DE102012223925B4

DE102012223925B4 - Beleuchtungsvorrichtung mit Pumplichtquelle, Leuchtstoffanordnung und Filteranordnung

Info

Publication number: DE102012223925B4
Application number: DE102012223925.1A
Authority: DE
Inventors: Juergen Mueller
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: JP2014123563A; US20140176914A1; DE102012223925A1; US9348203B2; JP5714089B2; CN103888740B; CN103888740A

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (1), umfassenda. eine Pumplichtquelle (2),b. eine Leuchtstoffanordnung (5),i. wobei die Leuchtstoffanordnung (5) mindestens ein Leuchtstoffelement (R, G, B, Y,) aufweist, das mit dem Pumplicht der Pumplichtquelle (2) bestrahlbar ist und dieses Pumplicht zumindest teilweise wellenlängenumgewandelt wieder abstrahlt, undii. wobei die Leuchtstoffanordnung (5) in eine Strahlengang der Pumplichtquelle (2) bewegbar angeordnet ist,c. eine Filteranordnung (12),i. wobei die Filteranordnung (12) mindestens ein Filterelement (r, g) aufweist, das mit demwellenlängenumgewandelten Licht bestrahlbar ist undii. wobei die Filteranordnung (12) in einem Strahlengang des wellenlängenumgewandelten Lichts bewegbar angeordnet ist,d. eine Bewegungseinheit (17), die dazu ausgelegt ist, die Leuchtstoffanordnung (5) und die Filteranordnung (12) mit einer festen Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen Leuchtstoffelement (R, G, B, Y) und dem mindestens einen Filterelement (r, g) zu bewegen,e. und eine Phasensteuereinheit (16) zur Steuerung der Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement (R, G, B, Y) und dem mindestens einen sich bewegenden Filterelement (r, g),wobei die bewegbare Leuchtstoffanordnung als drehbares Leuchtstoffrad (5) und die bewegbare Filteranordnung als drehbares Filterrad (12) ausgebildet sind, undwobei die Phasensteuereinheit (16) für eine Änderung der Phasenbeziehung zwischen Leuchtstoffrad (12) und Filterrad (5) ausgelegt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Pumplichtquelle, einer Leuchtstoffanordnung zur Umwandlung zumindest eines Teils des Pumplichts in Konversionslicht und einer Filteranordnung, zur spektralen Filterung des Konversionslichts. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum betreiben einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung.
Eine derartige Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere einsetzbar als Licht erzeugende Einheit in einem Projektor, z.B. für Videoprojektoren oder Datenprojektoren.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Beleuchtungsvorrichtungen für Projektionsanwendungen bekannt, welche eine Leuchtstoffanordnung mit einem oder mehreren Leuchtstoffen aufweisen. Diese Beleuchtungsvorrichtungen umfassen dabei eine Pumplichtquelle, die den Leuchtstoff zur Emission von Licht mit einer von der Pumplichtwellenlänge verschiedenen Wellenlänge anregt (Wellenlängenkonversion des Pumplichts mittels Leuchtstoff). Durch geeignete Umlenkung des Pumplichts und des vom Leuchtstoff emittierten Lichts (Konversionslicht) können diese beiden Lichtstrahlen kollinear zusammengeführt und dem bildgebenden System zugeführt werden.
Als Pumplichtquelle werden vorzugsweise Laserdioden eingesetzt. In diesem Fall ist die Technologie auch unter der Bezeichnung LARP („Laser Activated Remote Phosphor“) bekannt. Um die Laserleistung im zeitlichen Mittel auf eine größere Fläche zu verteilen und damit u.a. thermisches Quenchen des Leuchtstoffes zu verringern, ist der mindestens eine Leuchtstoff üblicherweise auf ein im Betrieb rotierendes Rad aufgebracht. Die Beleuchtungsvorrichtung strahlt folglich Licht als eine sequenzielle Abfolge des spektral unterschiedlichen Konversionslichts und gegebenenfalls zusätzlich des Pumplichts ab, welche bei einer ausreichend schnellen Abfolge als ein Mischlicht bzw. in Kombination mit einer bildgebenden Einheit als Farbbild wahrgenommen werden.
Projektoren werden für verschiedene Anwendungen eingesetzt, die unterschiedliche Anforderungen an die lichttechnischen Eigenschaften des Lichts von der Licht erzeugenden Einheit stellen. Die spektrale Zusammensetzung dieses Lichts bestimmt dessen Farbwiedergabeeigenschaften sowie den damit darstellbaren Farbraum. Für die Datenprojektion ist unter anderem ein hellweißer Hintergrund bei Text- oder Graphik-Darstellungen wesentlich, wobei Kompromisse bei der Farbwiedergabe akzeptabel sind. Bei Heimkino-Anwendungen wird hingegen eine möglichst gute Farbwiedergabe mit brillanten Farben angestrebt. Deshalb werden spezielle Projektoren mit auf die vorgesehene (Haupt)Anwendung angepassten Leuchtstoffrädern und Filterrädern angeboten. Dabei wird das Spektrum der einzelnen Lichtfarben des Projektors („Farbkanäle“) durch die spektralen Eigenschaften von Leuchtstoff- und dazu synchron rotierendem Filterrad bestimmt und festgelegt. Die Lichtstromanteile der Farbkanäle werden durch die Segmentierung der verschiedenen Leuchtstoffe auf dem Leuchtstoffrad bzw. Filtersegmente auf dem Filterrad festgelegt. Ein Wechsel der spektralen Eigenschaften des Projektors ist während des Betriebs nicht möglich. Eine Anpassung ist in der Regel nur über den Austausch des Leuchtstoff- und/oder Filterrads möglich. So erfordern Projektoren für Heimkino-Anwendungen ein größeres Rotleuchtstoffsegment und/oder zusätzlich eine Filterung in Richtung tiefrot. Für die Datenprojektion sind hingegen größere Grünleuchtstoff- und Gelbleuchtstoffsegmente üblich.
Die Schrift CN 102385233 A zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Projektor mit einem Pumplaser, einem Leuchtstoffrad zur Wellenlängenumwandlung des Pumplaserlichts in Konversionslicht und einem Filterrad, zur spektralen Filterung des Konversionslichts. Das Pumplaserlicht wird mit Hilfe eines dichroitischen Spiegels auf das Leuchtstoffrad gelenkt. Das vom Leuchtstoffrad zurückgestrahlte Konversionslicht passiert den dichroitischen Spiegel und trifft auf das Filterrad. Durch ein Transparenzsegment im Leuchtstoffrad kann das Pumplaserlicht passieren und wird über eine Wrap-Around-Schleife dem dichroitischen Spiegel zugeführt. Der dichroitische Spiegel reflektiert das Pumplaserlicht zum Filterrad. Das Filterrad und das Leuchtstoffrad sind auf einer gemeinsamen Achse angeordnet und drehen so mit der gleichen Geschwindigkeit.
US 2012/0 242 912 A1 betrifft eine Lichtquellenvorrichtung, die umfasst: eine Anregungslichtquelle, die eine Laserlichtquelle enthält; ein erstes Rad, das so gesteuert wird, dass es rotiert, und das in einem Teil seiner Oberfläche, der durch von der Anregungslichtquelle emittiertes Anregungslicht beleuchtet werden soll, eine Phosphorschicht enthält, die durch das Anregungslicht angeregt werden soll; einen dichroitischen Spiegel, der die von der Phosphorschicht des ersten Rads emittierte Fluoreszenz und das Anregungslicht zu einem optischen Beleuchtungssystem leitet; und ein zweites Rad, dessen Drehung gesteuert wird und das einen dichroitischen Filter enthält, der Licht mit einer gewünschten Wellenlängenkomponente sowohl der Fluoreszenz als auch des von dem dichroitischen Spiegel ausgegebenen Anregungslichts durchlässt.
DE 10 2010 06 2465 A1 betrifft eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens einen Reflektor, mindestens einen Leuchtstoff enthaltenden Leuchtbereich und mindestens einen Laser, wobei der mindestens eine Leuchtbereich mittels mindestens eines Lasers zur Abstrahlung von Licht anregbar ist und zumindest ein Teil des von dem mindestens einen Leuchtbereich abgestrahlten Lichts auf den mindestens einen Reflektor fällt, wobei der mindestens eine Leuchtstoffbereich auf einem rotierenden Leuchtstoffträger angeordnet ist, wobei der rotierende Leuchtstoffträger mehrere Leuchtstoffbereiche aufweist, welche Licht unterschiedlicher Farbe abstrahlen, wobei dem rotierenden Leuchtstoffträger ein Filterrad mit mehreren Filtersegmenten optisch nachgeschaltet ist, wobei das Filterrad mit dem rotierenden Leuchtstoffträger synchronisiert ist, und wobei die Filtersegmente des Filterrads eine auf das von den Leuchtstoffbereichen abgestrahlte Licht abgestimmte Transmissionseigenschaft aufweisen.
US 6 726 333 B2 betrifft ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen, einem räumlichen Lichtmodulator und einer Projektionsoptik zur Projektion eines Bildes, das von einem Betrachter gesehen oder auf einem Ziel angezeigt werden soll.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eine Beleuchtungsvorrichtung für Projektionsanwendungen, anzugeben, die im Betrieb eine Änderung der lichttechnischen Eigenschaften, insbesondere des Lichtstroms und der spektralen Zusammensetzung des Lichts, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung, umfassend eine Pumplichtquelle, eine Leuchtstoffanordnung, wobei die Leuchtstoffanordnung mindesten ein Leuchtstoffelement aufweist, das mit dem Pumplicht der Pumplichtquelle bestrahlbar ist und dieses Pumplicht zumindest teilweise wellenlängenumgewandelt wieder abstrahlt, und wobei die Leuchtstoffanordnung in einem Strahlengang der Pumplichtquelle bewegbar angeordnet ist, eine Filteranordnung, wobei die Filteranordnung mindestens ein Filterelement aufweist, das mit dem wellenlängenumgewandelten Licht bestrahlbar ist und wobei die Filteranordnung in einem Strahlengang des wellenlängenumgewandelten Lichts bewegbar angeordnet ist, eine Bewegungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Leuchtstoffanordnung und die Filteranordnung mit einer festen Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen Leuchtstoffelement und dem mindestens einen Filterelement zu bewegen, und eine Phasensteuereinheit zur Steuerung der Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement und dem mindestens einen sich bewegenden Filterelement.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Außerdem wird die Aufgabe hinsichtlich ihrer Aspekte zum Betreiben der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Die im Folgenden für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung und deren Ausgestaltungsmöglichkeiten beschriebenen Merkmale und deren Vorteile gelten, soweit anwendbar, in analoger Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die Phasenbeziehung zwischen der sich bewegenden Leuchtstoffanordnung, beispielsweise ein sich drehendes Leuchtstoffrad, und der sich dazu synchron (d.h. mit zeitlich konstanter Phasenbeziehung) bewegenden Filteranordnung, beispielsweise ein sich drehendes Filterrad, für die gewünschte Änderung der lichttechnischen Eigenschaften, insbesondere der spektralen Zusammensetzung des Lichts der Beleuchtungsvorrichtung zu nutzen. Durch die Änderung der Phasenbeziehung zwischen Leuchtstoff- und Filterrad können erfindungsgemäß das Spektrum und/oder der Anteil bzw. die Leistung der jeweiligen Konversionslichtfarben gesteuert werden.
Eine Steuerung der Phasenbeziehung umfasst insbesondere die Änderung einer zeitlichen Überlappung des mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelements mit dem sich dazu synchron bewegenden Filterelement. Dabei kann eine Änderung der Phasenbeziehung auch darin bestehen, dass nach der Änderung überhaupt erst eine zeitliche Überlappung oder aber keine zeitliche Überlappung mehr zwischen Leuchtstoffelement und Filterelement vorliegt. Während der zeitlichen Überlappung eines Leuchtstoffelements mit einem Filterelement kann das vom Leuchtstoff emittierte Licht das genannte Filterelement passieren und wird somit entsprechend spektral gefiltert.
Es hat sich gezeigt, dass sich mit Hilfe einer geeigneten Bewegungs- und Phasensteuereinheit eine neue Phasenbeziehung zwischen Leuchtstoff- und Filterrad innerhalb von ca. 2 Sekunden herstellen lässt. Damit lässt sich die Helligkeit und der darstellbare Farbraum eines Projektors auf die jeweilige Darstellungssituation bedarfsgerecht einstellen, beispielsweise über ein für den Nutzer verfügbares Bedienmenü. Qualität und Quantität der möglichen Änderungen von Helligkeit und darstellbarem Farbraum sind durch die Phasenänderung und die konkrete Ausgestaltung von Leuchtstoff- und Filterrad gestaltbar.
Dazu kann das mindestens eine Filterelement als Langpassfilter, Kurzpassfilter, Bandpassfilter oder Bandsperrfilter ausgelegt sein. Die vorgenannten Filter können auch in Kombination vorgesehen sein, d.h. die Filteranordnung weist dann mehr als ein Filterelement auf, beispielsweise zwei oder drei. Dabei können zwei räumlich separate Filterelemente auch als gleichartige Filter ausgelegt sein. Außerdem kann die Filteranordnung ein Transparenzelement aufweisen, das für das Pumplicht und das wellenlängenumgewandelte Licht (Konversionslicht) transparent ist. Das Transparenzelement weist also zumindest für das Pumplicht und Konversionslicht oder auch für das gesamte sichtbare Spektrum keine spektralen Filtereigenschaften auf sondern hat einen gleichbleibend hohen Transmissionsgrad, vorzugsweise nahe 100%.
Prinzipiell sind verschiedene Ausführungsformen und Bewegungsformen für die Filteranordnung und die Leuchtstoffanordnung geeignet. Entscheidend ist, dass sich die Bewegungen von Filter- bzw. Leuchtstoffelement synchronisieren und die Phasenbeziehung beider Elemente steuern lässt.
Die Filteranordnung und die Leuchtstoffanordnung können beispielsweise für eine lineare Bewegung ausgelegt sein. Dazu können das Filter- bzw. Leuchtstoffelement z.B. jeweils auf einem transversal zum auftreffenden Lichtstrahl beweglichen Schlitten angeordnet sein.
Die Leuchtstoff- und Filteranordnung können auch für eine rotierende Bewegung ausgelegt sein.
Beispielsweise können die Leuchtstoff- und Filteranordnung jeweils als Walze ausgebildet sein. Die Leuchtstoff- bzw. Filterelemente sind in diesem Fall auf der Mantelfläche der entsprechenden Walze angeordnet.
Vorzugsweise sind die Leuchtstoff- und Filteranordnung als Leuchtstoff- bzw. Filterrad ausgestaltet. Dann können das mindestens eine Leuchtstoffelement und das mindestens eine Filterelement als kreissektorförmiges oder kreisringförmiges Leuchtstoffsegment bzw. Filtersegment ausgebildet sein. Die Phasenbeziehung zwischen Leuchtstoff- und Filterrad kann dann beispielsweise - im Drehsinn der Räder betrachtet - auf den Anfang des Leuchtstoff- bzw. Filtersegments bezogen werden. Wenn also der Anfang des Leuchtstoffsegments und der Anfang des Filtersegments gleichzeitig durch den jeweils auftreffenden Pumplicht- bzw. Konversionslichtstrahl hindurch drehen, dann ist der Phasenunterschied Null (maximale zeitliche Überlappung von Leuchtstoff- und Filtersegment, d.h. maximale spektrale Filterung). Beginnt hingegen das Filtersegment erst durch den Konversionslichtstrahl hindurch zu drehen wenn das Leuchtstoffsegment bereits vollständig durch den Pumplichtstrahl durch ist, dann ist der Phasenunterschied maximal (keine zeitliche Überlappung von Leuchtstoff- und Filtersegment, d.h. keine spektrale Filterung). Selbstverständlich können für die Phasenbeziehung bedarfsweise beliebige Zwischenwerte eingestellt werden, entsprechend der gewünschten Filterwirkung. Außerdem kann die Phasenbeziehung zwischen Leuchtstoff- und Filterrad auch anders festgelegt und bemessen werden. Das gilt insbesondere dann, wenn mehrere Leuchtstoff- und/oder Filtersegmente vorgesehen sind.
Das mindestens eine Filtersegment kann einen Winkelbereich überdecken, der gleich groß ist wie der Winkelbereich, den das mindestens eine Leuchtstoffsegment überdeckt. Bei geeigneter Phasenbeziehung zwischen Filtersegment und Leuchtstoffsegment überlappt die Filtersegmentphase mit der Leuchtstoffsegmentphase zeitlich, d.h. während das Pumplicht auf das Leuchtstoffsegment des Leuchtstoffrads trifft und konvertiert wird, trifft dieses Konversionslicht auf das synchron laufende Filtersegment des Filterrads.
Außerdem kann ein weiteres Leuchtstoffsegment vorgesehen sein, dessen Winkelbereich gleich groß oder größer ist als der des mindestens einen Filtersegments und/oder eines weiteren Filtersegments.
Die Umwandlung des Pumplichts in Konversionslicht erfolgt bevorzugt von einer kürzeren Wellenlänge zu einer längeren Wellenlänge („Down Conversion“), da dies keine zusätzliche Energie benötigt. Die Wellenlänge des Pumplichts ist in diesem Fall also kürzer als die Wellenlängen des Konversionslichts. Dazu kann das Pumplicht der Pumplichtquelle eine blaue Laserstrahlung und/oder blauviolette und/oder ultraviolette Laserstrahlung umfassen.
Eine blaue Laserstrahlung als Pumplicht hat den Vorteil, dass ein Teil unkonvertiert als Blaulicht mit verwendet werden kann.
Die Leuchtstoffanordnung umfasst vorzugsweise mindestens einen Leuchtstoff mit einer Dominanzwellenlänge im grünen und/oder roten und/oder gelben und/oder blauen Wellenlängenbereich.
Die Dominanzwellenlänge (auch als dominante Wellenlänge bezeichnet) von Licht einer Lichtfarbe (Farblicht) ist im CIE-Farbdiagramm (Normfarbtafel) durch den Schnittpunkt der vom Weißpunkt über den ermittelten Farbort des Farblichts verlängerten Geraden mit dem Spektralzug des nächstliegenden Rands des CIE-Farbdiagramms definiert. Beispielsweise haben effiziente Rotleuchtstoffe eine Dominanzwellenlänge von ca. 600 nm.
Unter einem Leuchtstoff kann jeglicher, insbesondere feste, Stoff verstanden werden, welcher die Wellenlängenumwandlung ermöglicht. Die Wellenlängenumwandlung kann beispielsweise auf Fluoreszenz oder Phosphoreszenz beruhen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer vorstehend erläuterten Beleuchtungsvorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens zwei verschiedene wählbare Betriebsmodi A und B mit den folgenden Verfahrensschritten:

Betriebsmodus A: Einstellen einer ersten Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement und dem mindestens einen sich synchron zum Leuchtstoffelement bewegenden Filterelement mit Hilfe der Phasensteuereinheit.
Betriebsmodus B: Einstellen einer zweiten Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement und dem mindestens einen sich synchron zum Leuchtstoffelement bewegenden Filterelement mit Hilfe der Phasensteuereinheit, wobei die zweite Phasenbeziehung verschieden ist von der ersten Phasenbeziehung.

Die erste Phasenbeziehung entspricht einer ersten zeitlichen Überlappung und die zweite Phasenbeziehung einer anderen oder auch keiner zeitlichen Überlappung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement und dem mindestens einen sich synchron zum Leuchtstoffelement bewegenden Filterelement.
Der Betriebsmodus A kann beispielsweise für die Datenprojektion vorgesehen sein und der Betriebsmodus B für die Heimkinoprojektion oder umgekehrt.
Die Steuerung zwischen verschiedenen Betriebsmodi kann in einem Schritt oder auch inkrementell oder auch in einem kontinuierlich verlaufenden Übergang vorgenommen werden.
Außerdem kann die Steuerung zwischen verschiedenen Betriebsmodi auch durch die von einer Bilderzeugungseinheit eines Projektors gelieferte Bildinformation oder von einem sonstigen Signal ausgelöst werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit Leuchtstoffrad und Filterrad,
2a eine erste Ausführungsform für das Leuchtstoffrad und Filterrad gemäß der Beleuchtungsvorrichtung aus 1 mit einem ersten Phasenunterschied,
2b wie 2a, aber mit einem zweiten Phasenunterschied,
3a eine zweite Ausführungsform für ein Filterrad in einer ersten Phasenbeziehung mit dem Leuchtstoffrad gemäß 2a-b,
3b wie 3a, aber mit einem zweiten Phasenunterschied,
3c wie 3a, aber mit einem dritten Phasenunterschied,
4a eine dritte Ausführungsform für ein Leuchtstoffrad und ein Filterrad in einer ersten Phasenbeziehung,
4b wie 4a, aber mit einem zweiten Phasenunterschied,
5a eine vierte Ausführungsform für ein Leuchtstoffrad und ein Filterrad in einer ersten Phasenbeziehung,
5b wie 5a, aber mit einem zweiten Phasenunterschied,
6a eine fünfte Ausführungsform für ein Leuchtstoffrad und ein Filterrad in einer ersten Phasenbeziehung,
6b wie 6a, aber mit einem zweiten Phasenbeziehung,
7 einen schematischen Verlauf der Emissionskurve eines Rotleuchtstoffs und der Filterkurve eines Langpassfilters,
8 einen schematischen Verlauf der Emissionskurve eines Grünleuchtstoffs und der Filterkurve eines Kurzpassfilters,
9 den schematischen Verlauf der Emissionskurven einer Laserdiode und eines Rotleuchtstoffs sowie der Filterkurve eines Bandsperrfilters,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit Leuchtstoffrad und Filterrad.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Gleiche oder gleichartige Merkmale können im Folgenden der Einfachheit halber auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst eine als Laserdiodenmatrix ausgebildete Pumplichtquelle 2, welche eine Mehrzahl an Laserdioden 3 (hier jeweils einschließlich Primärlinse) umfasst. Die Pumplichtquelle 2 ist dazu ausgelegt, Licht im blauen Spektralbereich zu emittieren, da dies einerseits für die meisten Leuchtstoffe eine geeignete Anregungswellenlänge darstellt. Andererseits ermöglicht dies die Nutzung des unkonvertierten blauen Laserlichts als Blaulichtkanal (B), beispielsweise für eine RGB-Projektionseinheit. Deshalb sind die Laserdioden 3 in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass sie Pumplicht in Form von blauer Laserstrahlung I_B mit einer Emissionswellenlänge von z.B. ca. 400-470 nm abstrahlen. Über den Laserdioden 3 zugeordnete Umlenkspiegel 4 wird das blaue Laserlicht dieser Laserdioden 3 auf eine als Leuchtstoffrad 5 ausgebildete Leuchtstoffanordnung gelenkt, wo es in Licht mit einer anderen Dominanz-Wellenlänge konvertiert wird, beispielsweise in Licht I_G im grünen Spektralbereich. Dazu weist das Leuchtstoffrad 5 einen oder mehrere unterschiedliche Leuchtstoffe auf, die in kreisringförmigen Segmenten des Leuchtstoffrads 5 angeordnet sind und durch Drehung des Leuchtstoffrads 5 zeitlich sequentiell von dem Pumplicht I_B angestrahlt und zur Emission von wellenlängenkonvertiertem Licht angeregt werden können. Das von der Lasermatrix 2 emittierte blaue Pumplicht I_B wird mit Hilfe einer Optik 6 auf die Leuchtstoffsegmente des sich drehenden Leuchtstoffrades 5 fokussiert. Das von dem unter dem Pumplichtfleck vorbei drehenden Leuchtstoffsegment zurückgestrahlte, wellenlängenumgewandelte Licht wird von dieser Optik 6 kollimiert und über einen dichroitischen Spiegel 7 mittels Reflexion ausgekoppelt. Dazu ist der dichroitische Spiegel 7 zwischen der Pumplichtquelle 2 und dem Leuchtstoffrad 5 in 45°-Kippstellung zum Strahlengang angeordnet. Außerdem ist der dichroitische Spiegel 7 dazu ausgelegt, Licht im blauen Spektralbereich zu transmittieren und Licht im nicht blauen Spektralbereich zu reflektieren. Dadurch kann das blaue Pumplicht I_B einerseits durch den dichroitischen Spiegel 7 hindurch auf das Leuchtstoffrad 5 gelangen, andererseits koppelt der dichroitische Spiegel 7 das wellenlängenumgewandelte, also beispielsweise grüne Licht I_G, senkrecht aus dem Pumplichtstrahlengang aus. Der dichroitische Spiegel 7 dient hier also als wellenlängenselektiver Strahlteiler.
Außerdem weist das Leuchtstoffrad 5 einen für das blaue Pumplicht I_B transparenten Bereich auf, beispielsweise eine materialfreie Öffnung, durch die das blaue Pumplicht I_B ohne Wechselwirkung mit dem Leuchtstoffrad 5 dieses passieren kann. Alternativ kann die Öffnung auch mit einem transparenten Material aufgefüllt sein. Das transmittierte und durch eine weitere Optik 8 kollimierte blaue Pumplicht I_B wird über drei Umlenkspiegel 9, 10, 11 in einen sogenannten „Wrap-Around“-Zweig umgelenkt und auf den dichroitischen Spiegel 7 zurückgeführt.
Der vom „Wrap-Around“-Zweig kommende unkonvertierte blaue Pumplichtstrahl I_B passiert den dichroitischen Spiegel 7. Der dazu zeitlich sequentiell auf die andere Seite des dichroitischen Spiegels 7 auftreffende konvertierte (= wellenlängenumgewandelte) Lichtstrahl I_G wird hingegen vom dichroitischen Spiegel 7 reflektiert. Da der Pumplichtstrahl I_B und der Konversionslichtstrahl I_G senkrecht zueinander und jeweils unter 45° auf die beiden entgegengesetzten Seiten des dichroitischen Spiegels 7 treffen, werden auf diese Weise letztlich beide Strahlengänge kollinear zusammengeführt sowie über ein weiteres Fokussierlinsensystem 6' auf ein Filterrad 12 fokussiert. Nach Passieren des Filterrads 12 gelangen Pumplicht I_B und Konversionslicht I_G zur räumlichen Überlagerung (Durchmischung) beispielsweise in einen Integrator 13 eines Projektionsmoduls. Das Filterrad 12 weist mindestens ein Filtersegment auf, um das in der Regel sehr breite Spektrum des durch einen Leuchtstoff wellenlängenumgewandelten Lichts (Konversionslicht) spektral einzuengen bzw. zu verändern und so z.B. den Farbraum für die jeweilige Projektionsanwendung zu optimieren.
Der Laserdiodenmatrix 2 ist noch ein Homogenisator 14 nachgeschaltet, um eine möglichst gleichförmige Leistungsdichteverteilung der blauen Laserstrahlung b auf dem Leuchtstoff des Leuchtstoffrades 5 zu erzielen. Dadurch soll das sogenannte Quenching möglichst vermieden bzw. minimiert werden. Quenching ist eine Verringerung der Konversionseffizienz des Leuchtstoffs aufgrund von erhöhter Leistungsdichte (intensity quenching) und/oder erhöhter Temperatur (thermal quenching). Ideal wäre eine plateauförmige Leistungsdichteverteilung des Pumplichts auf dem Leuchtstoff.
Weiterhin ist ein zweiter Homogenisator 15 zwischen dem drittem Umlenkspiegel 11 und dem dichroitischen Spiegel 7 vorgesehen, um das durch das Leuchtstoffrad 5 unkonvertiert hindurch getretene blaue Pumplicht I_B vor der Kombination mit dem Konversionslicht I_G weiter zu homogenisieren bzw. um möglicherweise auftretende Speckle-Muster in der Anwendung zu reduzieren. Die Homogenisatoren können auch optische Elemente zur Strahlformung enthalten.
Das Leuchtstoffrad 5 und das Filterrad 12 werden über eine Phasensteuereinheit 16 synchron angesteuert, d.h. mit fester Phasenbeziehung, wobei der Phasenunterschied zwischen Leuchtstoffrad 5 und Filterrad 12 einstellbar ist. Sowohl das Leuchtstoffrad 5 als auch das Filterrad 12 werden über eine zweiteilige Antriebseinheit 17 in synchrone Drehung versetzt, also mit derselben Drehzahl.
In einer (nicht dargestellten) Variante der in 1 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung kann auf die Wrap-Around-Schleife auch verzichtet werden, wenn die Blaulicht-Komponente, wie die anderen Farblichtkomponenten auch, mittels Leuchtstoffkonversion erzeugt wird. In diesem Fall weist das Leuchtstoffrad anstelle des für das Pumplicht transparenten Bereichs ein Blauleuchtstoffsegment auf. Das vom Blauleuchtstoff beim Bestrahlen mit Pumplicht erzeugte Blaulicht und die von den anderen Leuchtstoffsegmenten zeitlich sequentiell erzeugten anderen Farblichtanteile werden von dem dichroitischen Spiegel zum Filterrad hin ausgekoppelt. Die nur für die Wrap-Around-Schleife benötigten optischen Elemente sind damit überflüssig, nämlich die in 1 hinter dem Leuchtstoffrad 5 angeordnete Kollimationsoptik 8, die drei folgenden 45°-Umlenkspiegel 9-11 sowie schließlich der zweite Homogenisator 15. Außerdem ist erforderlichenfalls die Wellenlänge der Laserdioden der Diodenmatrix 2 für die Anregung des Blauleuchtstoffs geeignet anzupassen. Geeignet ist beispielsweise eine blauviolette Laserwellenlänge. Die Beschichtungen des dichroitischen Spiegels sind ebenfalls entsprechend anzupassen, nämlich so, dass auch das breitbandige blaue Konversionslicht reflektiert und nur das schmalbandige blauviolette Laserlicht transmittiert wird.
Mit Bezug auf die 2 bis 5 werden nachfolgend verschiedene Ausführungsformen für das Leuchtstoffrad 5 und das Filterrad 12 erläutert, sowie beispielhaft die Wirkung verschiedener Phasenunterschiede zwischen Leuchtstoffrad 5 und Filterrad 12 auf die spektrale Zusammensetzung des resultierenden Nutzlichtes. Dabei ist das Leuchtstoffrad 5 der besseren Anschaulichkeit wegen innerhalb des Filterrads 12 dargestellt und zwar mit dem jeweils mit Hilfe der Phasensteuereinheit 16 eingestellten Phasenunterschied. Dadurch lässt sich einfach ablesen, an welcher Stelle bzw. zu welcher Zeit auf dem Filterrad 12 ein von einer Stelle auf dem Leuchtstoffrad 5 zurückgestrahlter und von dem entsprechenden Leuchtstoff konvertierter bzw. ein über die Wrap-Around-Schleife unkonvertierter Lichtstrahl auftrifft. In den 2a, 2b ist zur Veranschaulichung exemplarisch der blaue Pumplichtfleck I_B auf dem Leuchtstoffrad 5 und der Konversionslichtfleck I_R auf dem Filterrad 12 eingezeichnet. Die schematischen Darstellungen entsprechen insofern nicht notwendigerweise der tatsächlichen Größenverhältnisse sondern dienen primär der einfachen Veranschaulichung der jeweiligen Phasenbeziehung zwischen Leuchtstoffrad 5 und Filterrad 12. Der Einfachheit halber wird auch von gleichen Winkelgeschwindigkeiten von Leuchtstoffrad und Filterrad ausgegangen, so dass gleiche Winkelbereiche gleiche Bestrahlungsdauern der bestrahlten Bereiche von Leuchtstoffrad und Filterrad entsprechen. Die nachfolgenden Betrachtungen gelten für eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung sowohl mit als auch ohne Wrap-Around-Schleife.
2a zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform für das Leuchtstoffrad 5 und das Filterrad 12 in der Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß 1. Das Leuchtstoffrad 5 weist vier kreisringförmige Segmente auf, die in dieser Reihenfolge mit einem Grünleuchtstoff G, einem Rotleuchtstoff R und einem Gelbleuchtstoff Y beschichtet sind. Das vierte Segment T/B ist entweder transparent T, lässt also das blaue Pumplicht I_B für die Wrap-Around-Schleife ungehindert passieren, oder mit einem Blauleuchtstoff B beschichtet (Variante ohne Wrap-Around-Schleife). Das Filterrad 12 weist zwei kreisringförmige Segmente auf, ein Langpassfiltersegment r und ein Transparenzsegment t. Hinsichtlich der Filterwirkung des Langpassfilters r wird auf die 7 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. Die jeweilige zeitliche Länge (= Winkelbereich α des zugehörigen Kreissektors) des Rotleuchtstoffsegments R und des Langpassfiltersegments r sind hier so aufeinander abgestimmt, dass sie der gleichen Zeitdauer für den darüberstreichenden Lichtstrahl entsprechen (=gleicher Winkelbereich bei gleicher Winkelgeschwindigkeit von Leuchtstoffrad und Filterrad). Außerdem sind die Phasen anhand der Phasensteuereinheit 16 (vgl. 1) so aufeinander abgestimmt, dass während der Pumplichtstrahl I_B über das Rotleuchtstoffsegment R streicht, gleichzeitig der kurzwellige Anteil des zurückgestrahlten roten Konversionslichts I_R durch das Langpassfiltersegments r herausgefiltert wird. Der Phasenunterschied zwischen dem Rotleuchtstoffsegment R und dem Langpassfiltersegment r beträgt in diesem Beispiel also Null. Dadurch verschiebt sich die Dominanzwellenlänge in Richtung längerwelliges Rot. Bei dieser Phasensynchronisation wirkt das Langpassfiltersegment r des Filterrads 12 also als Langpassfilter für das von dem Rotleuchtstoffsegment R konvertierte Rotlicht. Das Rotleuchtstoffsegment R wird also komplett durch das Langpassfiltersegment r des Filterrads 12 überdeckt. Die restlichen Lichtfarben, also das unkonvertierte (mit Wrap-Around-Schleife) bzw. konvertierte (ohne Wrap-Around-Schleife) Blaulicht und das vom Gelbleuchtstoffsegment Y sowie Grünleuchtstoffsegment G konvertierte Gelb- bzw. Grünlicht, passieren das Transparenzsegment t des Filterrads 12, bleiben also spektral ungefiltert. Bei dieser Einstellung der Phasen von Leuchtstoffrad 5 und Filterrad 12 (nämlich gleichphasig, d.h. der Phasenunterschied zwischen Rotleuchtstoffsegment R und Langpassfiltersegment r ist Null) wird also der Rotanteil vermindert (da nur der langwellige Anteil das Langpassfilter passieren kann), ansonsten bleibt der integrale Lichtstrom aber maximal.
2b stellt eine gegenüber 2a geänderte Phasenbeziehung dar. Hier passiert das vom Rotleuchtstoffsegment R des Leuchtstoffrads 5 kommende Rotlicht I_R das Transparenzsegment t des Filterrads 12, bleibt also spektral ungefiltert. Das Langpassfiltersegment r beginnt vielmehr mit dem auf das Rotleuchtstoffsegment R unmittelbar folgende Gelbleuchtstoffsegment Y und filtert deshalb den kurzwelligen Teil des Gelblichtes heraus. Da das Gelbleuchtstoffsegment Y aber zeitlich länger ist als das Langpassfiltersegment r (Winkelbereich β des zu dem Gelbleuchtstoffsegment Y zugehörigen Kreissektors ist größer als der Winkelbereich α), wird nur ein Teil der Gelblichtphase gefiltert. Bei dieser Einstellung der Phasen von Rotleuchtstoffsegment R und Langpassfiltersegment r (nämlich hier in Drehrichtung so phasenverschoben, dass sich Rotleuchtstoffsegment R und Langpassfiltersegment r nicht überdecken), ist der integrale Lichtstrom gegenüber dem in 2a dargestellten Phaseneinstellung vermindert. Allerdings ist der Rotanteil höher. Die restlichen Lichtfarben, also das unkonvertierte (mit Wrap-Around-Schleife) bzw. konvertierte (ohne Wrap-Around-Schleife) Blaulicht und das vom Grünleuchtstoffsegment G konvertierte Grünlicht, passieren das Transparenzsegment t, bleiben also ebenso wie das Rotlicht spektral ungefiltert.
Bei der in den 3a bis 3c schematisch dargestellten Konfiguration ist das Leuchtstoffrad 5 unverändert. Auf dem Filterrad 12 ist aber gegenüber dem Langpassfiltersegment r noch ein Kurzpassfiltersegment g angeordnet. Hinsichtlich der Filterwirkung des Kurzpassfilters g wird auf die 8 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Die in 3a dargestellte Phasenbeziehung entspricht im wesentlichen jener aus 2a, d.h. der Phasenunterschied zwischen dem Rotleuchtstoffsegment R und dem Langpassfiltersegment r ist Null. Das Kurzpassfiltersegment g deckt zeitgleich den gleichen Winkelbereich α ab wie der Transparenzbereich T/A des Leuchtstoffrads 5 (entspricht Blaulichtsegment). Da das Kurzpassfiltersegment g das kurzwellige Blaulicht ungehindert passieren lässt, bleibt das Blaulicht spektral ungefiltert. Die Gesamtwirkung entspricht deshalb derjenigen aus 2a.
Die in 3b gezeigte Einstellung der Phasen des Leuchtstoffrads 5 und des Filterrads 12 entspricht für den Rotbereich der in 2b gezeigten Einstellung. Die Wirkung hinsichtlich des Rotleuchtstoffsegments R und dem Langpassfiltersegment r ist deshalb ebenfalls gleich. Zusätzlich wird aber der langwellige Teil des Grünlichts während eines Teils der Grünlichtphase (entsprechend dem Winkelbereich α) von dem Kurzpassfiltersegment g weggefiltert. Dadurch wird die Dominanzwellenlänge des grünen Konversionslichts kurzwelliger. Während der restlichen Dauer der Grünlichtphase (entspricht dem Winkelbereich β minus α) passiert das Grünlicht den Transparenzbereich t des Filterrads 12, bleibt also ungefiltert. In der Gesamtwirkung ergibt sich integral ein gegenüber 3a geringerer Lichtstrom mit gefiltertem Grün-, aber mehr Rotanteil.
In 3c ist schließlich eine Einstellung dargestellt, bei der die Phasendifferenz zwischen dem Rotleuchtstoffsegment R und dem Langpassfiltersegment r einer Mitteneinstellung zwischen der in 3a bzw. 3b gezeigten Einstellungen entspricht. Die zeitliche Überlappung von Rotleuchtstoffsegment R und Langpassfiltersegment r entspricht dem Winkelbereich γ des überlappenden Kreissektors. Dieser überlappende Winkelbereich γ ist kleiner als der gesamte Winkelbereich α des dem Rotleuchtstoffsegment R bzw. dem Langpassfiltersegment r entsprechenden Kreissektors. Der restliche Teil α minus γ des gesamten Winkelbereichs α des Langpassfiltersegments r überlappt mit dem entsprechenden Teil des Gelbleuchtstoffsegments Y. Eine derartige Zwischeneinstellung kann selbstverständlich auch bei der in den 2a, b dargestellten Variante mit nur einem Filtersegment eingestellt werden. Das Kurzpassfiltersegment g überlappt im Winkelbereich δ mit dem Grünleuchtstoffsegment G. Der restliche Teil α minus δ des gesamten Winkelbereichs α des Kurzpassfiltersegments g überlappt mit dem entsprechenden Teil des Blaulichtsegments T/B. In der Gesamtwirkung ergibt sich integral ein Lichtstrom mit zeitweise gefiltertem Rot- Gelb- und Grünanteil.
In der in den 4a und 4b schematisch dargestellten Konfiguration weist das Filterrad 12 ähnlich wie in den 3a-c außer einem Transparenzsegment t sowohl ein Langpassfiltersegment r als auch ein Kurzpassfiltersegment g auf. Allerdings sind die beiden Filtersegmente r und g nicht gegenüberliegend sondern nebeneinander angeordnet. Das Leuchtstoffrad 5 weist nur ein Rotleuchtstoffsegment R, ein Gelbleuchtstoffsegment Y und ein transparentes Blaulicht- bzw. Blauleuchtstoffsegment T/B auf.
4a stellt eine Phasenbeziehung dar, bei der das Rotleuchtstoffsegment R und das Langpassfiltersegment r, die beide den gleichen Winkelbereich ε einnehmen, zeitlich vollständig überlappen. Das unmittelbar anschließende Kurzpassfiltersegment g, das den Winkelbereich η einnimmt, überlappt mit einem Teil des Gelbleuchtstoffsegments Y, das den azimutale Großteil des Leuchtstoffrads 5 einnimmt (Winkelbereich µ größer ε plus η). Der restliche Teil des Gelbleuchtstoffsegments Y und das Blaulicht- bzw. Blauleuchtstoffsegment T/B treffen auf das Transparenzsegment t des Filterrads 12, erfahren also keine spektrale Filterung. In der Gesamtwirkung resultiert in dieser Einstellung integral ein maximaler Lichtstrom mit verringertem Rot- sowie zeitweise gefiltertem Gelbanteil.
Bei der in 4b gezeigten Phasenbeziehung beginnt das Langpassfiltersegment r erst nach dem Ende des Rotleuchtstoffsegments R, d.h. der Rotanteil bleibt ungefiltert. Dafür überlappt das Langpassfiltersegment r mit einem Teil des Gelbleuchtstoffsegments Y. Das unmittelbar anschließende Kurzpassfiltersegment g überlappt ebenfalls mit einem Teil des Gelbleuchtstoffsegments Y. Je ein Teil des Gelblichtstroms wird also durch das Langpassfiltersegment r bzw. Kurzpassfiltersegment g gefiltert. In der Gesamtwirkung resultiert integral in dieser Einstellung gegenüber der in 4a gezeigten Einstellung also ein verringerter Lichtstrom, aber mit größerem Rotanteil des abgestrahlten Lichtes.
In der in den 5a und 5b schematisch dargestellten Konfiguration entspricht das Filterrad 12 im Prinzip dem in den 4a-b Gezeigten. Allerdings erstreckt sich hier das Kurzpassfiltersegment g über die Hälfte des Filterrads 12, d.h. der zugehörige Winkelbereich beträgt 180°. Das angrenzende Langpassfiltersegment r ist so bemessen, dass das verbleibende Transparenzsegment t des Filterrads 12 den gleichen Winkelbereich λ abdeckt, wie das Blaulicht- bzw. Blauleuchtstoffsegment T/B des Leuchtstoffrads 5. Der Rest des Leuchtstoffrads 5, d.h. der Winkelbereich 360° minus λ, wird von einem Gelbleuchtstoffsegments Y abgedeckt. Es handelt sich hier also um ein BY-Leuchtstoffrad.
Bei der in 5a gezeigten Phasenbeziehung beginnt das Kurzpassfiltersegment g mit dem Blaulicht- bzw. Blauleuchtstoffsegment T/B des Leuchtstoffrads 5 und erstreckt sich über einen ersten Teil des Gelbleuchtstoffsegments Y. Der verbleibende 180°-Winkelbereich des Gelbleuchtstoffsegments Y wird bis auf den Winkelbereich λ vom Langpassfiltersegment r überlappt. Vom Gelbleuchtstoffsegment Y bleibt also nur der Winkelbereich λ spektral ungefiltert. Das während des Blaulichtsegments T/B auf das Kurzpassfiltersegment g treffende kurzwellige Blaulicht passiert das Kurzpassfilter ebenfalls spektral ungefiltert. In der Gesamtwirkung resultiert in dieser Einstellung integral ein maximaler Lichtstrom mit zeitweise durch das Kurzpassfiltersegment g bzw. Langpassfiltersegment r gefilterten Gelbanteil.
Bei der in 5b gezeigten Phasenbeziehung überlappen das Blaulicht- bzw. Blauleuchtstoffsegment T/B des Leuchtstoffrads 5 und das den gleichen Winkelbereich λ abdeckende Transparenzsegment t des Filterrads 12 vollständig. Dadurch überlappt auch das Gelbleuchtstoffsegment Y über seinen gesamten Winkelbereich (360° minus λ) mit dem Kurzpassfiltersegment g und dem unmittelbar anschließenden Langpassfiltersegment r. In der Gesamtwirkung resultiert also integral ein geringerer Lichtstrom als bei der in 5a gezeigten Einstellung, aber mit mehr Grünanteil.
In der in den 6a und 6b schematisch dargestellten Konfiguration weist das Filterrad 12 ein Transparenzsegment t, ein Kurzpassfiltersegment g und ein Bandsperrfilter o auf. Hinsichtlich der Filterwirkung des Bandsperrfilters o wird auf die 9 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. Das Leuchtstoffrad 5 weist gegenüber dem in 5a, b gezeigten zusätzlich ein Grünleuchtstoffsegment G auf. Es handelt sich also um ein BYG-Leuchtstoffrad.
Bei der in 6a gezeigten Phasenbeziehung überlappt das Kurzpassfiltersegment g das Grünleuchtstoffsegment G vollständig und das Blaulicht- bzw. Blauleuchtstoffsegment T/B teilweise. Die gesamte Grünlichtphase wird also gefiltert. Das kurzwellige Blaulicht kann sowohl das Kurzpassfilter als auch das Bandsperrfilter passieren, bleibt also spektral ungefiltert. Ein Teil der folgenden Gelblichtphase wird durch das Bandsperrfilter gefiltert. Der Rest der Gelblichtphase bleibt durch das anschließende Transparenzsegment t des Filterrads spektral ungefiltert. Insgesamt resultiert in dieser Stellung ein maximaler Lichtstrom mit viel Gelbanteil.
Bei der in 6b gezeigten Phasenbeziehung überlappt das Gelbleuchtstoffsegment Y vollständig mit dem Bandsperrfilter o und dem Großteil des Kurzpassfilters g, d.h. die Gelblichtphase wird komplett gefiltert. Das Transparenzsegment t überlappt vollständig mit dem Grünleuchtstoffsegment G und dem Großteil des Blaulicht- bzw. Blauleuchtstoffsegment T/B, d.h. sowohl die Grünlichtphase als auch die Blaulichtphase bleiben spektral ungefiltert. Insgesamt resultiert in dieser Stellung ein gegenüber 6a geringerer Lichtstrom ohne Gelbanteil aber dafür mit mehr rot und grün.
7 zeigt schematisch die Emissionskurve 20 eines Rotleuchtstoffs und eine idealisierte Filterkurve 21 eines Langpassfilters. Dazu ist auf der Y-Achse die von einem Rotleuchtstoff emittierte Lichtleistung L_R schematisch über der Wellenlänge λ aufgetragen. Für die Filterkurve 21 ist die idealisierte Transmission T als Funktion der Wellenlänge λ aufgetragen. In diesem exemplarischen Beispiel ist erkennbar, dass das Langpassfilter den kurzwelligen Teil des Emissionsspektrums 20 des Rotleuchtstoff sperrt und nur den langwelligeren Teil transmittiert. Dabei weisen reale Filter natürlich keine idealisierte Treppenfunktion auf. Dies gilt auch für die folgenden Beispiele 8-9.
8 zeigt schematisch die Emissionskurve 22 eines Grünleuchtstoffs und die Filterkurve 23 eines Langpassfilters. Hier ist erkennbar, dass das Kurzpassfilter den langwelligen Teil des Emissionsspektrums 22 des Rotleuchtstoff sperrt und nur den kurzwelligeren Teil transmittiert.
9 zeigt schematisch die Emissionskurven 24, 25 einer blauen Laserdiode bzw. eines Rotleuchtstoffs und die Filterkurve 26 eines Bandsperrfilters. Hier ist erkennbar, dass das Bandsperrfilter das kurzwellige blaue Laserlicht 24 und langwelligeren Teil des Emissionsspektrums 25 des Rotleuchtstoff transmittiert und nur einen schmalen Wellenlängenbereich, der im wesentlichen mit dem kurzwelligeren Teil des Emissionsspektrums 25 des Rotleuchtstoff zusammenfällt, sperrt.
10 zeigt eine schematische Darstellung einer Variante 100 des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung. Diese Variante unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, dass die Position von Pumplichtquelle 2 (Laserdiodenmatrix einschließlich Umlenkspiegel und erstem Homogenisator) und Filterrad 12 (einschließlich Fokussierlinsensystem 6' und optischem Integrator 13) vertauscht sind. Außerdem ist die Beschichtung des dichroitischen Spiegels 107 entsprechend angepasst, nämlich reflektierend für die blaue Laserstrahlung I_B und transparent für das Konversionslicht, beispielsweise das Grünlicht I_G. Das blaue Laserlicht I_B wird so vom dichroitischen Spiegels 107 auf das Leuchtstoffrad 5 reflektiert. Das von dort kommende Konversionslicht I_G passiert den dichroitischen Spiegel 107 und wird mit Hilfe des Fokussierlinsensystems 6' auf das Filterrad 12 fokussiert. Das von der Wrap-Around-Schleife kommende blaue Laserlicht I_B wird vom dichroitischen Spiegel 107 auf das Filterrad 12 fokussiert. Nach dem Filterrad 12 gelangen die jeweiligen Farblichtanteile zeitlich sequentiell in den optischen Integrator 13 oder ein anderes optisches System. Die restlichen Elemente und deren Anordnung der in 10 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung 100 unterscheiden sich nicht von der in 1 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung 1. Insbesondere ist auch die Phasensteuerung zwischen Leuchtstoffrad 5 und Filterrad 12 mittels der Phasensteuereinheit 16 unverändert. Insofern sind auch die in den 2a - 6b gezeigten Ausführungsformen des Leuchtstoffrads 5 und Filterrads 12 sowie deren verschiedene Phasenbeziehungen für die in 10 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung 100 verwendbar.
Es versteht sich von selbst, dass die vorstehend erläuterten Ausführungsformen von Leuchtstoffrad und Filterrad sowie die jeweils gezeigten Phasenbeziehungen lediglich exemplarischen Charakter haben und darüber hinaus weitere Abwandlungen denkbar sind, die gleichwohl in den beanspruchten Schutzbereich fallen.
Das Filterrad kann auch direkt vor der Reflektionsseite des Leuchtstoffrads angeordnet sein werden. Das Filterrad und das Leuchtstoffrad können auch auf derselben Drehachse angeordnet sein sofern eine Steuerung der Phasenbeziehungen zwischen beiden Rädern möglich ist. Es können auch mehrere Filterräder in serieller Anordnung mit separat einstellbaren Phasenbeziehung zum Leuchtstoffrad und/oder zu den anderen Filterrädern vorgesehen sein.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (1), umfassend a. eine Pumplichtquelle (2), b. eine Leuchtstoffanordnung (5), i. wobei die Leuchtstoffanordnung (5) mindestens ein Leuchtstoffelement (R, G, B, Y,) aufweist, das mit dem Pumplicht der Pumplichtquelle (2) bestrahlbar ist und dieses Pumplicht zumindest teilweise wellenlängenumgewandelt wieder abstrahlt, und ii. wobei die Leuchtstoffanordnung (5) in eine Strahlengang der Pumplichtquelle (2) bewegbar angeordnet ist, c. eine Filteranordnung (12), i. wobei die Filteranordnung (12) mindestens ein Filterelement (r, g) aufweist, das mit dem wellenlängenumgewandelten Licht bestrahlbar ist und ii. wobei die Filteranordnung (12) in einem Strahlengang des wellenlängenumgewandelten Lichts bewegbar angeordnet ist, d. eine Bewegungseinheit (17), die dazu ausgelegt ist, die Leuchtstoffanordnung (5) und die Filteranordnung (12) mit einer festen Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen Leuchtstoffelement (R, G, B, Y) und dem mindestens einen Filterelement (r, g) zu bewegen, e. und eine Phasensteuereinheit (16) zur Steuerung der Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement (R, G, B, Y) und dem mindestens einen sich bewegenden Filterelement (r, g), wobei die bewegbare Leuchtstoffanordnung als drehbares Leuchtstoffrad (5) und die bewegbare Filteranordnung als drehbares Filterrad (12) ausgebildet sind, und wobei die Phasensteuereinheit (16) für eine Änderung der Phasenbeziehung zwischen Leuchtstoffrad (12) und Filterrad (5) ausgelegt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Filterelement als Langpassfilter (r), Kurzpassfilter (g), Bandsperrfilter (o) oder Bandpassfilter ausgelegt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2 mit einem oder mehreren weiteren Filterelementen, die als Filter aus der in Anspruch 2 genannten Gruppe von Filtern ausgelegt sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filteranordnung (12) ein Transparenzelement (t) aufweist, das für das Pumplicht und das wellenlängenumgewandelte Licht transparent ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine Leuchtstoffelement und das mindestens eine Filterelement als kreissektorförmiges oder kreisringförmiges Leuchtstoffsegment (R, G, B, Y) bzw. Filtersegment (r, g) ausgebildet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das mindestens eine Filtersegment (r) einen Winkelbereich (α, ε) einnimmt, der gleich groß ist wie der Winkelbereich (α, ε) des mindestens einen Leuchtstoffsegments (R).
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Winkelbereich (α) des mindestens einen Filtersegments (r) kleiner ist als der Winkelbereich (ß) eines weiteren Leuchtstoffsegments (Y).
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pumplicht der Pumplichtquelle (2) blaue Laserstrahlung und/oder blauviolette und/oder ultraviolette Laserstrahlung umfasst.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtstoffanordnung (5) mindestens einen Leuchtstoff umfasst, der eine Dominanzwellenlänge im grünen (G) und/oder roten (R) und/oder gelben (Y) und/oder blauen (B) Wellenlängenbereich umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit mindestens zwei verschiedenen wählbaren Betriebsmodi, für die gilt: a. Betriebsmodus A: Einstellen einer ersten Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement (R) und dem mindestens einen sich synchron zum Leuchtstoffelement (R) bewegenden Filterelement (r) mit Hilfe der Phasensteuereinheit (16) b. Betriebsmodus B: Einstellen einer zweiten Phasenbeziehung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement (R) und dem mindestens einen sich synchron zum Leuchtstoffelement (R) bewegenden Filterelement (r) mit Hilfe der Phasensteuereinheit (16), wobei die zweite Phasenbeziehung verschieden ist von der ersten Phasenbeziehung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die erste Phasenbeziehung einer ersten zeitlichen Überlappung und die zweite Phasenbeziehung einer anderen oder keinen zeitlichen Überlappung zwischen dem mindestens einen sich bewegenden Leuchtstoffelement (R) und dem mindestens einen sich synchron zum Leuchtstoffelement (R) bewegenden Filterelement (r) entspricht und wobei während der zeitlichen Überlappung das von dem mindestens einen Leuchtstoffelement (R) emittierte Licht (IR) das genannte Filterelement (r) passieren kann.
Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Proj ektor.