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Lichtmodul zur Erzeugung von wellenlängenkonvertiertem Licht
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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von einem Lichtmodul zur Erzeugung von wellenlängenkonvertiertem Licht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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In Lichtmodulen, insbesondere LARP(Laser Activated Remote Phosphor)-Anwendungen, sind üblicherweise mehrere unterschiedliche Leuchtstoffe in unterschiedlichen Sektoren eines Farbrads angeordnet, welche bei Rotation des Farbrads sequentiell durch eine Anregungsstrahlungsquelle, wie z.B. einem Laser, beleuchtet werden. Die Leuchtstoffe konvertieren dabei die Anregungsstrahlung, welche üblicherweise im blauen und/oder UV Spektralbereich liegt, in Licht mit einer längeren dominanten Wellenlänge. Durch Leuchtstoffe, wie z.B. Grün-Leuchtstoffe, Gelbleuchtstoffe und Rotleuchtstoffe, kann so Licht mit einer dominanten Wellenlänge im grünen, gelben und im roten Spektralbereich erzeugt werden. Dieses von den Leuchtstoffen emittierte Licht wird dann einem Ausgang des Lichtmoduls zugeführt, an den sich beispielsweise ein Integrator anschließt. Weiterhin kann auch ein Teil der Anregungsstrahlung dem Ausgang zugeführt werden. Dazu weist das Farbrad üblicherweise in einem oder mehreren Sektoren eine Durchgangsöffnung auf, so dass auf diese Durchgangsöffnung treffende Anregungsstrahlung durch das Farbrad unkonvertiert durchgeführt werden kann und durch geeignete Umlenkung dieses Strahls zum Ausgang des Lichtmoduls geführt werden kann.
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Aktuell verfügbare Grün- und Rotleuchtstoffe für LARP-Lichtmodule weisen Emissionsspektren auf, die für anspruchsvolle Projektionsanwendungen nicht gut geeignet sind. Die dominante Wellenlänge im grünen Kanal ist dabei zu groß und im roten Kanal zu gering. Um die dominanten Wellenlängen dieser Leuchtstoffe zu verschieben, können entsprechende Filter verwendet werden, die auf einem zum Farbrad synchronisierten Filterrad angeordnet sind, insbesondere vor dem Integrator. Dieses Filterrad verursacht jedoch zusätzliche Kosten, zusätzlichen Platzbedarf und zusätzlichen Aufwand in der Ansteuerung des Filterrades und der Synchronisation mit dem Farbrad.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Lichtmodul zur Erzeugung von wellenlängenkonvertiertem Licht bereitzustellen, das eine Vergrößerung des adressierbaren Farbraums mit weniger aufwändigen Mitteln ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lichtmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Lichtmodul zur Erzeugung von wellenlängenkonvertiertem Licht umfasst eine Anregungsstrahlungsquelle zur Erzeugung von Anregungsstrahlung mit mindestens einer Wellenlänge in einem ersten Wellenlängenbereich. Weiterhin weist das Lichtmodul ein um eine Drehachse drehbares Farbrad auf, welches in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich unterteilt ist, welche nicht überlappend und in radialer Richtung zueinander angeordnet sind, so dass einer der zwei Bereiche einen inneren Bereich des Farbrads darstellt und einer der zwei Bereiche einen äußeren Bereich des Farbrads darstellt. Weiterhin weist das Farbrad eine Mehrzahl an Sektoren auf, wobei im ersten Bereich zumindest in einem der Sektoren des Farbrads ein Wellenlängenkonversionselement angeordnet ist, das dazu ausgelegt ist, Strahlung mit einer Wellenlänge im ersten Wellenlängenbereich in Licht mit einer dominanten Wellenlänge in einem vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren. Des Weiteren ist das Lichtmodul derart ausgebildet, dass von der Anregungsstrahlungsquelle ausgesandte Anregungsstrahlung derart auf das Farbrad lenkbar ist, dass bei einer Rotation des Farbrads um die Drehachse die Sektoren sequentiell und innerhalb des ersten Bereichs bestrahlbar sind. Des Weiteren ist zumindest ein Teilbereich des zweiten Bereichs lichtdurchlässig für zumindest einen Teil des sichtbaren Wellenlängenspektrums ausgebildet, wobei das Lichtmodul weiterhin derart ausgebildet ist, dass zumindest ein Teil des vom mindestens einen ersten Wellenlängenkonversionselement konvertierten und emittierten Lichts durch den mindestens einen Teilbereich des zweiten Bereichs, welcher für zumindest einen Teil des sichtbaren Wellenlängenspektrums lichtdurchlässig ausgebildet ist, zu einem Ausgang des Lichtmoduls führbar ist.
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Durch die Ausbildung des Farbrads mit einem für zumindest einen Teil des sichtbaren Wellenlängenspektrums lichtdurchlässigen Teilbereich im zweiten Bereich des Farbrads werden vielzählige Möglichkeiten bereitgestellt, um eine Filterung eines Emissionsspektrums eines Wellenlängenkonversionselement ohne ein zusätzliches Filterrad zu ermöglichen, insbesondere auch für den Fall, dass das Farbrad mehrere Wellenlängenkonversionselemente zum Bereitstellen von Licht unterschiedlicher Farbe, d.h. mit unterschiedlichen dominanten Wellenlängen, aufweist. Die Erfindung nutzt hierbei auf vorteilhafte Weise die Tatsache, dass das Farbrad „zu sich selbst synchron” ist. Dadurch können durch das Farbrad Zusatzfunktionen bereitgestellt werden, die über die Trägerfunktion zum Tragen von Wellenlängenkonversionselementen hinaus gehen. Insbesondere wird durch den zumindest einen zumindest zum Teil lichtdurchlässigen Bereich und die Führung von zumindest eines Lichtwegs durch das Farbrad, ermöglicht, das Farbrad gleichzeitig als Chopperrad zu nutzen, was z.B. die Verwendung statischer Filter ermöglicht, um Emissionsspektren auch bei mehreren rotierenden Wellenlängenkonversionselementen zu ermöglichen, und dies in besonders effizienter, kompakter und kostengünstiger Bauweise. Weiterhin ist es durch die Ausbildung des Farbrads mit zumindest einem für zumindest einen Teilbereich des sichtbaren Wellenlängenspektrums lichtdurchlässigen Teilbereich des zweiten Bereichs und die Führung des vom Wellenlängenkonversionselement emittierten Lichts durch diesen Teilbereich beispielsweise auch möglich, das Farbrad gleichzeitig auch als Filterrad auszubilden, und so das durchgeführte Licht zu filtern.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in mehreren Sektoren des Farbrads jeweils ein Wellenlängenkonversionselement innerhalb des ersten Bereichs des Farbrads angeordnet, wobei zumindest ein Teilbereich des zweiten Bereichs lichtundurchlässig ausgebildet ist. Insbesondere kann der zweite Bereich dabei auch eine Mehrzahl an lichtundurchlässigen Teilbereichen und eine Mehrzahl an zumindest teilweise lichtdurchlässigen, d.h. für zumindest einen Teil des sichtbaren Wellenlängenspektrums lichtdurchlässigen, Teilbereichen aufweisen. Diese Teilbereiche des zweiten Bereichs sind dabei bevorzugt so angeordnet, dass die zumindest zum Teil lichtdurchlässigen Teilbereiche und die lichtundurchlässigen Teilbereiche auf einer virtuellen Kreislinie oder einem Ring mit der Drehachse als Mittelpunkt und einem ersten Radius liegen. Weiterhin sind auch die Wellenlängenkonversionselemente im ersten Bereich so angeordnet, dass diese auf einer virtuellen Kreislinie oder einem Ring mit der Drehachse als Mittelpunkt liegen und mit einem zweiten vom ersten verschiedenen Radius. So kann es auf einfache Weise bewerkstelligt werden, dass die Anregungsstrahlung in einem ersten Abstand, welcher dem zweiten Radius entspricht, zur Drehachse auf das Farbrad eingestrahlt wird und so die Wellenlängenkonversionselemente sequentiell bei Drehung des Farbrads angeregt werden. Weiterhin kann es so auch auf einfache Weise bewerkstelligt werden, dass das von den Wellenlängenkonversionselementen emittierte Licht zumindest zum Teil wieder auf das Farbrad eingestrahlt wird, und zwar in einem Abstand zur Drehachse, welcher dem ersten Radius entspricht. Bedingt durch die Drehung des Farbrads und insbesondere durch die „zu sich selbst synchrone“ Drehung bzw. Rotation ist jedem Sektor im ersten Bereich, insbesondere jedem Wellenlängenkonversionselementbereich bzw. -abschnitt ein korrespondierender Teilbereich des zweiten Bereichs dadurch zugeordnet, dass zumindest ein Teil des aus diesem Sektor oder Wellenlängenkonversionselementbereich emittierte Licht auf den korrespondierenden Teilbereich des zweiten Bereichs triff, insbesondere zeitgleich, da die Lichtlaufzeit vernachlässigbar ist. So kann durch die Ausbildung des Farbrads mit lichtundurchlässigen und zumindest zum Teil lichtdurchlässigen Bereichen auf einfache Weise vorgegeben werden, welcher Lichtanteil von welchem Sektor des ersten Bereichs des Farbrads durch den zweiten Bereich des Farbrads durchgeführt wird oder nicht.
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Durch den lichtundurchlässigen Bereich sowie durch die Lenkung des Lichts auf diesen Bereich wird es z.B. auch ermöglicht, durch ein und den selben statischen Filter Spektralanteile zu separieren und die zu filternden Spektralanteile durch Lenkung auf einen lichtundurchlässigen Bereich des Farbrads zu entfernen, wobei es gleichzeitig möglich ist, für bestimmte Konversionselemente die auf das Farbrad gelenkten Spektralanteile durch eine entsprechende lichtdurchlässige Ausbildung der korrespondierenden Teilbereiche des zweiten Bereichs zu nutzen. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine Filterung von Wellenlängespektren ohne ein separates Filterrad.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Sektor im ersten Bereich eine Durchgangsöffnung zur Transmission der Anregungsstrahlung aufweist, wobei insbesondere dieser Sektor im zweiten Bereich lichtundurchlässig ausgebildet ist. Durch die Durchführung der Anregungsstrahlung durch diese Durchgangsöffnung, welche insbesondere ebenfalls bevorzugt auf der oben genannten virtuellen Kreislinie oder dem Ring mit dem zweiten Radius liegt, wird es auf vorteilhafte Weise ermöglicht, auch die nichtkonvertierte Anregungsstrahlung zur Kombination mit den anderen Lichtfarben zum Ausgang zu führen und zu nutzen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Lichtmodul zumindest ein erstes statisches Filterelement auf, das insbesondere dazu ausgelegt ist, Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge zu reflektieren oder zu transmittieren.
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Die Nutzung eines statischen, also nicht beweglichen bzw. fest angeordneten, nicht drehbaren Filterelements, insbesondere zur Filterung bestimmter Spektralanteile eines Emissionsspektrums eines Wellenlängenkonversionselements, wird dabei erst durch die zuvor beschriebene Ausgestaltung des Farbrads ermöglicht. Denn ein statischer Filterelement, wenn dieses im Strahlengang des Emissionslichts aller Wellenlängenkonversionselemente angeordnet ist, wirkt somit für alle Wellenlängenkonversionselemente. Da dieser Filter jedoch in Abhängigkeit der Wellenlänge reflektiert oder transmittiert kann das transmittierte und/oder das reflektierte Teillicht genutzt und zum Ausgang geführt werden. Wann jedoch ein transmittierter oder reflektierter Anteil genutzt werden soll, insbesondere von welchem Wellenlängekonversionselement, kann durch die Ausbildung des korrespondierenden zweiten Bereichs des Farbrads als lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig bestimmt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Lichtmodul derart ausgestaltet, dass ein Teil des vom Farbrad zumindest zum Teil entgegen einer Einstrahlrichtung der Anregungsstrahlung auf das Farbrad emittierten Lichts auf einem ersten Lichtweg zum Ausgang des Lichtmoduls geführt wird und ein Teil des Lichts auf einem zweiten zumindest zum Teil vom ersten Lichtweg verschiedenen Lichtweg zum Ausgang geführt wird, wobei zumindest der zweite Bereich des Farbrads zumindest zum Teil im ersten Lichtweg angeordnet ist, und wobei das Farbrad nicht im zweiten Lichtweg angeordnet ist, und wobei insbesondere der erste und der zweite Lichtweg vom Farbrad bis zum mindestens einen ersten statischen Filterelement identisch verlaufen und durch das mindestens eine erste statische Filterelement separiert werden. Durch diese Separation der Lichtwege in Kombination mit der Ausbildung des Farbrads mit zumindest zum Teil lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Teilbereichen kann so die Filterwirkung für ein jeweiliges Wellenlängenkonversionselement vorteilhafter Weise gezielt gesteuert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Lichtmodul derart ausgebildet, dass vom Farbrad emittiertes, auf das erste statische Filterelement eingestrahltes und vom ersten statischen Filterelement transmittiertes Licht auf dem ersten Lichtweg zum Ausgang geführt wird, und dass vom ersten statischen Filterelement reflektiertes Licht auf dem zweiten Lichtweg auf zumindest einen Teilbereich des zweiten Bereichs des Farbrads trifft.
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Dies stellt eine besonderes einfache und kompakte Möglichkeit der Lichtführung bereit, da vom Farbrad emittiertes Licht, das wieder auf das Farbrad eingestrahlt werden soll, sowieso zurückgeführt, also reflektiert werden muss.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das erste statische Filterelement eine Filterebene auf, wobei ein Normalenvektor dieser Filterebene einer dem Farbrad zugewandten Seite des ersten statischen Filterelements gegenüber einer Einstrahlrichtung der Anregungsstrahlung auf das erste statische Filterelement um einen Winkel im Bereich von 0° bis ausschließlich 45°, insbesondere von 5° bis einschließlich 30°, bevorzugt von 10° bis einschließlich 20°, besonders bevorzugt von 10° bis einschließlich 15°, in Richtung der Drehachse des Farbrads geneigt ist. Insbesondere können dabei der Normalenvektor, die Drehachse des Farbrads und die Einstrahlrichtung der Anregungsstrahlung auf das erste statische Filterelement in einer Ebene liegen. Dies stellt eine besonders einfache und daher vorteilhafte Ausgestaltung dar. Es können aber auch andere Ausgestaltungen vorgesehen sein, bei denen der Normalenvektor nicht in dieser Ebene liegt und innerhalb der oben genannte Winkelbereiche gegenüber der Einstrahlrichtung der Anregungsstrahlung verkippt ist.
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Durch diese Ausgestaltung wird es auf besonders vorteilhafte Weise ermöglicht, dass das vom Farbrad emittierte und vom Filterelement reflektierte Licht direkt auf das Farbrad zurückgeworfen wird, insbesondere ohne weitere Umlenkspiegel, wodurch eine besonders kostengünstige und kompakte Projektionsanordnung bereitgestellt werden kann.
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Alternativ kann der Normalenvektor des Filterelements auch in einem Winkel von 45° zum Strahlengang, d.h. zur Einfallsrichtung der Anregungsstrahlung auf das Filterrad und/oder auf das erste Filterelement selbst in Richtung der Drehachse des Farbrads verkippt, angeordnet sein und durch einen weiteren Umlenkspiegel, welcher bevorzugt ebenfalls in einem 45°-Winkel zum Strahlengang angeordnet ist, das vom Filterelement reflektierte Licht wieder auf das Farbrad gelenkt werden. Für eine derartige Anordnung sind zwar mehr optische Elemente erforderlich, jedoch reduziert sich durch die rechtwinklige Strahlführung der Justageaufwand.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Lichtmodul derart ausgebildet, dass vom Farbrad von einer Stelle des mindestens einen Wellenlängenkonversionselements zu einem Zeitpunkt emittiertes, auf das erste statische Filterelement eingestrahltes und vom ersten statischen Filterelement reflektiertes Licht zumindest zum Teil auf einem derartigen Lichtweg auf einen Auftreffort in zumindest einem Teilbereich des zweiten Bereichs des Farbrads zu diesem Zeitpunkt trifft, so dass eine verlängerte Verbindungsgerade zwischen der Stelle des mindestens einen Wellenlängenkonversionselements und dem Auftreffort nicht durch die Drehachse des Farbrads verläuft. Mit anderen Worten kann auch eine dreidimensionale Strahlführung realisiert sein, z.B. so, dass das vom ersten statischen Filterelement reflektierte Licht aus einer ersten Ebene, die durch die Drehachse des Farbrads und der Einfallsrichtung der Anregungsstrahlung auf das Farbrad gebildet ist, herausgelenkt wird, beispielsweise durch einen Umlenkspiegel, und weiterhin in eine zu dieser ersten Ebenen verschiedenen und parallelen zweiten Ebene gelenkt wird, z.B. durch einen weiteren Umlenkspiegel. Eine dreidimensionale Stahlführung hat den Vorteil, dass dies viel mehr Freiheitsgrade bezüglich der Ausgestaltung der Strahlengänge und somit auch der optischen Elemente zueinander zulässt, so dass sich durch eine derartige Ausgestaltung das Lichtmodul und die Anordnung seiner einzelnen Komponenten optimieren lässt und kompakter ausgestalten lässt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Teilbereich des zweiten Bereichs des Farbrads, welcher lichtdurchlässig für zumindest einen Teil des sichtbaren Wellenlängenspektrums ausgebildet ist, als Durchgangsöffnung im Farbrad ausgebildet. Durch diese Ausbildung lässt sich das Farbrad auf besonders einfache und kostengünstige Weise gleichzeitig als Chopperrad ausbilden. Die Filterung von bestimmten Emissionsspektren kann dann auf einfache Weise, wie beschrieben, in Kombination mit dem statischen Filterelement bewerkstelligt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teilbereich des zweiten Bereichs des Farbrads, welcher lichtdurchlässig für zumindest einen Teil des sichtbaren Wellenlängenspektrums ausgebildet ist, auch ein Filterelement aufweisen, das dazu ausgelegt ist, Licht in zumindest einem vorgebbaren Wellenlängebereich zu transmittieren und Licht mit Wellenlängen aus einem vom mindestens einen vorgebbaren Wellenlängenbereich verschiedenen Wellenlängenbereich nicht zu transmittieren. Dadurch wird es beispielsweise ermöglicht, das Emissionsspektrum eines Wellenlängenkonversionselements, z.B. das zum Bereistellen von rotem Licht am Ausgang, durch das statisch angeordnete Filterelement zu bewerkstelligen und die Filterung des Emissionsspektrums eines weiteren Leuchtstoffs, z.B. das eines Grünleuchtstoffs, durch das im Teilbereich des Farbrads befindliche Filterelement zu bewerkstelligen. Es kann auch vorgesehen sein für jeweils zu filternde Emissionsspektren von jeweiligen Wellenlängenkonversionselemente in den korrespondierenden Teilbereichen des zweiten Bereichs die entsprechenden Filterelemente anzuordnen. Dabei kann das im Farbrad angeordnete Filterelement in beliebiger Weise ausgebildet sein, z.B. als Absorptionsfilter, der zu filternde Spektralanteile absorbiert, oder als Interferenzfilter, der bestimmte Spektralanteile reflektiert und andere transmittiert.
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Weiterhin ist der erste statische Filter als Interferenzfilter ausgebildet. Durch diese Ausbildung können sowohl der transmittierte als auch das reflektierte Licht genutzt werden. Der statische Filter kann dabei je nach Anwendungsfall als Langpassfilter, Kurzpassfilter, Bandpassfilter und/oder Bandsperrfilter ausgebildet sein, und insbesondere auch dazu ausgebildet sein, einen oder mehrere nicht zusammenhängende Wellenlängenbereiche zu transmittieren und/oder zu reflektieren. Dadurch stehen vielzählige Möglichkeiten der Lichtführung und Filterung bereit.
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Die Anregungsstrahlungsquelle umfasst weiterhin bevorzugt einen Laser oder Laserdiode, welche Licht im blauen Spektralbereich, insbesondere bei 440 nm bis 480 nm emittieren. Dieser Wellenlängenbereich ist besonderes gut zur Anregung von Wellenlängenkonversionselementen, insbesondere Leuchtstoffen, geeignet und weiterhin ist blaues Licht in diesem Wellenlängenbereich gut geeignet um dieses mit den übrigen am Ausgang bereitgestellten Farben zu kombinieren. Weiterhin kann durch Laser und Laserdioden ein sehr schmalbandiges Anregungsspektrum, insbesondere im Wesentlichen auf eine Spektrallinie konzentriert, bereitgestellt werden, wodurch sich Leuchtstoffe besonders effektiv anregen lassen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Wellenlängenkonversionselement als Rotleuchtstoff und/oder Gelbleuchtstoff und/oder Grünleuchtstoff ausgebildet, der dazu ausgebildet ist, Licht mit einer dominanten Wellenlänge im roten bzw. gelben bzw. grünen Spektralbereich zu emittieren. Insbesondere mit der blauen Anregungsstrahlung lässt sich durch diese Grundfarben ein großer Farbraum bereitstellen, der insbesondere durch oben beschriebene Filtermöglichkeiten, bevorzugt des roten und/oder grünen Lichts noch zusätzlich vergrößert werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch, dass das Lichtmodul derart ausgebildet ist, dass am Ausgang des Lichtmoduls bereitgestelltes rotes Licht durch das von einem Gelbleuchtstoff emittierte und durch einen Langpassfilter gefilterte Licht bereitgestellt ist. Die Verwendung von Gelbleuchtstoffen zur Erzeugung von Licht im roten Spektralbereich hat den Vorteil, dass sich dadurch der Lichtstrom im roten Kanal erhöhen lässt. Da Gelbleuchtstoffe eine deutlich höhere Konversionseffizienz aufweisen als Rotleuchtstoffe lässt sich dadurch trotz Filterung ein Lichtstromvorteil erzielen, der insbesondere bei hoher Anregungsstrahlungsleistung strak zum Tragen kommt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung eines Farbrads für ein Lichtmodul gemäß 1 und 5;
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3 eine schematische Darstellung einer Filtercharakteristik des ersten Filterelements des Lichtmoduls gemäß 1 und 5;
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4 eine schematische Darstellung einer Filtercharakteristik des zweiten Filterelements des Lichtmoduls gemäß 1 und 5;
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5 eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6 eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7 eine schematische Darstellung der Filtercharakteristik eines gelben Notch-Filters für ein Lichtmodul gemäß 6;
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8 eine schematische Darstellung eines Farbrads für ein Lichtmoduls gemäß 6;
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9 eine schematische Darstellung eines mittels eines gelben Notch-Filters gefilterten Emissionsspektrums eines Grünleuchtstoffs;
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10 eine schematische Darstellung eines mittels eines gelben Notch-Filters gefilterten Emissionsspektrums eines Rotleuchtstoffs; und
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11 eine schematische Darstellung eines mittels eines gelben Notch-Filters gefilterten Emissionsspektrums eines Gelbleuchtstoffs.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls 10a gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Lichtmodul 10a weist eine Anregungsstrahlungsquelle 12, welche insbesondere einen blauen Laser und/oder eine oder mehrere Laserdioden umfassen kann, auf, die Anregungsstrahlung 14 im blauen Spektralbereich, insbesondere zwischen 440 nm und 480 nm emittiert. Weiterhin weist das Lichtmodul 10a ein Farbrad 16 auf, welches um eine Drehachse A rotierbar ist, insbesondere mit einer konstanten Drehfrequenz.
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Dieses Farbrad 16 ist in 2 in einer Draufsicht, d.h. in einer Ebene senkrecht zur Drehachse A dargestellt. Das Farbrad 16 ist in zwei Bereiche unterteilbar, und zwar einen äußeren ersten Bereich B1 und einen inneren zweiten Bereich B2, was durch die Grenzlinie 17 zwischen beiden Bereichen B1 und B2 veranschaulicht werden soll. Weiterhin weist das Farbrad 16 mehrere Sektoren auf, hier exemplarisch 8 Sektoren 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g und 16h.
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Auf dem Farbrad 16 sind in diesem Beispiel weiterhin zwei verschiedene als Leuchtstoffe 18 und 20 ausgebildete Wellenlängenkonversionselemente aufgebracht. Diese sind ringsegmentförmig ausgebildet und innerhalb des ersten Bereichs B1 des Farbrads 16 angeordnet. Dabei ist in den Sektoren 16c und 16g jeweils ein Grünleuchtstoff 18 und in den Sektoren 16a, 16b, 16e und 16f jeweils ein Gelbleuchtstoff 20 angeordnet. In den Sektoren 16h und 16d ist jeweils eine Durchgangsöffnung 22 zur unkonvertierten Durchführung der Anregungsstrahlung 14 angeordnet, ebenfalls innerhalb des ersten Bereichs B1 des Farbrads 16 und ebenfalls ringsegmentförmig ausgebildet. Die Leuchtstoffsegmente 18 und 20 und die Durchgangsöffnungssegmente 22 bilden somit zumindest einen Teil eines äußeren Rings um die Drehachse A, insbesondere können sie in tangentialer Richtung aneinander anschließend angeordnet sein oder auch voneinander beabstandet. Dabei liegen sie auf einer gedachten Kreislinie mit der Drehachse A als Mittelpunkt und einem ersten Radius R1.
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Weiterhin sind im zweiten Bereich B2 des Farbrads 16, insbesondere jeweils in den Sektoren 16a, 16c, 16e und 16g, ebenfalls Durchgangsöffnungen 24 angeordnet. Diese liegen ebenfalls auf einer gedachten Kreislinie mit der Drehachse A als Mittelpunk, jedoch mit einem kleineren zweiten Radius R2 als der erste Radius R1.
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Dieses Farbrad 16 dient insbesondere dazu, Licht mit den Farben Rot, Grün, Gelb und Blau am Ausgang 26 der Anordnung in einer zeitlichen Abfolge bereitzustellen. Die Lichtwege der einzelnen Farben sind dabei durch unterschiedlich gestrichelte Linien dargestellt. Dabei bezeichnet R Licht mit einer dominanten Wellenlänge im roten Spektralbereich, G Licht mit einer dominanten Wellenlängen im grünen Spektralbereich und Y Licht mit einer dominanten Wellenlänge im gelben Spektralbereich. Als blaues Licht wird dabei die Anregungsstrahlung 14 verwendet, die in den Sektoren 16h und 16d durch die Durchgangsöffnungssegmente 22 im ersten Bereich B1 des Farbrads 16 dieses passieren kann und zum Ausgang 26 durch geeignete optische Elemente geführt wird. Das grüne Licht wird durch Anregung des grünen Leuchtstoffs 18 erzeugt und das gelbe Licht durch Anregung des Gelbleuchtstoffs 20, insbesondere in den Sektoren 16a und 16e. Das rote Licht wird in diesem Beispiel ebenfalls durch Anregung des Gelbleuchtstoffs 20, insbesondere in den Sektoren 16b und 16f, und durch anschließende Filterung des Emissionsspektrums erzeugt, so dass nur der langwellige Spektralbereich des gelben Emissionsspektrums am Ausgang 26 der Anordnung bereitgestellt wird. Um dies ohne ein zusätzliches und zum Farbrad 16 synchronisiertes Filterrad bewerkstelligen zu können, ist eine geeignete Filteranordnung und Strahlführung erforderlich, die z.B. durch die in 1 dargestellte Anordnung auf vorteilhafte Weise ermöglicht wird.
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Das Lichtmodul 10a gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist dazu eine Mehrzahl an optischen Elementen auf. Die von der Anregungsstrahlungsquelle 12 emittierte Anregungsstrahlung 14 wird zunächst mittels eines ersten Filterelements 28a auf das Farbrad 16 gelenkt.
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Die Filtercharakteristik dieses ersten Filterelements 28a ist dabei in 3 schematisch dargestellt. Dabei ist die transmittierte Intensität Itrans in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt. Wie in 3 zu erkennen ist, ist dieses erste Filterelement 28a als Langpassfilter ausgebildet, insbesondere mit einer Grenzwellenlänge G, welche bevorzugt bei ca. 590 nm bis 605 nm liegt, d.h. das erste Filterelement 28a transmittiert im Wesentlichen nur Licht im roten Spektralbereich und reflektiert Licht mit kürzeren Wellenlängen als die Grenzwellenlänge G.
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Dieses erste Filterelement 28a ist dabei in einem 45°-Winkel im Strahlengang bezogen auf die eingestrahlte Anregungsstrahlung 14 angeordnet, d.h. der Normalenvektor des ersten Filterelements 28a schließt mit der Einstrahlungsrichtung der Anregungsstrahlung 14 auf das erste Filterelement 28a einen 45°-Winkel ein. Nach Umlenkung der Anregungsstrahlung 14 durch dieses erste Filterelement 28a durch Reflexion passiert die Anregungsstrahlung 14 ein zweites Filterelement 30a, welches für blaues Licht ebenfalls transmittierend ausgebildet ist. Die Filtercharakteristik dieses zweiten Filterelements 30a ist dabei schematisch in 4 dargestellt. Dieses zweite Filterelement 30a ist hierbei als Bandsperrfilter ausgebildet, der Licht in einem Wellenlängenbereich bis zu einer ersten Grenzwellenlänge G1 und in einem Wellenlängenbereich ab einer zweiten Grenzwellenlänge G2 transmittiert und Licht im dazwischen befindlichen Wellenlängenbereich, insbesondere im grünen und gelben Wellenlängenbereich, reflektiert.
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Nachdem die Anregungsstrahlung 14 dieses zweite Filterelement 30a passiert hat, trifft diese zumindest ca. im Abstand R1 zur Drehachse A auf dem Farbrad 16 auf bzw. tritt durch dieses hindurch und beleuchtet somit die Sektoren 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g und 16h mit den Wellenlängenkonversionselementen und der Durchgangsöffnung 22 im ersten Bereich B1 des Farbrads 16 bei einer Rotation des Farbrads 16 sequenziell.
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Trifft die Anregungsstrahlung 14 dabei auf einen der Sektoren 16d oder 16h des Farbrads 16, der im ersten Bereich B1 die Durchgangsöffnung 22 aufweist, so geht die Anregungsstrahlung 14 durch das Farbrad 16 hindurch, passiert ein drittes Filterelement 32a, welches zumindest für blaues Licht transmittierend ausgebildet ist, und wird weiterhin durch drei Umlenkspiegel 34, deren Spiegeloberfläche jeweils in einem 45°-Winkel zum Strahlengang angeordnet sind, wiederum auf das erste Filterelement 28a gelenkt, welches wie beschrieben für blaues Licht reflektierend ausgebildet ist. Durch dieses wird die Anregungsstrahlung 14 letztendlich zum Ausgang 26 der Anordnung reflektiert. Das dritte Filterelement 32a kann dabei mit einer Filtercharakteristik wie z.B. das zweite Filterelement 30a und in 4 dargestellt ausgebildet sein, oder auch als Kurzpassfilter, der nur die Anregungsstrahlung 14 transmittiert und Licht größerer Wellenlängen reflektiert.
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Die Erzeugung des Lichts im roten Spektralbereich wird hierbei wie folgt bewerkstelligt: Die von der Anregungsstrahlungsquelle 12 emittierte Anregungsstrahlung 14 wird, wie beschrieben, auf das Farbrad 16 gelenkt. Trifft die Anregungsstrahlung 14 beim Einstrahlen auf das Farbrad 16 nun auf einen Sektor mit dem Gelbleuchtstoff 20, insbesondere auf die Sektoren 16b und 16f, so wird der Gelbleuchtstoff 20 angeregt und emittiert Licht mit einer dominanten Wellenlänge im gelben Spektralbereich. Dieses gelbe Emissionsspektrum umfasst dabei typischerweise auch rote und grüne Spektralanteile. Dieses vom Gelbleuchtstoff 20 emittierte Licht wird in Richtung des zweiten Filterelements 30a abgestrahlt und trifft auf dieses auf. Diese zweite Filterelement 30a ist, wie beschreiben, als Bandsperrfilter ausgebildet, so dass lediglich der rote Spektralanteil des gelben Emissionsspektrums dieses zweite Filterelement 30a transmittiert. Dieser rote Spektralanteil passiert weiterhin das erste Filterelement 28 und wird am Ausgang 26 bereitgestellt. Durch geeignete Wahl des ersten oder zweiten Filterelements 28 bzw. 30 und der Grenzwellenlänge G bzw. G2 kann die dominante Wellenlänge des am Ausgang 26 bereitgestellten roten Lichts festgelegt bzw. bestimmt werden. Somit lässt es sich durch Filterung bewerkstelligen, rotes Licht mit einer spektralen Verteilung mit gewünschter dominanter Wellenlänge am Ausgang 26 bereitzustellen, was insbesondere effizienter ist, als die von Emission von üblichen Rotleuchtstoffen.
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Dabei könnten in den Segmenten 16b und 16f auch statt der Gelbleuchtstoffe 20 Rot- oder Orangeleuchtstoffe 42 (vgl. 8) angeordnet sein und das Emissionsspektrum dieser zusätzlich, wie beschrieben, gefiltert werden, um die dominante Wellenlänge zu höheren Wellenlängen hin zu verschieben. Die Verwendung von Gelbleuchtstoffen 20 zur Erzeugung von Licht im roten Spektralbereich hat jedoch den Vorteil, dass sich dadurch der Lichtstrom im roten Kanal erhöhen lässt. Da Gelbleuchtstoffe 20 eine deutlich höhere Konversionseffizienz aufweisen als Rotleuchtstoffe 42, lässt sich durch die Verwendung von Gelbleuchtstoffen 20 trotz der Lichtverluste durch die Filterung ein Lichtstromvorteil erzielen, der insbesondere bei hoher Anregungsstrahlungsleistung besonders zum Tragen kommt.
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Um gelbes Licht am Ausgang 26 bereitzustellen wird zunächst der Gelbleuchtstoff 20 des Farbrads 16, insbesondere in den Sektoren 16a und 16e, angeregt. Das vom Gelbleuchtstoff 20 emittierte Licht trifft, wie zuvor auch zum roten Licht beschrieben, auf das zweite Filterelement 30a, welches insbesondere gelbe Spektralanteile reflektiert und rote Spektralanteile transmittiert. Hierbei besteht nun das Problem, dass das zur Erzeugung des roten Lichts das am zweiten Filterelement 30 reflektierte Licht nicht zum Ausgang 26 geführt werden darf, da ja der gelbe Spektralanteil entfernt werden soll. Jedoch zum Bereitstellen von gelben Licht am Ausgang 26 muss das vom zweiten Filterelement 30a reflektierte gelbe Licht zum Ausgang 26 geführt werden. Dieses Problem wird durch die Erfindung auf besonders vorteilhafte Weise gelöst, indem durch die Ausbildung des zweiten Bereichs B2 mit lichtdurchlässigen Teilbereichen 24 und lichtundurchlässigen Teilbereichen 36 das Farbrad 16 gleichzeitig als Chopperrad fungiert. Das gelbe Licht, das am Ausgang 26 zum Gesamtlicht beitragen soll, kann also durchgeführt und zum Ausgang 26 geführt werden, während das für das rote Licht gefilterte gelbe Licht auf einen lichtundurchlässigen Teilbereich 36 des zweiten Bereichs B2 des Farbrads 16 trifft.
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Nachdem also das vom Gelbleuchtstoff 20 aus den Sektoren 16a und 16e emittierte Licht vom zweiten Filterelement 30a reflektiert und das Farbrad 16 durch die Durchgangsöffnungen 24 in den Sektoren 16a und 16e passiert hat, trifft dieses auf das dritte Filterelement 32a, welches gelbes Licht reflektiert, und wird durch die Umlenkspiegel 34 sowie durch Reflexion am ersten Filterelement 28 zum Ausgang 26 geführt. Hierbei sei noch anzumerken, dass das Spektrum des vom Gelbleuchtstoff 20 in den Sektoren 16a und 16e emittierte Licht ebenfalls einen roten Spektralanteil aufweist. Dieser rote Spektralanteil wird dabei vom zweiten und ersten Filterelement 30a und 28a transmittiert und zum Ausgang 26 geführt, wo dieser rote Spektralanteil wieder mit dem restlichen gelben (und grünen) Spektralanteil, der am zweiten Filterelement 30a reflektiert wurde, zusammengeführt wird.
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Das vom Grünleuchtstoff 18 bei Anregung emittierte grüne Licht nimmt einen ähnlichen Verlauf. Dieses wird zunächst am zweiten Filterelement 30a reflektiert, insbesondere fast vollständig, da das grüne Licht kaum roten Spektralanteil aufweist, und zum Farbrad 16 geführt. Das grüne Licht wird dabei durch die Durchgangsöffnungen 24 in den Sektoren 16c und 16g durch das Farbrad durchgeführt und trifft auf das dritte Filterelement 32a, wird von diesem reflektiert, durch die Umlenkspiegel 24 umgelenkt und letztendlich durch Reflexion am ersten Filterelement 28a zum Ausgang 26 geführt.
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Das zweite Filterelement 30a ist in diesem ersten Ausführungsbeispiel in einem Winkel zwischen 45° und 90° im Strahlengang angeordnet. Genauer gesagt weist die dem Farbrad 16 zugewandte Seite des ersten statische Filterelements 30a eine Filterebene auf, deren Normalenvektor gegenüber der Einstrahlrichtung der Anregungsstrahlung 14 auf das erste statische Filterelement 30a und insbesondere auch auf das Farbrad 16 um einen Winkel im Bereich von 0° bis ausschließlich 45°, insbesondere von 5° bis einschließlich 30°, bevorzugt von 10° bis einschließlich 20°, besonders bevorzugt von 10° bis einschließlich 15°, in Richtung der Drehachse A des Farbrads 16 geneigt ist, so dass das vom zweiten Filterelement 30a reflektierte Licht verkippt zur ursprünglichen Einfallsrichtung ohne weitere Umlenkspiel auf das Farbrad 16, insbesondere im Abstand R2 von der Drehachse A, reflektiert wird. In diesem Beispiel liegen dabei insbesondere der Normalenvektor, die Drehachse A des Farbrads 16 und die Einstrahlrichtung der Anregungsstrahlung 14 auf das erste Filterelement 30a bzw. auf das Farbrad 16 in einer Ebene.
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Alternativ kann zur Vereinfachung der Justage auch ein rechtwinkliger Strahlengang durch eine Anordnung des zweiten Filterelements 30a im 45°-Winkel und durch einen weiteren Umlenkspiegel 34 bereitgestellt werden, wie in 5 schematisch dargestellt ist.
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Darüber hinaus weist diese Anordnung noch weitere optische Elemente, insbesondere Linsen 38, auf, von denen hier zwei exemplarisch dargestellt sind. Diese dienen primär dazu, das Licht zu kollimieren und eine möglichst parallele Strahlführung im Strahlengang bereitzustellen. Darüber hinaus können aber noch weitere (nicht dargestellte) optische Elemente in den Strahlengängen angeordnet sein.
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Durch die Filterung mittels statischer, nicht beweglicher Filterelemente 28a, 30a, 32a zeigt sich hier noch ein weiterer großer Vorteil, denn diese sind im parallelen Strahlengang angeordnet, d.h. an Stellen, an welchen die Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel verlaufen. Dadurch lässt sich die Filtereigenschaft der Filterelemente 28a, 30a, 32a verbessern, da die Filtercharakteristik eines Filterelements 28a, 30a, 32a typischerweise für einen bestimmten Auftreffwinkel auf das Filterelement 28a, 30a, 32a umgesetzt wird, d.h. ein Filterelement 28a, 30a, 32a weist im Wesentlichen nur für diesen Auftreffwinkel die durch die Filtercharakteristik vorgegebenen Transmissions- und Reflexionseigenschaften auf. Für andere Auftreffwinkel verschieben sich dabei die Grenzwellenlängen G, G1, G2. Durch die Anordnung der Filterelemente 28a, 30a, 32a im parallelen Strahlengang ist der Auftreffwinkel für alle Lichtstrahlen der gleiche und die Filterelemente 28a, 30a, 32a können für diesen Auftreffwinkel optimiert werden. Bei Anwendungen mit synchronisiertem Filterrad dagegen ist dieses typischerweise vor dem Integrator, auf welchen die Lichtstrahlen fokussiert werden, angeordnet. Durch die Fokussierung ergeben sich dabei unterschiedliche Auftreffwinkel auf das Filterrad, was die Filtereigenschaften verschlechtert.
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Durch dieses Lichtmodul 10a ist es also möglich, durch eine Anordnung statischer Filterelemente 28a, 30a, 32a Licht im roten Spektralbereich aus dem Emissionsspektrum des Gelbleuchtstoffs 20 am Ausgang 26 der Anordnung, insbesondere mit einer durch die Ausbildung der Filterelemente 28a, 30a vorgebbaren dominanten Wellenlänge, bereitzustellen, und dies auf besonders kostengünstige, kompakte und einfache Weise, insbesondere ohne ein zusätzliches Filterrad. Soll beispielsweise noch eine Filterung des durch den Grünleuchtstoff 18 erzeugten grünen Lichts erfolgen, so kann ein entsprechender Filter in den Sektoren 16c und 16g statt der im zweiten Bereich B2 befindlichen Durchgangsöffnungen 24 angeordnet sein, z.B. ein Kurzpassfilter mit einer Grenzwellenlänge im langwellig grünen Spektralbereich. Somit kann das Farbrad 16 nicht nur als Chopperrad sondern auch gleichzeitig als Filterrad fungieren.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls 10b gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Aufbau und die Strahlführung ist dabei analog zu der zu 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass hier das zweite Filterelement 30a in einem 45°-Winkel im Strahlengang angeordnet ist, und das vom zweiten Filterelement 30a reflektierte Licht durch einen weiteren Umlenkspiegel 34 auf das Farbrad 16 gelenkt wird. Das Farbrad 16 kann hierbei wiederum wie in 2 dargestellt und oben beschrieben ausgebildet sein.
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Ein Weiterer Unterschied besteht bei diesem Aufbau noch darin, dass, im Gegensatz zum in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, das aus dem ersten Bereich B1 eines jeweiligen Sektors 16a, 16b, 16c, 16e, 16f und 16g des Farbrads 16 emittierte Licht, für den Fall dass dieses durch das zweite Filterelement 30a reflektiert wird, auf einen Teilbereich des zweiten Bereichs B2 des Farbrads 16 gelenkt wird, welcher sich im jeweils gegenüberliegenden Sektor 16a, 16b, 16c, 16e, 16f und 16g der Farbrads 16 befindet, d.h. das aus Sektor 16a emittierte Licht wird zum Teil durch die Durchgangsöffnung 24 in Sektor 16e geführt und das aus Sektor 16e emittierte Licht wird zum Teil durch die Durchgangsöffnung im Sektor 16a geführt, usw.. Dagegen wird im Ausführungsbeispiel gemäß 1 das aus einem jeweiligen Sektor 16a, 16b, 16c, 16e, 16f und 16g emittierte Licht auf einen lichtdurchlässigen oder lichtundurchlässigen Teilbereich des zweiten Bereichs B2 im jeweils selben Sektor 16a, 16b, 16c, 16e, 16f und 16g geführt.
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Als besonders vorteilhaft zeigt sich hier auch die Ausbildung des Farbrads 16 als punksymmetrisch, d.h. jeder Sektor 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g und 16h des Farbrads 16 ist in seiner Ausbildung zu dem ihm gegenüberliegenden Sektor 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g und 16h identisch, denn diese Ausbildung kann somit auch bei unterschiedlichen Strahlführungen beibehalten werden.
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Denkbar sind jedoch beliebig viele andere Ausbildungsmöglichkeiten des Farbrads 16. Ebene Strahlführungen, wie in 1 und 5, und insbesondere auch in 6, sind zwar besonders einfach und daher vorteilhaft, möglich wäre jedoch auch eine „dreidimensionale” Strahlführung, d.h. es kann beispielsweise der in 5 dargestellte Lichtweg des vom zweiten Filterelement 30a reflektierten Lichts auch durch eine geeignete Umlenkspiegelanordnung aus der der Darstellungsebene heraus und auf das Farbrad 16 gelenkt werden. D.h. die Stelle des Leuchtstoffs 18, 20, aus der zu einem Zeitpunkt Licht emittiert wird, und der Auftreffpunkt bzw. Durchführpunkt dieses umgelenkten und auf das Farbrad 16 zu diesem Zeitpunkt auftreffenden bzw. durchgeführten (Teil-)Lichts müssen nicht zwingend auf einer Geraden durch die Drehachse A liegen, sondern können jeden beliebigen Winkel in Bezug auf die Drehachse A, insbesondere mit dem Schnittpunkt der Drehachse mit dem Farbrad 16 als Scheitel, miteinander einschließen. Mit anderen Worten kann das vom zweiten Filterelement 30a reflektierte Licht auf einem Lichtweg auf das Farbrad 16 geführt werden, der zumindest zum Teil nicht in der Ebene liegt, die durch die Drehachse A des Farbrads 16 und der Einfallsrichtung der Anregungsstrahlung 14 auf das Farbrad 16 gebildet ist, d.h. auch der Auftreffpunkt bzw. Durchführpunkt liegen nicht in dieser Ebene.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls 10c gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei wird durch ein statisches Filterelement 30b sowohl das Emissionsspektrum des Rotleuchtstoffs 42 als auch des Grünleuchtstoffs 18 gefiltert. Das Lichtmodul 10c weist dazu wiederum eine Anregungsstrahlungsquelle 12, welche blaues Licht ausstrahlt, ein Farbrad 40, ein erstes, zweites und drittes Filterelement 28b, 30b und 32b, und Umlenkspiegel 34 auf. Die Anordnung dieser Komponenten zueinander ist dabei analog zu der gemäß 1, jedoch weisen hierbei zumindest das erste und zweite Filterelement 28b und 30b jeweils eine andere Filtercharakteristik auf und auch die Ausbildung des Farbrads 40 unterscheidet sich. Insbesondere ist hierbei als zweites Filterelement 30b ein gelber Notch-Filter im Strahlengang angeordnet, der die in 7 schematisch dargestellte Filtercharakteristik aufweist. Dieses zweite Filterelement 30b reflektiert hierbei nur in einem sehr schmalbandigen Wellenlängenbereich, der durch die zwei Grenzwellenlängen G3 und G4 begrenzt ist, insbesondere reflektiert dieses zweite Filterelement 30b im Wesentlichen nur gelbes Licht. Vorteilhafterweise lässt sich dabei durch die Grenzwellenlängen G3 und G4 festlegen, welcher Spektralanteil aus dem grünen und roten Emissionsspektrum jeweils gefiltert wird, so dass sich die dominante Wellenlänge des grünen Emissionsspektrum durch die Vorgabe der Grenzwellenlänge G3 zu niedrigeren Wellenlängen verschiebt und die dominante Wellenlänge des roten Emissionsspektrums durch die entsprechende Vorgabe der Grenzwellenlänge G4 zu größeren Wellenlängen hin verschiebt. Da hier das reflektierte gelbe Licht zum Bereitstellen dieses am Ausgang 26 nicht verloren geht, können die Grenzwellenlängen G3 und G4 zur Verschiebung des roten und grünen Spektrums nahezu beliebig gewählt werden.
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Das erste Filterelement 28b ist hierbei so ausgebildet, dass es Licht im blauen und gelben Spektralbereich reflektiert und Licht im roten und grünen Spektralbereich transmittiert. Die von der Anregungsstrahlungsquelle 12 ausgesandte Anregungsstrahlung 14 wird somit durch das erste Filterelement 28b reflektiert, passiert das zweite Filterelement 30b und wird im Abstand R1 von der Drehachse A des Farbrads 40 auf dieses eingestrahlt.
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Das Farbrad 40 ist hierbei wie in 8 schematisch dargestellt ausgebildet. Es weist wiederum einen äußeren ersten Bereich B1 und einen inneren zweiten Bereich B2 auf und ist in acht Sektoren 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g und 40h unterteilt. Dabei ist im ersten Bereich B1 und in den Sektoren 40c und 40g jeweils ein Grünleuchtstoff 18 angeordnet, in den Sektoren 40b und 40f jeweils ein Rotleuchtstoff 42 und in den Sektoren 40a und 40e jeweils ein Gelbleuchtstoff 20. In den Sektoren 40d und 40h befindet sich jeweils eine Durchgangsöffnung 22 zur unkonvertierten Durchführung der Anregungsstrahlung 14. Weiterhin ist im zweiten Bereich B2 des Farbrads 40 in den Sektoren 40a und 40e jeweils eine Durchgangsöffnung 24 angeordnet, während die übrigen Teilbereiche 36 des zweiten Bereichs B2 lichtundurchlässig ausgebildet sind.
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Trifft die Anregungsstrahlung 14 nun im ersten Bereich B1 auf eine der Durchgangsöffnungen 22 in den Sektoren 40d und 40h, so passiert diese das Farbrad 40 unkonvertiert, passiert weiterhin das dritte Filterelement 32b, wird durch die Umlenkspiegel 34 wieder auf das erste Filterelement 28b gelenkt und von diesem zum Ausgang 26 reflektiert. Das dritte Filterelement 32b ist hierbei so ausgebildet, dass zumindest Licht im blauen Spektralbereich transmittiert und Licht im gelben Spektralbereich reflektiert wird, und kann z.B. als entsprechender Kurzpass oder auch als Bandsperrfilter, insbesondere auch als Notch-Filter, ausgebildet sein.
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Trifft die Anregungsstrahlung 14 im ersten Bereich B1 des Farbrads 40 auf einen Rotleuchtstoff 42 in den Segmenten 40b und 40f, so wird die Anregungsstrahlung 14 in Licht im roten Spektralbereich konvertiert und emittiert. Das vom Rotleuchtstoff 42 abgestrahlte Licht trifft wiederum auf das zweite Filterelement 30b. Dieses transmittiert nur den Spektralanteil des roten Lichts oberhalb der Grenzwellenlänge G4. Diese Grenzwellenlänge G4 ist dabei so gewählt, dass der transmittierte Spektralanteil des roten Emissionsspektrums eine vorgebbare größere dominante Wellenlänge aufweist als das rote Emissionsspektrum vor der Filterung. Dieser transmittierte Anteil passiert dann weiterhin das erste Filterelement 28b und ist somit am Ausgang 26 der Anordnung bereitgestellt. Der vom zweiten Filterelement 30b gefilterte, d.h. reflektierte Anteil, des roten Emissionsspektrums, wird so reflektiert, dass dieser im Abstand R2 von der Drehachse A des Farbrads 40 auf dieses eingestrahlt wird und insbesondere auf einen lichtundurchlässigen Teilbereich 36 des zweiten Bereichs B2 des Farbrads 40 trifft. Gemäß dieser beispielhaften Ausgestaltung wird dieser reflektierte Anteil auf den selben Sektor eingestrahlt, aus dem er durch den Rotleuchtstoff emittiert wurde, d.h. aus dem Sektor 40b emittiertes Licht wird zum Teil auf den Sektor 40b eingestrahlt und aus dem Sektor 40f emittiertes Licht wird wieder zum Teil in den Sektor 40f eingestrahlt. Dabei sind natürlich wieder auch andere Ausgestaltungen dieses Lichtwegs, z.B. analog zu 5, möglich, oder auch eine dreidimensionale Strahlführung, wozu dann die Durchgangsöffnungen 24 korrespondierend um einen Winkel gegenüber den Sektoren bzw. dem aktuellen in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel, gedreht angeordnet sein müssen.
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Durch das Auftreffen des durch das zweite Filterelement 30b reflektierten Anteils des roten Emissionsspektrums auf einem lichtundurchlässigen Teilbereich 36 wird so dieser Anteil gefiltert und nicht weiter zum Ausgang 26 der Anordnung geführt.
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Trifft die Anregungsstrahlung 14 auf einen Grünleuchtstoff 18 im ersten Bereich B1 des Farbrads 40, so wird die Anregungsstrahlung 14 absorbiert und Licht mit einer dominante Wellenlänge im grünen Spektralbereich emittiert. Dieses trifft auf das zweite Filterelement 30b, das den grünen Spektralanteil bis zur unteren Grenzwellenlänge G3 der Filtercharakteristik transmittiert. Auch hier ist diese Grenzwellenlänge G3 so vorgegeben, das das transmittierte grüne Spektrum eine kleinere dominante Wellenlänge aufweist als das vom Grünleuchtstoff 18 emittierte Spektrum. Der reflektierte, insbesondere gelbe, Anteil des grünen Emissionsspektrums wird im Abstand R2 zur Drehachse A des Farbrads 40 auf dieses eingestrahlt und trifft auf einen lichtundurchlässigen Teilbereich 36 des zweiten Bereichs B2 und wird somit gefiltert bzw. gelangt somit nicht zum Ausgang 26 der Anordnung.
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Trifft die Anregungsstrahlung 14 auf einen Gelbleuchtstoff 20 des Farbrads 40, so wird das Anregungslicht 14 in Licht mit einer dominanten Wellenlänge im gelben Bereich konvertiert, und dieses emittiert. Das gelbe Licht soll nun nicht gefiltert werden. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass das gelbe Licht auf das zweite Filterelement 30b trifft, der den roten und grünen Spektralanteil des gelben Lichts transmittiert und den restlichen gelben Spektralanteil reflektiert. Der reflektierte Anteil trifft im Abstand R2 auf das Farbrad 40, insbesondere auf eine Durchgangsöffnung 24 im zweiten Bereich B2, durchläuft das Farbrad 40 somit und wird durch das dritte Filterelement 32b, die Umlenkspiegel 34 und das erste Filterelement 28b reflektiert. An diesem ersten Filterelement 28b wird dabei der gelbe Spektralanteil des gelben Lichts wieder mit dem vom zweiten Filterelement 30b transmittierten roten und grünen Spektralanteil des gelben Lichts zusammengeführt und steht somit ungefiltert, d.h. mit unveränderter, gleicher dominanter Wellenlänge wie die des Emissionsspektrums des vom Gelbleuchtstoff 20 emittierten Lichts, am Ausgang 26 bereit.
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9, 10 und 11 sollen hier nochmal die Wirkungsweise des gelben Notch-Filters 30b verdeutlichen. Dabei zeigt 9 das durch den Notch-Filter mit einer Filtercharakteristik gemäß 7 gefilterte Emissionsspektrum des Grünleuchtstoffs, 10 das des Rotleuchtstoffs und 11 das des Gelbleuchtstoffs. Wie in 9 zu sehen ist, wird bei der Filterung des grünen Emissionsspektrums ein Großteil des Lichts im gelben Wellenlängenbereich entfernt, d.h. reflektiert. Dadurch weist dieses gefilterte Spektrum eine kleinere dominante Wellenlänge auf als das ursprüngliche grüne Emissionsspektrum, insbesondere wird die dominante Wellenlänge von 555 nm zu 545 nm verschoben.
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Wie in 10 zusehen ist, wird auch aus dem roten Emissionsspektrum ein Großteil des gelben Spektralanteils durch Reflexion entfernt. Dieses dargestellte gefilterte rote Spektrum weist somit eine dominante Wellenlänge auf, die größer ist als die des ursprünglichen roten Emissionsspektrums des Rotleuchtstoffs, insbesondere wurde die dominante Wellenlänge hier von 599 nm nach 606 nm verschoben.
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Durch diese Filterung des grünen und roten Emissionsspektrums lässt sich somit grünes und rotes Licht bereitstellen, welches für anspruchsvolle Projektionsanwendungen deutlich besser geeignet ist, da sich durch die beschriebene Verschiebung der dominanten Wellenlängen und durch Kombination dieses Lichts mit blauem und gelben Licht ein deutlich größerer Farbraum adressieren lässt. Zusätzlich ist das grüne licht mit der kleiner dominanten Wellenlänge deutlich besser gesättigt.
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Insgesamt kann so durch die Erfindung wellenlängenkonvertiertes Licht bereitgestellt und gefiltert werden, so dass sich eine Vergrößerung des adressierbaren Farbraums mit zusätzlicher Erhöhung der Farbsättigung bereitstellen lässt und dies auf eine äußerst kompakte, einfache, kostengünstige Weise, die insbesondere durch die Einsparung eines zweiten Rades und der daraus resultierenden geringeren Komplexität des Aufbaus ermöglicht wird.
