DE102012212436B4

DE102012212436B4 - Lichtmodul für eine Projektionsvorrichtung und Verfahren zur Generierung des Blauanteils in einem Lichtmodul für eine Projektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012212436B4
Application number: DE102012212436.5A
Authority: DE
Inventors: Oliver Mehl
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: CN103543590A; CN103543590B; US20140016297A1; DE102012212436A1; US9170423B2

Abstract

Lichtmodul (10) für eine Projektionsvorrichtung umfassend:- eine Laservorrichtung (12), die ausgelegt ist, linear polarisierte Strahlung im blauen Wellenlängenbereich abzugeben;- ein Leuchtrad (18), das im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung angeordnet ist;- einen ersten Strahlteiler (14), der im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung zwischen der Laservorrichtung (12) und dem Leuchtrad (18) angeordnet ist;sowie- eine Fokussiervorrichtung (16), die im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung zwischen dem ersten Strahlteiler (14) und dem Leuchtrad (18) angeordnet ist; wobei das Lichtmodul (10) weiterhin mindestens eine Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32) umfasst, die ausgelegt ist, die Polarisation einer sie zweimal in unterschiedlichen Richtungen durchlaufenden Strahlung um 90 zu drehen,wobei der erste Strahlteiler (14) derart angeordnet ist, dass er sich weiterhin im Strahlengang von Strahlung im blauen Wellenlängenbereich befindet, die die Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32) zweimal in unterschiedlichen Richtungen durchlaufen hat,wobei das Leuchtrad (18) mindestens einen Sektor (24) aufweist, der ausgebildet ist, Strahlung zumindest im blauen Wellenlängenbereich zu reflektieren;wobei das Lichtmodul (10) weiterhin umfasst:- einen zweiten Strahlteiler (40), der im Strahlengang zwischen der Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32) und der Fokussiervorrichtung (16) angeordnet ist, wobei der zweite Strahlteiler (40) ausgebildet ist, Strahlung unter einer vorgebbaren Wellenlänge durchzulassen, und Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge zu reflektieren;- einen Spiegel (42), der angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom ersten Strahlteiler (14) reflektiert wurde; und- einen dritten Strahlteiler (44), der einerseits angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom zweiten Strahlteiler (40) reflektiert wurde, sowie andererseits angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom Spiegel (42) reflektiert wurde, wobei der dritte Strahlteiler (44) ausgelegt ist, Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge durchzulassen und Strahlung unter der vorgebbaren Wellenlänge zu reflektieren.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul für eine Projektionsvorrichtung umfassend eine Laservorrichtung, die ausgelegt ist, linear polarisierte Strahlung im blauen Wellenlängenbereich abzugeben, ein Leuchtrad, das im Strahlengang der von der Laservorrichtung abgegebenen Strahlung angeordnet ist, einen ersten Strahlteiler, der im Strahlengang der von der Laservorrichtung abgegebenen Strahlung zwischen der Laservorrichtung und dem Leuchtrad angeordnet ist, sowie eine Fokussiervorrichtung, die im Strahlengang der von der Laservorrichtung abgegebenen Strahlung zwischen dem ersten Strahlteiler und dem Leuchtrad angeordnet ist. Sie betrifft überdies ein Verfahren zur Generierung des Blauanteils in einem entsprechenden Lichtmodul.
Stand der Technik
In Projektoren, die zur Lichterzeugung Leuchtstoffe verwenden, beispielsweise LARP (Laser Activated Remote Phosphor), werden üblicherweise Leuchtstoffräder eingesetzt. In LARP-Konzepten, die Linsensysteme zur Einsammlung des konvertierten und des Pumplichts verwenden, ist ein aufwändiger Strahlengang für das Recycling der blauen Strahlenanteile notwendig. Dies liegt daran, dass die Gesamtkosten eines derartigen Lichtmoduls überwiegend in der Bereitstellung des blauen Laserlichts begründet sind.
Deshalb ist man bestrebt, nur eine Lichtquelle sowohl zum Pumpen als auch zur Bereitstellung des blauen Kanals zu verwenden. Blaues Licht, das auf keinen Phosphor trifft, wird deshalb wieder dem ursprünglichen Strahl zugeführt. Durch die Verwendung nur einer Lichtquelle für den blauen Kanal lassen sich auch wesentlich kompaktere Lichtmodule herstellen.
1 zeigt in diesem Zusammenhang ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Adressierung dieses Problems, welches unter der Bezeichnung „Wrap-Around“ bekannt ist. Das Lichtmodul als Gesamtes ist dabei mit 10 bezeichnet. Es umfasst eine Laservorrichtung 12, die ausgelegt ist, linear polarisierte Strahlung im blauen Wellenlängenbereich abzugeben. Diese durchläuft einen ersten Strahlteiler 14, der ausgebildet ist, Strahlung in einem Wellenlängenbereich <465 nm durchzulassen (HT = hochtransmissiv) und Strahlung in einem Wellenlängenbereich >465 nm zu reflektieren (HR = hochreflektierend). Die von der Laservorrichtung 12 abgegebene Strahlung durchläuft daher den Spiegel 14 und trifft auf eine Fokussiervorrichtung 16, die zwischen dem Strahlteiler 14 und dem Leuchtrad 18 angeordnet ist.
Im Lichtmodul 10 ist das Leuchtrad 18 in Seitenansicht zu sehen, während es in 1 rechts unten in Draufsicht zu sehen ist. Das Leuchtrad 18 ist an einer Achse 20 drehbar gelagert und weist vorliegend einen Bereich 22a auf, der mit einem Phosphor beschichtet ist, der die auf ihn auftreffende Strahlung im blauen Wellenlängenbereich in den roten Wellenlängenbereich konvertiert. Ein Bereich 22b umfasst einen Phosphor, der ausgelegt ist, die auf ihn auftreffende Strahlung im blauen Wellenlängenbereich in den grünen Wellenlängenbereich zu konvertieren, während ein Bereich 22c mit einem Phosphor beschichtet ist, der ausgelegt ist, die auf ihn auftreffende Strahlung im blauen Wellenlängenbereich in den gelben Wellenlängenbereich zu konvertieren. Der Bereich 24 weist einen Schlitz auf, d.h. wenn dieser Bereich in dem Lichtmodul von 1 oben angeordnet ist, kann die Anregungsstrahlung das Leuchtrad 18 ungehindert passieren. Die von den Bereichen 22a, 22b, 22c abgegebene Strahlung durchläuft die Fokussiervorrichtung 16 und trifft auf den Spiegel 14 auf. Aufgrund der geänderten Wellenlänge wird diese Strahlung nunmehr am Spiegel 14 reflektiert.
Die den geschlitzten Bereich 24 des Leuchtrads 18 durchlaufende Strahlung trifft hingegen auf eine Kollimationsvorrichtung 26 und anschließend seriell auf vorliegend drei Umlenkspiegel 28a, 28b, 28c. Der letzte Umlenkspiegel 28c lenkt die Strahlung auf den Strahlteiler 14, den die Strahlung durchdringt, sodass die blauen Strahlungsanteile den von den Leuchtstoffen konvertierten Strahlungsanteilen überlagert und dann der Eingangsapertur 30 einer Projektionsengine 30 zugeführt werden.
Problematisch an dem in 1 dargestellten Lichtmodul 10 ist der dafür benötigte Raumbedarf. Insbesondere bei tragbaren Anwendungen ist es erwünscht, wenn das eingesetzte Lichtmodul möglichst wenig Bauraum beansprucht. Weiterhin nachteilig an dem in 1 dargestellten Lichtmodul ist der hohe Aufwand für die Montage der unterschiedlichen optischen Komponenten, der sich auch in unerwünscht hohen Herstellungskosten niederschlägt.
US 2012/0081674 A1 betrifft eine Lichtquellenvorrichtung, umfassend: eine Lichtquelle; einen Reflexionsdrehkörper; ein Element zur Änderung des optischen Weges; und eine Polarisationssteuerung. Die Polarisationssteuerung steuert die Polarisation einer ersten Farbkomponente des Lichts in eine andere Polarisation mittels einer Transmission der ersten Farbkomponente des von der Lichtquelle emittierten Lichts und mittels einer Transmission der ersten Farbkomponente des vom Reflexionsdrehkörper reflektierten Lichts. Das Element zur Änderung des optischen Weges lenkt das von dem Reflexionsdrehkörper reflektierte Licht der ersten Farbkomponente in eine Richtung, die sich von der Richtung des von der Lichtquelle emittierten Lichts der ersten Farbkomponente unterscheidet.
JP 2012-123179 A beschreibt eine Lichtquellenvorrichtung, umfassend: eine Laserlichtquelle zum Emittieren von Anregungslicht; ein Phosphorrad zum Reflektieren des Anregungslichts und Fluoreszenzlicht; einen dichroitischen Spiegel, der in einem optischen Pfad des Anregungslichts zwischen der Laserlichtquelle und dem Phosphorrad angeordnet ist; und eine Viertelwellenlängenplatte, die im anderen optischen Pfad des Anregungslichts zwischen dem Phosphorrad und dem dichroitischen Spiegel angeordnet ist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein gattungsgemäßes Lichtmodul derart weiter zu bilden, dass es bei vergleichbaren optischen Leistungen weniger Bauraum beansprucht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lichtmodul mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 7.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn eine Polarisationsmanipulationsvorrichtung vorgesehen wird, die ausgelegt ist, die Polarisation einer sie zweimal in unterschiedlichen Richtungen durchlaufenden Strahlung um 90° zu drehen, wobei der erste Strahlteiler derart angeordnet wird, dass er sich nicht nur im Strahlengang der von der Laservorrichtung abgegebenen Strahlung befindet, sondern auch in Strahlengang von Strahlung im blauen Wellenlängenbereich, die die Polarisationsmanipulationsvorrichtung zweimal in unterschiedlichen Richtungen durchlaufen hat. Auf diese Weise wird die Möglichkeit geschaffen, die von der Laservorrichtung abgegebene Strahlung im blauen Wellenlängenbereich von der zu recycelnden, nicht konvertierten Strahlung im blauen Wellenlängenbereich zu unterscheiden, insbesondere die jeweilige Strahlung in unterschiedliche Richtungen abzulenken, und zwar auf engstem Raum. Die unterschiedliche Polarisationsrichtung der eingehenden und der zu recycelnden, zurückreflektierten Strahlung ermöglicht eine polarisationsabhängige Unterscheidung und damit das Vorsehen unterschiedlicher Ausbreitungsrichtungen.
Auf diese Weise kann ein derartiges Lichtmodul mit äußerst geringen geometrischen Abmessungen realisiert werden, wodurch auch die entsprechende Projektionsengine mit besonders wenig Raumbedarf realisiert werden kann.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Strahlteiler derart angeordnet ist, dass der Einfallswinkel der von der Laservorrichtung abgegebenen Strahlung zwischen 30° und 60°, bevorzugt zwischen 45°, beträgt. Auf diese Weise lässt sich eine besonders kompakte Bauform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls realisieren.
Das Leuchtrad weist bevorzugt mindestens einen mit einem Phosphor beschichteten Sektor auf, wobei der mindestens eine Phosphor ausgelegt ist, bei Anregung durch Strahlung im blauen Wellenlängenbereich Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich zu emittieren. Mit Bezug auf 1 kommen hier insbesondere Phosphore in Betracht, die die Strahlung im blauen Wellenlängenbereich umwandeln in Strahlung im roten, gelben oder grünen Wellenlängenbereich.
Besonders bevorzugt ist der erste Strahlteiler ausgebildet, die Strahlung unter einer vorgebbaren Wellenlänge und von der Polarisation, wie sie von der Laservorrichtung abgegeben wird, durchzulassen, und Strahlung unter der vorgebbaren Wellenlänge und von einer Polarisation, wie sie nach zweimaligem Durchlaufen der Polarisationsmanipulationsvorrichtung in unterschiedlichen Richtungen vorliegt, zu reflektieren. Auf diese Weise kann allein der erste Strahlteiler dazu verwendet werden, Anregungsstrahlung von der Laservorrichtung in Richtung des Leuchtrads durchzulassen, Strahlung hingegen, die zu recyceln ist, d.h. nicht konvertiert wurde, in Richtung der Projektionsengine abzulenken.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das Leuchtrad mindestens einen Sektor aufweist, der ausgebildet ist, Strahlung zumindest im blauen Wellenlängenbereich zu reflektieren, wobei der erste Strahlteiler weiterhin ausgebildet ist, Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge und von einer Polarisation, wie sie nach zweimaligem Durchlaufen der Polarisationsmanipulationsvorrichtung in unterschiedlichen Richtungen vorliegt, zu reflektieren. Auf diese Weise wird nicht nur zu recycelnde Strahlung vom Strahlteiler abgelenkt, sondern auch die bereits vom jeweiligen Phosphor konvertierte Strahlung. Ein derartiges Lichtmodul erreicht mit einer minimalen Anzahl an optischen Komponenten die gewünschte optische Funktion.
Alternativ kann das Leuchtrad auch mindestens einen Sektor aufweisen, der ausgebildet ist, Strahlung zumindest im blauen Wellenlängenbereich durchzulassen, wobei der erste Strahlteiler weiterhin ausgebildet ist, Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge und von einer Polarisation, wie sie nach zweimaligem Durchlaufen der Polarisationsmanipulationsvorrichtung in unterschiedlichen Richtungen vorliegt, zu reflektieren, wobei das Lichtmodul weiterhin einen Spiegel aufweist, der ausgebildet und angeordnet ist, Strahlung, die den mindestens einen Sektor passiert hat, auf den mindestens einen Sektor zurück zu reflektieren. Auf diese Weise treten weniger hohe Leistungsdichten auf der Substratoberfläche des Leuchtrads auf, wodurch eine Verlängerung seiner Lebensdauer erreicht werden kann. Weiterhin wird eine individuelle Justage des blauen Strahlungsanteils ermöglicht. Dabei kann der Spiegel gekrümmt ausgebildet sein, wodurch sich eine zusätzliche Kollimationsvorrichtung einsparen lässt. Der Spiegel kann jedoch auch als Planspiegel ausgebildet sein, wobei das Lichtmodul dann eine Kollimationsvorrichtung umfasst, die im Strahlengang zwischen dem Leuchtrad und dem Planspiegel angeordnet ist.
Die Polarisationsmanipulationsvorrichtung kann im Strahlengang der von der Laservorrichtung abgegebenen Strahlung zwischen dem ersten Strahlteiler und der Fokussiervorrichtung angeordnet sein. Hierbei ergibt sich ein äußerst kompakter Aufbau des Lichtmoduls.
Alternativ kann die Polarisationsmanipulationsvorrichtung im Strahlengang der von der Laservorrichtung abgegebenen Strahlung zwischen dem Leuchtrad und dem Spiegel angeordnet sein. Dadurch muss nur die blaue Strahlung die Polarisationsmanipulationsvorrichtung passieren, nicht jedoch die konvertierten Strahlungsanteile. Damit sind die Verluste und die Anforderungen an die Entspiegelungsschichten auf der Polarisationsmanipulationsvorrichtung deutlich verringert.
Das Leuchtrad der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens einen Sektor, der ausgebildet ist, Strahlung zumindest im blauen Wellenlängenbereich zu reflektieren, wobei das Lichtmodul weiterhin umfasst einen zweiten Strahlteiler, der im Strahlengang zwischen der Polarisationsmanipulationsvorrichtung und der Fokussiervorrichtung angeordnet ist, wobei der zweite Strahlteiler ausgebildet ist, Strahlung unter der vorgebbaren Wellenlänge durchzulassen und Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge zu reflektieren. Das Lichtmodul umfasst weiterhin einen Spiegel, der angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom ersten Strahlteiler reflektiert wurde, sowie einen dritten Strahlteiler, der einerseits angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom zweiten Strahlteiler reflektiert wurde, sowie andererseits angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom Spiegel reflektiert wurde, wobei der dritte Strahlteiler ausgelegt ist, Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge durchzulassen und Strahlung unter der vorgebbaren Wellenlänge zu reflektieren. Auf diese Weise braucht der erste Strahlteiler nicht wellenlängensensitiv ausgebildet werden, vielmehr genügt es, ihn polarisationssensitiv auszubilden. Der zweite Strahlteiler hingegen braucht nicht polarisationssensitiv ausgebildet werden, sondern kann alleine wellenlängensensitiv ausgebildet werden. Dies erlaubt eine kostengünstigere Realisierung eines derartigen erfindungsgemäßen Lichtmoduls.
Die vorgebbare Wellenlänge beträgt mindestens 450 ± 15 nm, insbesondere 462 bis 465 nm.
Bei der Polarisationsmanipulationsvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine λ/4-Verzögerungsplatte oder einen Faraday-Rotator. Insbesondere eine λ/4-Verzögerungsplatte ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls.
Die von der Laservorrichtung abgegebene Strahlung ist bevorzugt parallel zur Einfallsebene des ersten Strahlteilers polarisiert und/oder senkrecht zur Einfallsebene des ersten Strahlteilers polarisiert. Die parallele Polarisation wird im Folgenden mit p-Polarisation bezeichnet, die senkrechte Polarisation mit s-Polarisation.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Lichtmodul vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Diese zeigen:

1 in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes Lichtmodul;
2 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls;
3 die Abhängigkeit des Transmissionsgrads von der Wellenlänge des bei dem Ausführungsbeispiel von 2 verwendeten Strahlteilers;
4 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls;
5 in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls;
6 in schematischer Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls, das eine Ausführungsform der Erfindung ist; und
7 in schematischer Darstellung ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die mit Bezug auf 1 eingeführten Bezugszeichen werden im Folgenden für gleiche und gleich wirkende Bauelemente weiter verwendet. Diese werden der Übersichtlichkeit halber nicht noch einmal eingeführt.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls 10. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, dass die von der Laservorrichtung 12 abgegebene Strahlung im blauen Wellenlängenbereich p-polarisiert ist. Sie kann jedoch genauso gut s-polarisiert sein bzw. eine Mischung aus s- und p-polarisierten Strahlungsteilen umfassen.
P-polarisierte Strahlung wird durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet, während s-polarisierte Strahlung durch einen von einem Kreis umrandeten Punkt gekennzeichnet ist, siehe die entsprechenden Darstellungen in 2.
Im Unterschied zu der Darstellung von 1 ist der Sektor 24 ausgebildet, Strahlung zumindest im blauen Wellenlängenbereich zu reflektieren. Im Strahlengang der von der Laservorrichtung 12 abgegebenen Strahlung ist zwischen dem ersten Strahlteiler 14 und der Fokussiervorrichtung 16 erfindungsgemäß eine Polarisationsmanipulationsvorrichtung 32 angeordnet, die vorliegend als λ/4-Verzögerungsplatte ausgebildet ist. Diese sorgt dafür, dass die Polarisation einer sie zweimal in unterschiedlichen Richtungen durchlaufenden Strahlung um 90° gedreht wird. Der Spiegel 14 ist ausgebildet, Strahlung unter 465 nm und einer Polarisation, wie sie von der Laservorrichtung 12 abgegeben wird, d.h. p-polarisiert, durchzulassen. Strahlung unter 465 nm und von einer Polarisation, wie sie nach zweimaligem Durchlaufen der λ/4-Verzögerungsplatte in unterschiedlichen Richtungen vorliegt, d.h. s-polarisiert, wird hingegen reflektiert. Weiterhin ist der Spiegel 14 ausgebildet, Strahlung über 465 nm zu reflektieren, d.h. Strahlung, wie sie nach der Konversion auf den Sektoren 22a, 22b, 22c des Leuchtrads 18 vorliegt.
Das in 2 dargestellte Lichtmodul kommt mit einer minimalen Anzahl optischer Komponenten aus. Die linear polarisierte Strahlung der als Strahlungsquelle verwendeten Laservorrichtung 12 wird nach Durchstrahlen der Verzögerungsplatte 32 zirkular polarisiert und dann von der metallischen Oberfläche des Leuchtstoffrads 18 innerhalb des unbeschichteten Segments 24 reflektiert. Durch die Reflexion ändert sich die Ausbreitungsrichtung und damit die Chiralität der Strahlung, d.h. aus rechts zirkular polarisierter Strahlung wird links zirkular polarisierte Strahlung und vice versa. Nach erneutem Durchstrahlen derselben Verzögerungsplatte 32 ist die blaue Strahlung dann wieder linear polarisiert, jedoch mit einer um 90° gedrehten Polarisationsrichtung, d.h. aus p-polarisierter Strahlung wird s-polarisierte Strahlung und umgekehrt. Senkrecht zur Papierebene polarisierte Strahlung wird dann an dem Strahlteiler 14, ebenso wie die durch Konversion generierten Strahlungsanteile, reflektiert und so in Richtung der Projektionsengine 30 geleitet.
3 zeigt den Transmissionsgrad in Prozent über der Wellenlänge in Nanometern eines geeigneten Strahlteilers 14. Dabei ist der Transmissionsgrad einer p-polarisierten Strahlung gestrichelt eingezeichnet, der einer s-polarisierten Strahlung durchgezogen. Man erkennt, dass p-polarisierte Strahlung zwischen ca. 440 bis 460 nm sehr gut durchgelassen wird. Erst ab ca. 670 nm, d.h. am langwelligen Ende des sichtbaren Bereichs, wird wieder p-polarisierte Strahlung durchgelassen, S-polarisierte Strahlung im Bereich zwischen 440 und 460 nm wird hingegen reflektiert. Erst über 690 nm werden Anteile s-polarisierter Strahlung durchgelassen. Diese sind jedoch ebenfalls am langwelligen Ende sichtbaren Bereichs und tragen nicht signifikant zum Lichtstrom beitragen. Diese Verluste sind daher hinnehmbar.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel treten hohe Leistungsdichten auf der Substratoberfläche des Leuchtrads 18 auf und es kann keine individuelle Justage des blauen Strahlungsanteils erfolgen. Mit dem in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel können diese Probleme in geeigneter Weise adressiert werden:

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein hochreflektierender Spiegel 34 vorgesehen, der ausgebildet und angeordnet ist, Strahlung, die den Sektor 24 passiert hat, auf den mindestens einen Sektor 24 zurück zu reflektieren. Der Sektor 24 ist als Schlitz ausgebildet. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird anstelle des gekrümmten Spiegels 34 eine Kollimationslinse 36 und ein Planspiegel 38 eingesetzt.

Während die in den 2, 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele einen polarisationssensitiven Strahlteiler 14 benötigen, kann das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel darauf verzichten. Es benötigt jedoch zusätzliche optische Elemente. Der Strahlteiler in dem Ausführungsbeispiel von 6 ist lediglich polarisationssensitiv, nicht jedoch wellenlängensensitiv auszubilden.
Der in dem Ausführungsbeispiel von 6 verwendete Strahlteiler 14 ist hochtransmissiv ausgebildet für p-polarisierte Strahlung bei einer Wellenlänge von <465 nm sowie hochreflektierend für s-polarisierte Strahlung und ebenfalls einer Wellenlänge von <465 nm. Zwischen der Verzögerungsplatte 32 und dem Leuchtstoffrad 18 ist jedoch ein verkipptes optisches Element, vorliegend ein Strahlteiler 40, angeordnet, der hochtransmissiv ist für Strahlung <465 nm, d.h. die von der Laservorrichtung 12 gelieferte Strahlung im blauen Wellenlängenbereich, und hochreflektierend für konvertierte Strahlung, d.h. Strahlung in einem Wellenlängenbereich >465 nm. Um die recycelte Strahlung im blauen Wellenlängenbereich mit der konvertierten Strahlung zusammenzuführen, werden zwei weitere optische Elemente benötigt, nämlich ein Spiegel 42 sowie ein Strahlteiler 44, der hochtransmissiv ist für Strahlung in einem Wellenlängenbereich >465 nm und hochreflektierend für Strahlung <465 nm. Aufgrund der zusätzlichen optischen Komponenten ist jedoch der für diese Ausführungsform benötigte Raumbedarf größer als bei den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 3, 4 und 5 .
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls ist in 7 dargestellt. In Modifikation des in 5 dargestellten Ausführungsbeispiels befindet sich hier die Verzögerungsplatte 32 zwischen dem Spiegel 38 und dem Leuchtrad 18. Die in 4 dargestellte Ausführungsform könnte entsprechend geändert werden. Durch diese Maßnahme muss nur die blaue Strahlung die Verzögerungsplatte 32 passieren, nicht jedoch die konvertierten Strahlungsanteile. Damit sind die Verluste und die Anforderungen an die Entspiegelungsschichten auf der Verzögerungsplatte deutlich verringert.
Zwischen den Umlenkspiegeln und Strahlteilern können in der Praxis noch weitere Linsen zur Strahlführung vorgesehen sein, diese sind jedoch der Übersichtlichkeit halber in den schematischen Darstellungen der Ausführungsbeispiele nicht dargestellt.
Durch die vorliegende Erfindung lassen sich LARP-Lichtmodule herstellen, die von der Baugröße her mit kompakten Entladungslampen hinsichtlich des Flächenbedarfs konkurrieren können.
Mit Ausnahme den in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels ist der Strahlteiler 14 dichroitisch ausgebildet. In 6 ist der zweite Strahlteiler 40 dichroitisch ausgebildet.

Claims

Lichtmodul (10) für eine Projektionsvorrichtung umfassend: - eine Laservorrichtung (12), die ausgelegt ist, linear polarisierte Strahlung im blauen Wellenlängenbereich abzugeben; - ein Leuchtrad (18), das im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung angeordnet ist; - einen ersten Strahlteiler (14), der im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung zwischen der Laservorrichtung (12) und dem Leuchtrad (18) angeordnet ist; sowie - eine Fokussiervorrichtung (16), die im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung zwischen dem ersten Strahlteiler (14) und dem Leuchtrad (18) angeordnet ist; wobei das Lichtmodul (10) weiterhin mindestens eine Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32) umfasst, die ausgelegt ist, die Polarisation einer sie zweimal in unterschiedlichen Richtungen durchlaufenden Strahlung um 90 zu drehen, wobei der erste Strahlteiler (14) derart angeordnet ist, dass er sich weiterhin im Strahlengang von Strahlung im blauen Wellenlängenbereich befindet, die die Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32) zweimal in unterschiedlichen Richtungen durchlaufen hat, wobei das Leuchtrad (18) mindestens einen Sektor (24) aufweist, der ausgebildet ist, Strahlung zumindest im blauen Wellenlängenbereich zu reflektieren; wobei das Lichtmodul (10) weiterhin umfasst: - einen zweiten Strahlteiler (40), der im Strahlengang zwischen der Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32) und der Fokussiervorrichtung (16) angeordnet ist, wobei der zweite Strahlteiler (40) ausgebildet ist, Strahlung unter einer vorgebbaren Wellenlänge durchzulassen, und Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge zu reflektieren; - einen Spiegel (42), der angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom ersten Strahlteiler (14) reflektiert wurde; und - einen dritten Strahlteiler (44), der einerseits angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom zweiten Strahlteiler (40) reflektiert wurde, sowie andererseits angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom Spiegel (42) reflektiert wurde, wobei der dritte Strahlteiler (44) ausgelegt ist, Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge durchzulassen und Strahlung unter der vorgebbaren Wellenlänge zu reflektieren.
Lichtmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlteiler (14) derart angeordnet ist, dass der Einfallswinkel der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung zwischen 30° und 60°, bevorzugt 45°, beträgt.
Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtrad (18) mindestens einen mit einem Phosphor beschichteten Sektor (22a; 22b; 22c) aufweist, wobei der mindestens eine Phosphor ausgelegt ist, bei Anregung durch Strahlung im blauen Wellenlängenbereich Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich zu emittieren.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Wellenlänge mindestens 448 nm, insbesondere 462 bis 465 nm, beträgt.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32) eine λ/4-Verzögerungsplatte oder ein Faraday-Rotator ist.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Laservorrichtung (12) abgegebene Strahlung parallel zur Einfallsebene des ersten Strahlteilers (14) polarisiert und/oder senkrecht zur Einfallsebene des ersten Strahlteilers (14) polarisiert ist.
Verfahren zur Generierung des Blauanteils in einem Lichtmodul (10) für eine Projektionsvorrichtung, wobei das Lichtmodul (10) eine Laservorrichtung (12) umfasst, die ausgelegt ist, linear polarisierte Strahlung im blauen Wellenlängenbereich abzugeben, ein Leuchtrad (18), das im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung angeordnet ist, einen ersten Strahlteiler (14), der im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung zwischen der Laservorrichtung (12) und dem Leuchtrad (18) angeordnet ist, sowie eine Fokussiervorrichtung (16), die im Strahlengang der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung zwischen dem ersten Strahlteiler (14) und dem Leuchtrad (18) angeordnet ist, wobei das Leuchtrad (18) mindestens einen Sektor (24) aufweist, der ausgebildet ist, Strahlung zumindest im blauen Wellenlängenbereich zu reflektieren; gekennzeichnet durch folgenden Schritt: Bereitstellen einer Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32), die ausgelegt ist, die Polarisation einer sie zweimal durchlaufenden Strahlung um 90 zu drehen; und Anordnen des ersten Strahlteilers (14) derart, dass er sich weiterhin im Strahlengang von Strahlung im blauen Wellenlängenbereich befindet, die der von der Laservorrichtung (12) abgegebenen Strahlung zwischen den ersten Strahlteiler (14) und die Fokussiervorrichtung (16), wobei das Lichtmodul (10) weiterhin umfasst: - einen zweiten Strahlteiler (40), der im Strahlengang zwischen der Polarisationsmanipulationsvorrichtung (32) und der Fokussiervorrichtung (16) angeordnet ist, wobei der zweite Strahlteiler (40) ausgebildet ist, Strahlung unter einer vorgebbaren Wellenlänge durchzulassen, und Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge zu reflektieren; - einen Spiegel (42), der angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom ersten Strahlteiler (14) reflektiert wurde; und - einen dritten Strahlteiler (44), der einerseits angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom zweiten Strahlteiler (40) reflektiert wurde, sowie andererseits angeordnet ist im Strahlengang von Strahlung, die vom Spiegel (42) reflektiert wurde, wobei der dritte Strahlteiler (44) ausgelegt ist, Strahlung über der vorgebbaren Wellenlänge durchzulassen und Strahlung unter der vorgebbaren Wellenlänge zu reflektieren.