 2 aus.
Ein senkrecht zur Erstreckungsrichtung 6 genommener Strömungsquerschnitt des Partikelstrahls wird durch eine sich verjüngende Düse 7 mit einer Austrittsöffnung 8 verringert. Aus der Austrittsöffnung 8 treten somit im Betrieb Leuchtstoffpartikel mit einer gegenüber dem vorgelagerten Kanalbereich 2a erhöhten Strömungsgeschwindigkeit aus.
Bei dem Leuchtstoff kann es sich etwa um YAG:Ce (gelber Leuchtstoff) und/oder BaSrSiN:Eu (roter Leuchtstoff) handeln. Mögliche Leuchtstoffe, die jeweils einzeln aber auch in beliebiger Kombination Verwendung finden können, sind: (Ca,Sr)₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺ (grün),
(Sr,Ba)₂SiO₄:Eu²⁺ (grün),
(Sr,Ba)Si₂N₂O₂:Eu²⁺ (grün),
(Y,Gd,Tb,Lu)₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce³⁺ (gelb),
(Ca,Sr,Ba)₂SiO₄:Eu²⁺ (gelb),
(Sr,Ba,Ca)₂Si₅N₈:Eu²⁺ (rot),
(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺(rot),
(Sr,Ca)S:Eu²⁺ (rot).
Als Blaulichtanteil kann beispielsweise auch das Pumplicht selbst genutzt werden; es kann jedoch auch eine Konversion erfolgen, etwa durch Eu-dotiertes Barium-Magnesium-Aluminat (BAM). Wie in der vergrößerten Darstellung der Düse 7 in 1a veranschaulicht, wird der Partikelstrahl der Austrittsöffnung 8 unmittelbar nachgelagert mit einem Laserstrahl 13 beleuchtet, den ein Laser 14 emittiert. Im Bereich der Austrittsöffnung 8 ist auch die mittlere Geschwindigkeit der Leuchtstoffpartikel 5 aufgrund der den Strömungsquerschnitt verjüngenden Düse 7 am höchsten, was die Beleuchtungsdauer eines Leuchtstoffpartikels 5 und damit dessen Aufheizung entsprechend verringern hilft.
Die Leuchtstoffpartikel 5 werden dann an einer der Düse 7 gegenüberliegenden Öffnung 11 wieder eingesaugt, in einem dem Beleuchtungsbereich 9 nachgelagerten Kanalbereich 2b zu der Strahlpumpe 4 geführt und mittels dieser erneut über die Düse 7 dem Beleuchtungsbereich 9 zugeführt; vor jedem erneuten Eintritt in den Pumplichtkegel 10 kühlen die Leuchtstoffpartikel 5 dabei ab. Die Kühlung kann noch verstärkt werden, wenn der Partikelstrahl durch einen hier nicht gezeigten Wärmetauscher geführt wird.
Der Beleuchtungsbereich 9 ist nach außen durch eine für Pumplicht und konvertiertes Licht transmissive Wandung 12 begrenzt, vorliegend durch einen Glaskolben.
Alternativ zu der rotationssymmetrischen, einen kegelförmigen Partikelstrahl formenden Düse 8 gemäß den 1, 1a kann auch eine Flachdüse 15 vorgesehen werden, die einen entsprechend flachen Partikelstrahl formt, vergleiche 1b.
Das Pumplicht kann beispielsweise durch den Glaskolben 12 auf den Partikelstrahl fallen (1, 1a; in 1a ist der Glaskolben der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet, diese entspricht insofern jedoch 1). Alternativ dazu illustriert 2 eine integrierte Glasfaser 21 als Pumplichtkoppelvorrichtung, die dem Beleuchtungsbereich 9 vorgelagert in den Kanalbereich 2a eingebracht ist und gemeinsam mit der Austrittsöffnung 8 der Düse in den Beleuchtungsbereich 9 mündet.
Über eine Linse 22 in die Glasfaser 21 eingekoppeltes Pumplicht kann so in den Beleuchtungsbereich 9 geleitet werden, ohne dass konvertiertes Licht über das für die Bereitstellung des Kanals 2a, b ohnehin notwendige rohrförmige Behältnis 3 hinaus abgeschattet wird. (Der Übersichtlichkeit halber sind in 2 keine Leuchtstoffpartikel abgebildet; diese würden 1a entsprechend als Partikelstrahl aus der Düse 7 austreten.)
3 illustriert, ebenfalls hinsichtlich einer Optimierung der Lichtausbeute, einen Glaskolben 12 mit dichroitischer Beschichtung. An einer ersten Seite 31 des Glaskolbens 12, die zur Auskopplung des konvertierten Lichts (ausgefüllte Pfeile) vorgesehen und dementsprechend der Anwendung zugewandt ist, ist eine dichroitische Schicht 32 aufgebracht, die für konvertiertes Licht transmissiv, für Pumplicht (nicht ausgefüllte Pfeile) jedoch reflektiv ist. Der Anwendung wird so allein konvertiertes Licht ohne einen Pumplichtanteil zur Verfügung gestellt; Letzteres wird, was die Pumplichtausbeute erhöht, zurück in den Beleuchtungsbereich 9 reflektiert.
An einer entgegengesetzten Seite 33, die für die Pumplichteinkopplung vorgesehen ist, ist der Glaskolben 12 mit einer dichroitischen Schicht 34 versehen, welche Pumplicht transmittiert und konvertiertes Licht reflektiert. Das Pumplicht kann also in den Glaskolben 12 eintreten, jedoch wird konvertiertes Licht an der Schicht 34 reflektiert. Der Glaskolben 12 nähert sich auf der Seite 33 einer parabolischen Form an, in deren Brennpunkt der Anregungs- und dementsprechend auch der Emissionsbereich angeordnet sind, sodass die Schicht 34 das konvertierte Licht wie ein Hohlspiegel zur entgegengesetzten Seite 31 reflektiert.
3a zeigt einen zu jenem gemäß 3 alternativen Glaskolben 12, der eine zylindrische Form hat, in einer senkrecht zur Zeichenfläche liegenden Schnittebene also kreisförmig ausgebildet ist. In den Glaskolben 12 mündet der vorgelagerte Kanalbereich 2a in zuvor beschriebener Weise mit einer Austrittsöffnung 8. Dieser gegenüberliegend ist wiederum eine Öffnung 11 angeordnet, über welche die Partikel eingesaugt und so dem nachgelagerten Kanalbereich 2b zugeführt werden.
3b zeigt eine anhand von 3a erläuterte Anordnung, ergänzt um zwei zur Beleuchtung des aus der Austrittsöffnung 8 austretenden Partikelstrahls vorgesehene Pumplichtquellen 14, vorliegend Laser-Pumplichtquellen. Die Laserstrahlen sind auf den der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Partikelstrahl gerichtet, also auf einen Beleuchtungsbereich innerhalb des zylinderförmigen Glaskolbens 12 justiert.
Zur Bündelung des konvertierten Lichts ist in diesem Fall der Glaskolben 12 nicht verspiegelt, sondern als Ganzes innerhalb eines Reflektors 31 angeordnet. Der Reflektor 31 bündelt das konvertierte Licht und stellt es einer Anwendung zur Verfügung. Die Einkopplung der Laserstrahlen muss selbstverständlich nicht zwingend wie vorliegend gezeigt erfolgen; ein Laserstrahl kann beispielsweise auch über eine in dem Reflektor 31 vorgesehene Öffnung eingekoppelt werden. Die konkrete räumliche Anordnung kann auch in Abhängigkeit von den durch die Anwendung vorgegebenen Rahmenbedingungen gewählt werden.

Claims

Leuchtstoffvorrichtung (1) zur Umwandlung von Pumplicht zu konvertiertem Licht mit einem Behältnis (3), in welchem Leuchtstoffpartikel (5) mittels eines Druckfluids bewegbar sind, und einem Beleuchtungsbereich (9), der für eine Beleuchtung der druckfluidisch bewegten Leuchtstoffpartikel (5) mit Pumplicht ausgelegt ist, infolge welcher konvertiertes Licht abgegeben wird.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach Anspruch 1 mit einer den Beleuchtungsbereich (9) begrenzenden, für Pumplicht und konvertiertes Licht transmissiven Wandung (12).
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Behältnis (3) zumindest teilweise rohrförmig ausgestaltet ist und einen Kanal (2a, b) begrenzt, in dem die Leuchtstoffpartikel (5) mittels des Druckfluids als Partikelstrahl bewegbar sind.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei welcher ein Strömungsquerschnitt des Partikelstrahls in dem Beleuchtungsbereich (9) gegenüber jenem in einem vorgelagerten Kanalbereich (2a) verengt ist.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei welcher an den vorgelagerten Kanalbereich (2a) eine Düse (7) anschließt, die mit einer Austrittsöffnung (8) in den Beleuchtungsbereich (9) mündet.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei welcher die Düse (7) als Flachdüse (15) ausgebildet ist.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher eine erste Seite (31) des Beleuchtungsbereichs (9) für einen Austritt des konvertierten Lichts vorgesehen ist und eine zweite Seite (33) des Beleuchtungsbereichs (9), die der ersten Seite (31) gegenüberliegend angeordnet ist, dazu ausgelegt ist, das konvertierte Licht zumindest teilweise zu reflektieren.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach Anspruch 7, bei welcher die zweite, konvertiertes Licht zumindest teilweise reflektierende Seite (33) die Form eines Hohlspiegel aufweist, insbesondere eine von einer parabolischen, elliptischen und asphärischen Form hat.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher eine erste, für einen Austritt des konvertierten Lichts vorgesehene Seite (31) des Beleuchtungsbereichs (9) dazu ausgelegt ist, das Pumplicht zumindest teilweise zu reflektieren.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher eine in dem Behältnis (3) vorgesehene Pumplichtkoppelvorrichtung (21) dazu ausgelegt, das Pumplicht in den Beleuchtungsbereich (9) zu leiten.
Leuchtstoffvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 10, auch in Verbindung mit einem weiteren der vorstehenden Ansprüche, bei welcher als Pumplichtkoppelvorrichtung (21) innerhalb des Kanals (2a, b) ein Lichtleiter (21) vorgesehen ist, insbesondere eines von einem Integrator und einer Glasfaser.
Leuchtstoffvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Pumpe (4), insbesondere einer Strahlpumpe, die dazu ausgelegt ist, die Leuchtstoffpartikel (5) als Saugmedium zu beschleunigen.
Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einer Pumplichtquelle (14), insbesondere zumindest einem von einer LED und einem Laser.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei dem die Leuchtstoffpartikel (5) druckfluidisch in dem Behältnis (3) bewegt und mit von der Pumplichtquelle (14) emittiertem Pumplicht beleuchtet werden.
Verwendung einer Leuchtstoffvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einer Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13 als Lichtquelle für eines von Raumbeleuchtung, Objektbeleuchtung, Projektionsanwendungen und Endoskopie.