DE102013223131A1 - lighting device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einem, auf einem Träger (2) angeordneten Lichtwellenlängenkonversionselement (3) zur Wellenlängenkonversion von Licht, das von einer Laserlichtquellenanordnung (12) emittiert wird, und einer Abdeckung (7) für das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (3), wobei die Abdeckung (7) einen als optische Linse ausgebildeten Linsenabschnitt (71) aufweist.The invention relates to an illumination device having at least one light wavelength conversion element (3) arranged on a support (2) for wavelength conversion of light emitted by a laser light source arrangement (12) and a cover (7) for the at least one light wavelength conversion element (3). wherein the cover (7) has a lens portion (71) formed as an optical lens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a lighting device according to the preamble of claim 1.

I. Stand der Technik I. State of the art

Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der DE 10 2012 201 307 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einem auf einem Träger angeordneten Lichtwellenlängenkonversionselement und einer Abdeckung für das Lichtwellenlängenkonversionselement. Such a lighting device is for example in the DE 10 2012 201 307 A1 disclosed. This document describes an illumination device with at least one arranged on a support light wavelength conversion element and a cover for the light wavelength conversion element.

II. Darstellung der Erfindung II. Presentation of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit verbesserter Effizienz bereitzustellen. It is an object of the invention to provide a generic lighting device with improved efficiency.

Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by a lighting device having the features of claim 1. Particularly advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt mindestens ein, auf einem Träger angeordnetes Lichtwellenlängenkonversionselement zur Wellenlängenkonversion von Licht, das von einer Laserlichtquellenanordnung emittiert wird, und eine Abdeckung für das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement, wobei erfindungsgemäß die Abdeckung einen als optische Linse ausgebildeten Linsenabschnitt aufweist. The illumination device according to the invention has at least one light wavelength conversion element arranged on a support for wavelength conversion of light emitted by a laser light source arrangement and a cover for the at least one light wavelength conversion element, wherein according to the invention the cover has a lens section designed as an optical lens.

Mittels des vorgenannten Linsenabschnitts der Abdeckung wird die Divergenz des von dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement emittierten Lichts verringert, so dass ein größerer Anteil des von dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement, mit üblicherweise lambertscher Lichtverteilung, emittierten Lichts für einen dem Linsenabschnitt optisch nachgeordneten Reflektor genutzt werden kann. Insbesondere wird Licht, welches das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement unter großem Austrittswinkel verlässt mittels des Linsenabschnitts so weit gebündelt, dass es von einem nachgeordneten Reflektor oder einen vergleichbaren Optik noch eingefangen werden kann. Dadurch wird die Effizienz der Beleuchtungseinrichtung verbessert. By means of the abovementioned lens section of the cover, the divergence of the light emitted by the at least one light wavelength conversion element is reduced, so that a greater proportion of the light emitted by the at least one light wavelength conversion element, with typically Lambertian light distribution, can be used for a reflector arranged optically downstream of the lens section. In particular, light which leaves the at least one light wavelength conversion element at a large exit angle is bundled by the lens section to such an extent that it can still be captured by a downstream reflector or similar optical system. This improves the efficiency of the illumination device.

Der Linsenabschnitt der Abdeckung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung überdeckt das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement vorteilhafterweise zumindest teilweise, und vorzugsweise vollständig, um zu gewährleisten, dass ein möglichst großer Anteil des von dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement emittierten Lichts in den Linsenabschnitt der Abdeckung eingekoppelt wird. The lens portion of the cover of the illumination device according to the invention advantageously covers the at least one light wavelength conversion element at least partially, and preferably completely, in order to ensure that the largest possible portion of the light emitted by the at least one light wavelength conversion element is coupled into the lens portion of the cover.

Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einem Zwischenraum angeordnet, der von dem Träger und der Abdeckung gebildet wird. Dadurch ist das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement vor Beschädigung geschützt, kann nicht vom Träger abgelöst werden und seine relative Position um Linsenabschnitt der Abdeckung kann nicht verändert werden. Advantageously, the at least one light wavelength conversion element of the illumination device according to the invention is arranged in a gap which is formed by the carrier and the cover. Thereby, the at least one light wavelength conversion element is protected from damage, can not be detached from the carrier and its relative position around the lens portion of the cover can not be changed.

Vorzugsweise ist zwischen der Abdeckung und dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement ein Spalt angeordnet, um mechanische Spannungen in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zu reduzieren, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Abdeckung und Lichtwellenlängenkonversionselement verursacht werden oder um mittels geeigneter Füllmasse im Spalt die Lichtauskoppeleffizienz aus dem Lichtwellenlängenkonversionselement zu erhöhen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist ein Luftspalt zwischen Abdeckung und Lichtwellenlängenkonversionselement vorgesehen, um mechanische Spannungen in der Beleuchtungseinrichtung zu verringern, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Abdeckung und Lichtwellenlängenkonversionselement verursacht werden. Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist der Spalt zwischen Abdeckung und Lichtwellenlängenkonversionselement mit Klebstoff gefüllt, vorzugsweise Silikonkleber, dessen Brechungsindex auf die Brechungsindizes von Lichtwellenlängenkonversionselement und Abdeckung abgestimmt ist, um einem möglichst großen Anteil des aus dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement ausgekoppelten Lichts den Übertritt in die Abdeckung und insbesondere in den Linsenabschnitt der Abdeckung zu gestatten. Preferably, a gap is arranged between the cover and the at least one light wavelength conversion element in order to reduce mechanical stresses in the illumination device according to the invention, which are caused by different thermal expansion coefficients of cover and Lichtwellenlängenkonversionselement or by means of suitable filling material in the gap to increase the Lichtauskoppeleffizienz from the light wavelength conversion element. According to a preferred embodiment of the illumination device according to the invention, an air gap between cover and light wavelength conversion element is provided in order to reduce mechanical stresses in the illumination device, which are caused by different thermal expansion coefficients of cover and light wavelength conversion element. According to another preferred embodiment of the illumination device according to the invention, the gap between the cover and light wavelength conversion element is filled with adhesive, preferably silicone adhesive whose refractive index is matched to the refractive indices of Lichtwellenlängenkonversionselement and cover to the largest possible proportion of decoupled from the at least one Lichtwellenlängenkonversionselement light the passage in to allow the cover and in particular in the lens portion of the cover.

Die Abdeckung und damit auch der Linsenabschnitt der Abdeckung bestehen vorzugsweise aus Saphir oder lichtdurchlässiger Keramik oder einem ähnlich gut wärmeleitenden, lichtdurchlässigen Material, um eine gute Kühlung des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements zu ermöglichen. Falls bereits über den Träger eine ausreichende Kühlung des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements gewährleistet ist, kann die Abdeckung auch aus Glas bestehen. The cover and thus also the lens portion of the cover are preferably made of sapphire or translucent ceramic or a similar heat-conductive, translucent material to allow good cooling of the at least one light wavelength conversion element. If sufficient cooling of the at least one light wavelength conversion element is already ensured via the support, the cover can also be made of glass.

Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement von einem auf dem Träger angeordneten Ring aus lichtreflektierendem Material umgeben. Dadurch wird eine seitliche Lichtauskopplung, das heißt, eine Lichtauskopplung senkrecht zur Ringachse, aus dem mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement vermieden und die Effizienz der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weiter verbessert. Advantageously, the at least one light wavelength conversion element of one Surrounding the carrier ring surrounded by light-reflecting material. Thereby, a lateral light extraction, that is, a light extraction perpendicular to the ring axis, avoided from the at least one light wavelength conversion element and further improves the efficiency of the illumination device according to the invention.

Vorzugsweise ist das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement mittels Klebstoff am Träger fixiert, um eine sichere Befestigung des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zu gewährleisten. Preferably, the at least one light wavelength conversion element is fixed to the carrier by means of adhesive in order to ensure secure attachment of the at least one light wavelength conversion element in the illumination device according to the invention.

Die Abdeckung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise am Träger befestigt, um die relative räumliche Lage von Linsenabschnitt der Abdeckung und auf dem Träger angeordnetes Lichtwellenlängenkonversionselement festzulegen. The cover of the lighting device according to the invention is preferably attached to the carrier to set the relative spatial position of the lens portion of the cover and disposed on the support light wavelength conversion element.

Vorteilhafterweise sind die Abdeckung und der Träger der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung aus dem vorgenannten Grund in einer gemeinsamen Halterung angeordnet oder eingespannt, die vorzugsweise als mechanische Halterung, beispielsweise als Klemmvorrichtung ausgebildet ist. Advantageously, the cover and the carrier of the illumination device according to the invention are arranged or clamped for the aforementioned reason in a common holder, which is preferably designed as a mechanical support, for example as a clamping device.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist auf einem Oberflächenbereich des Linsenabschnitts der Abdeckung eine lichtreflektierende Schicht angeordnet. Mittels dieser lichtreflektierenden Schicht wird Licht, das mit großem Austrittswinkel das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement verlässt zum Lichtwellenlängenkonversionselement zurückreflektiert und vom Lichtwellenlängenkonversionselement erneut gestreut wird, so dass zumindest eine Teilstrahlung dieses Streulichts unter einem engeren Austrittswinkel gestreut wird und somit die Linse passiert.. Dadurch wird die Effizienz der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weiter gesteigert. According to a preferred embodiment of the illumination device according to the invention, a light-reflecting layer is arranged on a surface region of the lens section of the cover. By means of this light-reflecting layer, light which leaves the at least one light wavelength conversion element at high exit angle is reflected back to the light wavelength conversion element and re-scattered by the light wavelength conversion element, so that at least partial radiation of this scattered light is scattered at a narrow exit angle and thus the lens passes the illumination device according to the invention further increased.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung umfasst vorzugsweise auch eine Laserlichtquellenanordnung und ist für den Einsatz in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehen, um beispielsweise Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht oder Tagfahrlicht zu erzeugen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind der Einsatz in Beleuchtungseinrichtungen für Entertainment, Architektur und Allgemeinbeleuchtung. The illumination device according to the invention preferably also comprises a laser light source arrangement and is intended for use in a motor vehicle headlight to produce, for example, low beam, high beam, fog light or daytime running light. Further applications are the use in lighting equipment for entertainment, architecture and general lighting.

III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels III. Description of the Preferred Embodiment

Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to preferred exemplary embodiments. Show it:

1 einen Querschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung 1 a cross section through a lighting device according to the first embodiment of the invention

2 einen Querschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung 2 a cross section through a lighting device according to the second embodiment of the invention

3 eine schematische Darstellung des Lichtstrahlengangs in dem in 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung 3 a schematic representation of the light beam path in the in 1 illustrated embodiment of the invention

4 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit dem Reflektor eines Kraftfahrzeugscheinwerfers 4 a schematic representation of the interaction of the illumination device according to the invention with the reflector of a motor vehicle headlight

5 einen Querschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung 5 a cross section through a lighting device according to the third embodiment of the invention

6 einen Querschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung 6 a cross section through a lighting device according to the fourth embodiment of the invention

7 einen Querschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung 7 a cross section through a lighting device according to the fifth embodiment of the invention

8 einen Querschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung 8th a cross section through a lighting device according to the sixth embodiment of the invention

In den 1 und 3 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt abgebildet. Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt eine Laserlichtquellenanordnung 12, ein auf einem plattenförmigen Träger 2 angeordnetes Lichtwellenlängenkonversionselement 3, eine lichtdurchlässige Abdeckung 7 für das Lichtwellenlängenkonversionselement 3, eine mechanische Halterung 1 für den Träger 2 und für die Abdeckung 7. In the 1 and 3 is schematically illustrated a lighting device according to the first embodiment of the invention in cross section. This illumination device has a laser light source arrangement 12 , one on a plate-shaped carrier 2 arranged light wavelength conversion element 3 , a translucent cover 7 for the light wavelength conversion element 3 , a mechanical holder 1 for the wearer 2 and for the cover 7 ,

Bei der Laserlichtquellenanordnung 12 handelt es sich um eine Anordnung von mehreren Laserdioden, beispielsweise vier Laserdioden, und einer Optik, die das Licht von den Laserdioden zu einem Lichtbündel 8 (3) bündelt und auf das auf dem Träger 2 angeordnete Lichtwellenlängenkonversionselement 3 richtet. Die vorgenannten Laserdioden der Laserlichtquellenanordnung 12 erzeugen während ihres Betriebs Licht mit Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer. In the laser light source arrangement 12 it is an arrangement of several laser diodes, for example, four laser diodes, and an optic, the light from the laser diodes into a light beam 8th ( 3 ) and on the carrier 2 arranged light wavelength conversion element 3 directed. The aforementioned laser diodes of the laser light source arrangement 12 generate light with wavelengths during their operation the wavelength range from 380 nanometers to 490 nanometers.

Der Träger 2 besteht aus einem Saphirplättchen und ist lichtdurchlässig ausgebildet. Der als Saphirplättchen ausgebildete Träger 2 ist kreisscheibenförmig. Auf der von der Laserlichtquellenanordnung 12 abgewandten Seite des Trägers 2 ist das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 mittels Klebstoff 4 fixiert. Bei dem Klebstoff 4 handelt es sich um Silikonkleber. The carrier 2 consists of a sapphire plate and is translucent. The trained as sapphire platelets carrier 2 is circular disk-shaped. On the of the laser light source arrangement 12 opposite side of the carrier 2 is the light wavelength conversion element 3 by means of adhesive 4 fixed. For the glue 4 it is silicone glue.

Das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 besteht aus mit Zer dotiertem Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce). Bei dem mit Zer dotierten Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) handelt es sich um Leuchtstoff, der das von der Laserlichtquellenanordnung 12 erzeugte blaue Licht anteilig in gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 Nanometer bis 590 Nanometer konvertiert. Das heißt, ein Teil des von der Laserlichtquellenanordnung 12 erzeugten Lichts wird beim Durchtritt durch das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 in gelbes Licht konvertiert, während ein anderer Teil des von der Laserlichtquellenanordnung 12 erzeugten blauen Lichts das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ohne Wellenlängenkonversion passiert. Dadurch tritt aus der der Abdeckung 7 zugewandten Seite des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 weißes Licht 9 (3) aus, das eine Mischung aus konvertiertem gelbem Licht und nicht-konvertiertem blauem Licht ist. Der relative Anteil des gelben und blauen Lichts hängt von der Dicke des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 und von der Leuchtstoffkonzentration ab. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ist als Kreisscheibe ausgebildet, deren Scheibenfläche einen Wert im Bereich von 1 mm2 bis 5 mm2 hat. Das kreisscheibenförmige Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ist entlang seines Umfangs formschlüssig von einem lichtreflektierenden Ring 6 aus Titandioxid umgeben. Dieser Ring 6 reflektiert Licht, das zur Umfangsfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 gelangt, in das Innere des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 zurück und erhöht dadurch die Effizienz der Beleuchtungseinrichtung. The light wavelength conversion element 3 consists of zer-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce). The cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce) is phosphor which is that of the laser light source array 12 generated blue light proportionally converted into yellow light with a dominant wavelength from the wavelength range of 560 nanometers to 590 nanometers. That is, part of the laser light source arrangement 12 generated light passes through the light wavelength conversion element 3 converted into yellow light while another part of the laser light source arrangement 12 generated blue light, the light wavelength conversion element 3 happened without wavelength conversion. This will exit the cover 7 facing side of the light wavelength conversion element 3 White light 9 ( 3 ), which is a mixture of converted yellow light and unconverted blue light. The relative proportion of the yellow and blue light depends on the thickness of the light wavelength conversion element 3 and from the phosphor concentration. The light wavelength conversion element 3 is formed as a circular disk whose disk surface has a value in the range of 1 mm 2 to 5 mm 2 . The circular disk-shaped light wavelength conversion element 3 is positively along its circumference of a light-reflecting ring 6 surrounded by titanium dioxide. This ring 6 reflects light that is to the peripheral surface of the light wavelength conversion element 3 enters, into the interior of the light wavelength conversion element 3 back and thereby increases the efficiency of the lighting device.

Die Abdeckung 7 besteht aus Saphir und ist lichtdurchlässig ausgebildet. Die Abdeckung 7 besitzt einen kreisscheibenförmigen Abschnitt 72 und einen als optische Linse ausgebildeten Linsenabschnitt 71. Der kreisscheibenförmige Abschnitt 72 deckt das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ab und weist eine Aussparung für das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 und den Ring 6 auf. Der Träger 2 und der mit der Aussparung versehene kreisscheibenförmige Abschnitt 72 der Abdeckung 7 bilden einen Zwischenraum 70, in dem das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 und der Ring 6 angeordnet sind. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ist derart in dem Zwischenraum 70 angeordnet, dass zwischen der vom Träger 2 abgewandten Seite des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 und dem kreisscheibenförmigen Abschnitt 72 der Abdeckung 7 ein Spalt 5 verbleibt, der bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Luft gefüllt ist. Der kreisscheibenförmige Abschnitt 72 der Abdeckung 7 besitzt denselben Durchmesser wie der Träger 2. Der Luftspalt 5 reduziert zwar die Lichtauskoppeleffizienz des Lichtwellenlängenkonversionselements 3, verringert aber auch die mechanischen Spannungen in der Beleuchtungseinrichtung, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Materialien von Abdeckung, Träger und Lichtwellenlängenkonversionselement während des Betriebs verursacht werden. Der Ring 6 hat einen geringeren Außendurchmesser als der Zwischenraum 70. Das heißt der Ring 6 berührt die Abdeckung 7 nicht. The cover 7 is made of sapphire and is translucent. The cover 7 has a circular disk-shaped section 72 and a lens portion formed as an optical lens 71 , The circular disk-shaped section 72 covers the light wavelength conversion element 3 from and has a recess for the light wavelength conversion element 3 and the ring 6 on. The carrier 2 and the recessed circular disc-shaped portion 72 the cover 7 form a gap 70 in which the light wavelength conversion element 3 and the ring 6 are arranged. The light wavelength conversion element 3 is so in the gap 70 arranged between that of the carrier 2 opposite side of the light wavelength conversion element 3 and the circular disk-shaped portion 72 the cover 7 A gap 5 remains, which is filled in the lighting device according to the first embodiment of the invention with air. The circular disk-shaped section 72 the cover 7 has the same diameter as the carrier 2 , The air gap 5 Although reduces the Lichtauskoppeleffizienz the light wavelength conversion element 3 but also reduces the mechanical stresses in the lighting device caused by different coefficients of thermal expansion of the cover, substrate and light wavelength conversion element materials during operation. The ring 6 has a smaller outside diameter than the gap 70 , That is the ring 6 touches the cover 7 Not.

Der Träger 2 und der kreisscheibenförmige Abschnitt 72 der Abdeckung 7 sind in einer gemeinsamen mechanischen Halterung 1 angeordnet. Der kreisscheibenförmige Abschnitt 72 der Abdeckung 7 liegt außerhalb des Zwischenraums 70 an dem Träger 2 an und ist an diesem mittels Klebstoff fixiert. The carrier 2 and the circular disc-shaped portion 72 the cover 7 are in a common mechanical mount 1 arranged. The circular disk-shaped section 72 the cover 7 lies outside the gap 70 on the carrier 2 and is fixed to this by means of adhesive.

Auf der vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 abgewandten Seite des kreisscheibenförmigen Abschnitts 72 der Abdeckung 7 ist der Linsenabschnitt 71 der Abdeckung 7 angeformt. Der Linsenabschnitt 71 ist als Kugelabschnitt, beispielsweise als Halbkugelabschnitt, und einstückig mit dem kreisscheibenförmigen Abschnitt 72 der Abdeckung 7 ausgebildet. Insbesondere bestehen beide Abschnitte 71, 72 der Abdeckung 7 aus demselben Material und zwar aus Saphir. On the from the light wavelength conversion element 3 opposite side of the circular disc-shaped portion 72 the cover 7 is the lens section 71 the cover 7 formed. The lens section 71 is as a ball portion, for example as a hemisphere portion, and integral with the circular disc-shaped portion 72 the cover 7 educated. In particular, both sections exist 71 . 72 the cover 7 of the same material, namely sapphire.

3 zeigt in schematischer Darstellung den Lichtstrahlengang durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das von der Laserlichtquellenanordnung 12 erzeugte Lichtbündel 8 blauen Lichts wird auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 gelenkt. Es passiert zuvor den lichtdurchlässigen Träger 2 und den Klebstoff 4 bevor es auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 trifft, wo das blaue Licht des Lichtbündels 8 anteilig in gelbes Licht konvertiert wird. Aus der der Abdeckung zugewandten Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 tritt weißes Licht 9 aus, das eine Mischung aus konvertiertem gelbem Licht und nicht-konvertiertem blauem Licht ist. Das weiße Licht 9 wird über den Luftspalt 5 in den kreisscheibenförmigen Abschnitt 72 der Abdeckung 7 eingekoppelt und verlässt die Abdeckung 7 über die sphärische Oberfläche des Linsenabschnitts 71 der Abdeckung 7. Der Linsenabschnitt 71 der Abdeckung reduziert die Divergenz des weißen Lichts 9. Der Linsenabschnitt 71, der kreisscheibenförmige Abschnitt 72, der Ring 6, das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 und der Träger 2 sind rotationssymmetrisch bezüglich der Achse 15 angeordnet. 3 shows a schematic representation of the light beam through the illumination device according to the first embodiment of the invention. That of the laser light source arrangement 12 generated light bundles 8th blue light is applied to the light wavelength conversion element 3 directed. It happens before the translucent carrier 2 and the glue 4 before switching to the light wavelength conversion element 3 meets where the blue light of the light beam 8th proportionately converted into yellow light. From the cover facing surface of the light wavelength conversion element 3 occurs white light 9 which is a mixture of converted yellow light and unconverted blue light. The White light 9 gets over the air gap 5 in the circular disk-shaped section 72 the cover 7 coupled and leaves the cover 7 over the spherical surface of the lens section 71 the cover 7 , The lens section 71 the cover reduces the divergence of the white light 9 , The lens section 71 , of the circular disk-shaped section 72 , the ring 6 , the light wavelength conversion element 3 and the carrier 2 are rotationally symmetric with respect to the axis 15 arranged.

In 2 ist in schematischer Darstellung ein Querschnitt durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. In 2 is a schematic representation of a cross section through the illumination device according to the second embodiment of the invention.

Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass der Spalt 5‘ zwischen dem Lichtwellenlängenkonversionselement 3 und der Abdeckung 7 nicht mit Luft, sondern stattdessen mit Klebstoff 4 gefüllt ist, und dass Außendurchmesser und Höhe des Rings 6 auf die entsprechenden Abmessungen des Zwischenraums 70 abgestimmt sind. Der Brechungsindex des Klebstoffs 4 ist auf die Brechungsindizes von Lichtwellenlängenkonversionselement 3 und Saphir abgestimmt, um die Lichtverluste beim Übertritt des Lichts vom Träger 2 zum Lichtwellenlängenkonversionselement 3 und zur Abdeckung 7 zu minimieren. In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinrichtungen beider Ausführungsbeispiele überein. Daher werden in den 1 und 2 für identische Teile des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen. The illumination device according to the second embodiment of the invention differs from the illumination device according to the first embodiment only in that the gap 5 ' between the light wavelength conversion element 3 and the cover 7 not with air, but instead with glue 4 is filled, and that outer diameter and height of the ring 6 on the corresponding dimensions of the gap 70 are coordinated. The refractive index of the adhesive 4 is on the refractive indices of light wavelength conversion element 3 and sapphire tuned to the light losses when passing the light from the carrier 2 to the light wavelength conversion element 3 and to the cover 7 to minimize. In all other details, the lighting devices of both embodiments are the same. Therefore, in the 1 and 2 for identical parts of the first and second embodiments, the same reference numerals are used and for their description, reference is made to the corresponding description in the illumination device according to the first embodiment of the invention.

Die Verwendung von Klebstoff 4, insbesondere Silikonkleber, in dem Spalt 5‘ erhöht die Lichtauskoppeleffizienz des Lichtwellenlängenkonversionselements 3, verstärkt andererseits aber auch die mechanischen Spannungen in der Beleuchtungseinrichtung, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Materialien von Abdeckung, Träger und Lichtwellenlängenkonversionselement während des Betriebs verursacht werden. The use of glue 4 , especially silicone glue, in the gap 5 ' increases the light extraction efficiency of the light wavelength conversion element 3 On the other hand, it also strengthens the mechanical stresses in the illumination device, which are caused by different coefficients of thermal expansion of the materials of cover, carrier and light wavelength conversion element during operation.

In 4 ist der Einsatz einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 100 im Reflektor 101 eines Kraftfahrzeugscheinwerfers schematisch dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung 100 ist derart im Reflektor 101 angeordnet, dass die der Abdeckung 7 zugewandte Lichtauskoppelfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 näherungsweise im Fokus des Reflektors 101 platziert ist. Der Reflektor 101 ist ein Halbschalenreflektor mit parabolischer Form. Mittels des als optische Linse ausgebildeten Linsenabschnitts 71 der Abdeckung 7 wird das von der Beleuchtungseinrichtung 100 emittierte weiße Licht 9 auf den Reflektor 101 gelenkt und mittels des parabolischen Reflektors 101 parallelisiert. Aus dem Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ausgekoppelte Randlichtstrahlen 9‘ mit großem Lichtaustrittswinkel würden den Reflektor 101 ohne Verwendung des Linsenabschnitts 71 verfehlen. In 4 is the use of a lighting device according to the invention 100 in the reflector 101 a motor vehicle headlight shown schematically. The lighting device 100 is so in the reflector 101 arranged that of the cover 7 facing light output surface of the light wavelength conversion element 3 Approximately in the focus of the reflector 101 is placed. The reflector 101 is a half-shell reflector with parabolic shape. By means of the lens section formed as an optical lens 71 the cover 7 this will be done by the lighting device 100 emitted white light 9 on the reflector 101 steered and by means of the parabolic reflector 101 parallelization. From the light wavelength conversion element 3 decoupled edge light beams 9 ' with large light exit angle would be the reflector 101 without using the lens section 71 to miss.

In 5 ist in schematischer Darstellung ein Querschnitt durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. In 5 is a schematic representation of a cross section through the illumination device according to the third embodiment of the invention.

Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass der Zwischenraum 70 nicht durch eine Aussparung im kreisscheibenförmigen Abschnitt 72 der Abdeckung 7, sondern stattdessen durch eine Vertiefung im kreisscheibenförmigen Träger 2 gebildet wird. Außerdem ist bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Außendurchmesser des Rings 6 auf die entsprechende Abmessung des Zwischenraums 70 abgestimmt. In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinrichtungen beider Ausführungsbeispiele überein. Daher werden in den 1 und 5 für identische Teile des ersten und dritten Ausführungsbeispiels dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen. The illumination device according to the third embodiment of the invention differs from the illumination device according to the first embodiment only in that the gap 70 not through a recess in the circular disc-shaped section 72 the cover 7 but instead by a depression in the circular disc-shaped carrier 2 is formed. In addition, in the illumination device according to the third embodiment of the invention, the outer diameter of the ring 6 to the appropriate dimension of the gap 70 Voted. In all other details, the lighting devices of both embodiments are the same. Therefore, in the 1 and 5 for identical parts of the first and third embodiments, the same reference numerals and for their description, reference is made to the corresponding description in the illumination device according to the first embodiment of the invention.

In 6 ist in schematischer Darstellung ein Querschnitt durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. In 6 is a schematic representation of a cross section through the illumination device according to the fourth embodiment of the invention.

Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass der Linsenabschnitt 71 der Abdeckung 7 und das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 asymmetrisch angeordnet sind. Insbesondere ist die Rotationssymmetrieachse 15 des Linsenabschnitts 71 parallel versetzt zur Rotationssymmetrieachse 15‘ des kreisscheibenförmigen Lichtwellenlängenkonversionselements 3 angeordnet. Dadurch wird eine geringfügige Ablenkung des Lichtstrahlenbündels 9 ermöglicht. In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinrichtungen beider Ausführungsbeispiele überein. Daher werden in den 1 und 6 für identische Teile des ersten und vierten Ausführungsbeispiels dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen. The illumination device according to the fourth embodiment of the invention differs from the illumination device according to the first embodiment only in that the lens section 71 the cover 7 and the light wavelength conversion element 3 are arranged asymmetrically. In particular, the rotational symmetry axis 15 of the lens section 71 offset parallel to the rotational symmetry axis 15 ' the circular-shaped light wavelength conversion element 3 arranged. This will cause a slight deflection of the light beam 9 allows. In all other details, the lighting devices of both embodiments are the same. Therefore, in the 1 and 6 for identical parts of the first and fourth embodiments, the same reference numerals and for their description, reference is made to the corresponding description in the illumination device according to the first embodiment of the invention.

In 7 ist in schematischer Darstellung ein Querschnitt durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. In 7 is a schematic representation of a cross section through the lighting device imaged according to the fifth embodiment of the invention.

Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass der Linsenabschnitt 71 der Abdeckung 7 auf einem ringförmig den Linsenabschnitt 71 umlaufenden Oberflächenbereich, der unmittelbar an den kreisscheibenförmigen Abschnitt 72 der Abdeckung 7 angrenzt, mit einer lichtreflektierenden Schicht 14 versehen ist. Diese lichtreflektierende Schicht 14 wirkt für Lichtstrahlen 9‘‘ mit großem Austrittswinkel als Blende und reflektiert diese zum Lichtwellenlängenkonversionselement 3 zurück, so dass sie am Lichtwellenlängenkonversionselement 3 gestreut und erneut in Richtung des Linsenabschnitts 71 emittiert werden. In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinrichtungen beider Ausführungsbeispiele überein. Daher werden in den 1 und 7 für identische Teile des ersten und fünften Ausführungsbeispiels dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen. The illumination device according to the fifth embodiment of the invention differs from the illumination device according to the first embodiment only in that the lens portion 71 the cover 7 on a ring-shaped lens section 71 circumferential surface area immediately adjacent to the circular disc-shaped section 72 the cover 7 adjoins, with a light-reflecting layer 14 is provided. This light-reflecting layer 14 acts for light rays 9 '' with a large exit angle as a diaphragm and reflects this to the light wavelength conversion element 3 back so that they are at the light wavelength conversion element 3 scattered and again in the direction of the lens section 71 be emitted. In all other details, the lighting devices of both embodiments are the same. Therefore, in the 1 and 7 for identical parts of the first and fifth embodiments, the same reference numerals are used and for their description, reference is made to the corresponding description in the illumination device according to the first embodiment of the invention.

In 8 ist in schematischer Darstellung ein Querschnitt durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. In 8th is a schematic representation of a cross section through the illumination device according to the sixth embodiment of the invention.

Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur durch den Träger 2‘, der anstelle des Trägers 2 verwendet wird, und durch die unterschiedliche Positionierung der Laserlichtquellenanordnung 12. Der Träger 2‘ ist lichtreflektierend ausgebildet und besteht beispielsweise aus einer kreisscheibenförmigen Metallplatte, welche die Kühlwirkung für das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 im Vergleich zum Saphirträger 2 verbessert. Der Durchmesser des Trägers 2‘ entspricht dem Durchmesser des kreisscheibenförmigen Abschnitts 72 der Abdeckung 7. Das von der Laserlichtquellenanordnung 12 emittierte Lichtbündel 8 blauen Lichts wird über den Linsenabschnitt 71, den kreisscheibenförmigen Abschnitt 72 der Abdeckung 7 und den Luftspalt 5 mit schrägem Einfallswinkel auf die vom Träger 2‘ abgewandte Seite des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 gelenkt. Das Lichtbündel 8 durchdringt das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 und wird am Träger 2‘ in das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 zurückreflektiert. Ein Teil des blauen Lichts des Lichtbündels 8 wird im Lichtwellenlängenkonversionselement 3 in gelbes Licht konvertiert, während ein anderer Teil des von der Laserlichtquellenanordnung 12 erzeugten blauen Lichts das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ohne Wellenlängenkonversion passiert. Dadurch tritt aus der der Abdeckung 7 zugewandten Seite des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 weißes Licht 9 aus, das eine Mischung aus konvertiertem gelbem Licht und nicht-konvertiertem blauem Licht ist. Der relative Anteil des gelben und blauen Lichts hängt von der Dicke des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 und von der Leuchtstoffkonzentration ab. In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinrichtungen beider Ausführungsbeispiele überein. Daher werden in den 1 und 8 für identische Teile des ersten und sechsten Ausführungsbeispiels dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen. The illumination device according to the sixth embodiment of the invention differs from the illumination device according to the first embodiment only by the carrier 2 ' that instead of the carrier 2 is used, and by the different positioning of the laser light source assembly 12 , The carrier 2 ' is designed to reflect light and consists for example of a circular disk-shaped metal plate, which is the cooling effect for the light wavelength conversion element 3 in comparison to the sapphire carrier 2 improved. The diameter of the carrier 2 ' corresponds to the diameter of the circular disc-shaped portion 72 the cover 7 , That of the laser light source arrangement 12 emitted light bundles 8th blue light is over the lens section 71 , the circular disk-shaped section 72 the cover 7 and the air gap 5 with an oblique angle of incidence on that of the carrier 2 ' opposite side of the light wavelength conversion element 3 directed. The light beam 8th penetrates the light wavelength conversion element 3 and will be on the carrier 2 ' in the light wavelength conversion element 3 reflected back. Part of the blue light of the light beam 8th becomes in the light wavelength conversion element 3 converted into yellow light while another part of the laser light source arrangement 12 generated blue light, the light wavelength conversion element 3 happened without wavelength conversion. This will exit the cover 7 facing side of the light wavelength conversion element 3 White light 9 which is a mixture of converted yellow light and unconverted blue light. The relative proportion of the yellow and blue light depends on the thickness of the light wavelength conversion element 3 and from the phosphor concentration. In all other details, the lighting devices of both embodiments are the same. Therefore, in the 1 and 8th for identical parts of the first and sixth embodiments, the same reference numerals are used and for their description, reference is made to the corresponding description in the lighting device according to the first embodiment of the invention.

Bei allen sechs Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist der senkrecht zur Rotationssymmetrieachse 15 des Linsenabschnitts 71 gemessene maximale Durchmesser des Linsenabschnitts 71 der Abdeckung 7 größer als der Durchmesser des kreisscheibenförmigen Lichtwellenlängenkonversionselements 3. Der Linsenabschnitt 71 ist bei allen sechs Ausführungsbeispielen derart positioniert, dass er das gesamte Lichtwellenlängenkonversionselement 3 überdeckt. In all six embodiments of the illumination device according to the invention is perpendicular to the rotational axis of symmetry 15 of the lens section 71 measured maximum diameter of the lens section 71 the cover 7 larger than the diameter of the circular-shaped light wavelength conversion element 3 , The lens section 71 is positioned in all six embodiments such that it covers the entire light wavelength conversion element 3 covered.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beispielsweise können der Träger 2 und die Abdeckung 7 statt kreisscheibenförmig auch als rechteckige oder quadratische Scheiben oder als Scheiben mit beliebiger Form ausgebildet sein. Die Abdeckung 7 kann ferner statt aus Saphir auch aus anderen lichtdurchlässigen Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus lichtdurchlässiger Keramik, bestehen. Die Form des Linsenabschnitts 71 muss nicht unbedingt sphärisch sein, sondern kann an die gewünschte Lichtverteilung angepasst werden und kann insbesondere auch asphärisch sein. The invention is not limited to the above-described embodiments of the invention. For example, the carrier can 2 and the cover 7 instead of circular disc-shaped also be formed as rectangular or square discs or as discs with any shape. The cover 7 may also consist of other translucent materials with high thermal conductivity, such as translucent ceramic instead of sapphire. The shape of the lens section 71 does not necessarily have to be spherical, but can be adapted to the desired light distribution and, in particular, can also be aspherical.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012201307 A1 [0002] DE 102012201307 A1 [0002]

Claims (10)

Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einem, auf einem Träger (2) angeordneten Lichtwellenlängenkonversionselement (3) zur Wellenlängenkonversion von Licht, das von einer Laserlichtquellenanordnung (12) emittiert wird, und einer Abdeckung (7) für das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (7) einen als optische Linse ausgebildeten Linsenabschnitt (71) aufweist. Lighting device with at least one, on a support ( 2 ) arranged light wavelength conversion element ( 3 ) for the wavelength conversion of light emitted by a laser light source arrangement ( 12 ) and a cover ( 7 ) for the at least one light wavelength conversion element ( 3 ), characterized in that the cover ( 7 ) formed as an optical lens lens portion ( 71 ) having. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Linsenabschnitt (71) das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (3) zumindest teilweise überdeckt. Lighting device according to claim 1, wherein the lens section ( 71 ) the at least one light wavelength conversion element ( 3 ) at least partially covered. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (3) in einem Zwischenraum (70) angeordnet ist, der von dem Träger (2) und der Abdeckung (7) gebildet wird. Lighting device according to claim 1 or 2, wherein the at least one light wavelength conversion element ( 3 ) in a space ( 70 ) arranged by the carrier ( 2 ) and the cover ( 7 ) is formed. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen der Abdeckung (7) und dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement ein Spalt (5) angeordnet ist. Lighting device according to one of claims 1 to 3, wherein between the cover ( 7 ) and the at least one light wavelength conversion element a gap ( 5 ) is arranged. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abdeckung (7) aus Saphir oder lichtdurchlässiger Keramik oder Glas besteht. Lighting device according to one of claims 1 to 4, wherein the cover ( 7 ) is made of sapphire or translucent ceramic or glass. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (3) von einem auf dem Träger (2) angeordneten Ring (6) aus lichtreflektierendem Material umgeben ist. Lighting device according to one of claims 1 to 5, wherein the at least one light wavelength conversion element ( 3 ) from one on the carrier ( 2 ) arranged ring ( 6 ) is surrounded by light-reflecting material. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (3) mittels Klebstoff (4) am Träger (3) fixiert ist. Lighting device according to one of claims 1 to 6, wherein the at least one light wavelength conversion element ( 3 ) by means of adhesive ( 4 ) on the carrier ( 3 ) is fixed. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Abdeckung (7) am Träger (3) befestigt ist. Lighting device according to one of claims 1 to 7, wherein the cover ( 7 ) on the carrier ( 3 ) is attached. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Träger (3) und die Abdeckung (7) in einer gemeinsamen Halterung (1) angeordnet sind. Lighting device according to one of claims 1 to 8, wherein the support ( 3 ) and the cover ( 7 ) in a common holder ( 1 ) are arranged. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Abdeckung (7) auf einem Oberflächenbereich ihres Linsenabschnitts (71) mit einer lichtreflektierenden Schicht (14) versehen ist. Lighting device according to one of claims 1 to 9, wherein the cover ( 7 ) on a surface portion of its lens portion ( 71 ) with a light-reflecting layer ( 14 ) is provided.
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