-
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
I. Stand der Technik
-
Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der
DE 10 2010 062 463 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquellenanordnung zum Erzeugen von Primärlicht und einem Lichtwellenlängenkonversionselement zur anteiligen Konversion von Primärlicht in Sekundärlicht sowie einem Reflektor, der das Primärlicht und das Sekundärlicht reflektiert.
-
II. Darstellung der Erfindung
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, die im Fall eines defekten oder fehlenden Lichtwellenlängenkonversionselements kein Primärlicht oder nur einen reduzierten Anteil von Primärlicht emittiert.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt mindestens eine Lichtquellenanordnung zum Erzeugen von Primärlicht und mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement zur Konversion von Primärlicht in Sekundärlicht, wobei die mindestens eine Lichtquellenanordnung und das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement derart ausgebildet sind oder entsprechend ausgebildete Lichtlenkmittel vorgesehen sind, dass ein Teil des von der mindestens einen Lichtquellenanordnung erzeugten Primärlichts auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement auftrifft und ein Teil des von der mindestens einen Lichtquellenanordnung erzeugten Lichts an dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement vorbei gelenkt wird, und wobei die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung eine dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement optisch nachgeschaltete Filtervorrichtung besitzt, die zum Herausfiltern von Primärlicht dient. Der Begriff „dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement optisch nachgeschaltete Filtervorrichtung“ bezeichnet eine Filtervorrichtung, die im Lichtpfad bzw. Lichtstrahlengang hinter dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement angeordnet ist, so dass das Licht erst nach dem Passieren des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements auf die Filtervorrichtung trifft.
-
Durch die vorgenannte Konstruktion der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung wird im Fall eines defekten oder fehlenden Lichtwellenlängenkonversionselements ein wesentlicher Teil des Primärlichts mittels der Filtervorrichtung herausgefiltert, so dass die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung im Störungsfall nur noch denjenigen Teil des Primärlichts emittiert, der an dem Lichtwellenlängenkonversionselement vorbeigeführt. Auf diese Weise wird das menschliche Auge im Fall eines defekten oder fehlenden Lichtwellenlängenkonversionselements vor zu hoher Intensität des Primärlichts geschützt.
-
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung hat außerdem den Vorteil, dass durch die Aufteilung des Primärlichts in einen Teil, der auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement trifft, und in einen Teil, der an dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement vorbeigeführt wird, eine zusätzliche Möglichkeit zur Einstellung der relative Anteile des von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittierten Primärlichts und Sekundärlichts geschaffen wird. Neben der Ausgestaltung des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements kann bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zusätzlich auch über die Aufteilung der Intensitäten des auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement auftreffenden Primärlichts und des am mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement vorbeigeführten Primärlichts der relative Anteil von Primärlicht und Sekundärlicht im von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittierten Licht gesteuert werden.
-
Vorteilhafterweise ist die Filtervorrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung transparent für Sekundärlicht ausgebildet. Dadurch ist gewährleistet, dass bei dem vom mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement emittierten Licht nur das nicht-konvertierte Primärlicht blockiert wird. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck die Filtervorrichtung entweder lichtreflektierend oder lichtabsorbierend für das Primärlicht ausgebildet.
-
Die mindestens eine Lichtquellenanordnung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weist vorzugsweise mindestens eine Laserdiode auf, um Primärlicht aus einem eng begrenzten Wellenlängenbereich mit hoher Intensität und hoher Leuchtdichte erzeugen zu können.
-
Vorteilhafterweise ist das von der mindestens einen Lichtquellenanordnung erzeugte Primärlicht Licht mit Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer. Primärlicht aus diesem Wellenlängenbereich hat den Vorteil, dass die üblichen, mittels Ultravioletter Strahlung (UV-Strahlung) und blauem Licht anregbaren Leuchtstoffe zur Wellenlängenkonversion des Primärlichts verwendet werden können. Vorzugsweise weist das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement daher Leuchtstoff zur Wellenlängenkonversion des Primärlichts auf.
-
Als Leuchtstoff für das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung wird vorzugsweise mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet. Der vorgenannte Leuchtstoff hat den Vorteil, dass er das oben genannte Primärlicht aus dem Spektralbereich von UV-Strahlung und blauem Licht anteilig in Sekundärlicht Licht mit dominanten Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 520 Nanometer bis 590 Nanometer konvertiert. Dadurch wird vom Lichtwellenlängenkonversionselement Licht mit Wellenlängen aus dem spektralen Bereich von ca. 380 Nanometer bis –800 Nanometer emittiert. Der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung wird daher die Emission von weißem Licht ermöglicht, das eine Mischung aus nicht-konvertiertem blauem Primärlicht und konvertiertem gelbem Sekundärlicht ist.
-
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung eine Optik zur Mischung von Primärlicht und Sekundärlicht auf, die der Filtervorrichtung optisch nachgeschaltet ist. Diese Optik ermöglicht die Emission von homogenem weißem Licht.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement und die Filtervorrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung jeweils mindestens einen Durchlassbereich für Primärlicht auf. Dadurch wird auf sehr einfache Weise, ohne zusätzliche Bauteile, eine Aufteilung von Primärlicht und Sekundärlicht in unterschiedliche Lichtpfade erreicht.
-
Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Durchlassbereich des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements oder der Filtervorrichtung lichtstreuend ausgebildet. Dadurch wird das den Durchlassbereich passierende Primärlicht gestreut und somit sowohl die Sicherheit für Betrachter erhöht als auch die Homogenität des von der Beleuchtungseinrichtung emittierten weißen Lichts verbessert. Durch eine zusätzliche nachgeschaltete Optik, beispielsweise ausgestaltet als Lichtmischelement „mixing rod“, können Primärlicht und Sekundärlicht weiter vermischt und homogenisiert werden.
-
Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung zwecks Verbesserung der Sicherheit Lichtlenkmittel in Form von Spiegel auf, die einen Teil des Primärlichts an dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement vorbeilenken.
-
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung dient vorzugsweise als Weißlichtquelle für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
-
III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
-
2 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
-
3 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
-
4 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung
-
5 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung
-
6 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung
-
7 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung
-
In 1 ist schematisch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet.
-
Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt eine Lichtquellenanordnung 1 zum Erzeugen von Primärlicht 10, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 3 zur Wellenlängenkonversion von Primärlicht in Sekundärlicht 11, Lichtlenkmittel 21, 22, 23, 24 und eine Filtervorrichtung 4 zum Herausfiltern von Primärlicht 10.
-
Die Lichtquellenanordnung
1 besteht aus mehreren Laserdioden, beispielsweise drei Laserdioden, die während ihres Betriebs blaues Licht mit Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer erzeugen, und aus einer Optik, die das von den Laserdioden erzeugte Laserlicht, das auch Primärlicht
10 genannt wird, kollimiert und zu einem Lichtbündel vereinigt. Eine derartige Lichtquellenanordnung
1 ist beispielsweise in der
DE 10 2012 005 157 U1 offenbart. Die Lichtquellenanordnung
1 emittiert während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung kollimiertes Primärlicht
10, das auf den teilweise lichtdurchlässigen Spiegel
21 der Lichtlenkmittel
21,
22,
23,
24 gelenkt wird.
-
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 besteht aus einem lichtdurchlässigen Saphirplättchen, das mit Leuchtstoff beschichtet ist. Als Leuchtstoff dient mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce). Mittels des vorgenannten Leuchtstoffs wird zumindest ein Teil des auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 auftreffenden Primärlichts in Sekundärlicht 11 konvertiert. Ein anderer Teil des auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 auftreffenden Primärlichts 10 passiert das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ohne Wellenlängenkonversion. Die relativen Anteile von Primärlicht 10 und Sekundärlicht 11 im vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 emittierten Licht hängen von der Dicke und Konzentration des Leuchtstoffs im Lichtwellenlängenkonversionselement 3 ab. Bei dem Sekundärlicht 11 handelt es sich um gelbes Licht mit dominanten Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 520 Nanometer bis 590 Nanometer. Dadurch emittiert das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 Licht mit Wellenlängen aus dem spektralen Bereich von ca. 380 Nanometer bis 800 Nanometer.
-
Die Lichtlenkmittel 21, 22, 23, 24 bestehen aus einem für Primärlicht 10 halbdurchlässigen ersten Spiegel 21, der zwischen der Lichtquellenanordnung 1 und dem Lichtwellenlängenkonversionselement 3 im Lichtpfad des Primärlichts 10 angeordnet ist, zwei weiteren Spiegeln 22, 23 und einem für Sekundärlicht 11 transparenten und für Primärlicht 10 reflektierend ausgebildetem vierten Spiegel 24. Der erste Spiegel 21 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass ca. 70% bis 85% der Energie des Primärlichts 10 den ersten Spiegel 21 passiert und auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 auftrifft, während ca. 15% bis 30% der Energie des Primärlichts 10 am ersten Spiegel 21 reflektiert wird. Mittels des ersten 21 und zweiten Spiegels 22 wird ca. 15% bis 30% der Energie des von der Lichtquellenanordnung 1 erzeugten Primärlichts 10 am Lichtwellenlängenkonversionselement 3 vorbeigelenkt und mittels des dritten Spiegels 23 und des vierten Spiegels 24 wird das am Lichtwellenlängenkonversionselement 3 vorbeigelenkte Primärlicht 10 wieder in die ursprüngliche Emissionsrichtung des von der Lichtquellanordnung 1 emittierten Primärlichts 10 gelenkt und mit dem vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 emittierten Sekundärlicht 11 gemischt.
-
Der zweite 22 und dritte Spiegel 23 sind lichtreflektierend ausgebildet, so dass auf sie auftreffendes Licht reflektiert wird. Der vierte Spiegel 24 ist transparent für Sekundärlicht 11 ausgebildet. Die Vorderseite 4 und die Rückseite 5 des vierten Spiegels 24 sind jeweils lichtreflektierend für das Primärlicht 10 ausgebildet. An der Vorderseite 4 des vierten Spiegels 24 wird der von dem Lichtwellenlängenkonversionselement 3 emittierte, nicht-konvertierte Anteil des Primärlichts 10 reflektiert und aus der ursprünglichen Emissionsrichtung des Primärlichts 10 abgelenkt, während an der Rückseite 5 des vierten Spiegels 24 der am Lichtwellenlängenkonversionselement 3 vorbeigelenkte Anteil des Primärlichts 10 reflektiert und in die ursprüngliche Emissionsrichtung des von der Lichtquellenanordnung 1 emittierten Primärlichts 10 zurückgelenkt wird. Alle Spiegel 21, 22, 23, 24 sind als dichroitische Spiegel ausgebildet.
-
Die oben genannte Filtervorrichtung 4 zum Herausfiltern von Primärlicht 10 wird bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung von der für Primärlicht 10 reflektierend ausgebildeten Vorderseite 4 des vierten Spiegels 24 gebildet.
-
Nachstehend wird die Funktionsweise der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
-
Das von der Lichtquellenanordnung emittierte Primärlicht 10 wird am ersten, teilweise lichtdurchlässigen Spiegel 21 in zwei unterschiedliche Lichtpfade aufgeteilt. Vom ersten Spiegel 21 wird ca. 70% bis 85% der Energie des Primärlichts 10 transmittiert, so dass es entlang eines ersten Lichtpfads geführt wird und auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 auftrifft. Das auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 auftreffende Primärlicht 10 wird nach dem Passieren des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 teilweise in Sekundärlicht 11 konvertiert und teilweise ohne Wellenlängenkonversion transmittiert. Sowohl das vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 emittierte Sekundärlicht 11 als auch das vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 transmittierte, nicht-konvertierte Primärlicht 10 treffen auf die Vorderseite 4 des vierten Spiegels 24 auf. Das Sekundärlicht 11 passiert den vierten Spiegel 24, während das vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 transmittierte Primärlicht 10 an der Vorderseite 4 des vierten Spiegels 24 reflektiert und aus der ursprünglichen Emissionsrichtung des von der Lichtquellenanordnung 1 emittierten Lichts abgelenkt und beispielsweise mittels eines Absorbers (nicht abgebildet) absorbiert wird oder alternativ mittels eines Lichtsensors detektiert und überwacht sowie gegebenenfalls, das heißt bei defektem Lichtwellenlängenkonversionselement 3, zur Sicherheitsabschaltung des gesamten Systems verwendet wird.
-
Am ersten, teilweise lichtdurchlässigen Spiegel 21 wird ca. 15% bis 30% der Energie des Primärlichts 10 reflektiert und entlang eines zweiten Lichtpfads am Lichtwellenlängenkonversionselement 3 vorbeigelenkt. Mit Hilfe des zweiten Spiegels 22 und des dritten Spiegels 23 wird das am ersten Spiegel 21 reflektierte Primärlicht 10 umgelenkt, so dass es auf die Rückseite 5 des vierten Spiegels 24 auftrifft. An der Rückseite 5 des vierten, für Sekundärlicht 11 transparenten Spiegels 24 wird das am ersten Spiegel 21 reflektierte Primärlicht 10 erneut reflektiert und wieder in die ursprüngliche Richtung des von der Lichtquellenanordnung 1 emittierten Lichts gelenkt. Dadurch vereinigt sich das vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 emittierte Sekundärlicht 11 nach dem Passieren des für Sekundärlicht 11 transparenten vierten Spiegels 24 mit dem an der Rückseite 5 des vierten Spiegels 24 reflektierten Anteil des Primärlichts 10 zu einem gemeinsamen Lichtbündel von weißem Licht, da die Mischung von blauem Primärlicht 10 und gelbem Sekundärlicht 11 weißes Licht ergibt. Das weiße Mischlicht kann optional noch mittels einer dem vierten Spiegel 24 optisch nachgeordneten Optik (nicht abgebildet) homogenisiert werden.
-
In 2 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur durch zusätzliche optische Linsen 61, 62, 63, die Lichtstrahlformung dienen. In allen anderen Details sind die Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung identisch. Daher werden bei den Ausführungsbeispielen in den 1 und 2 für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung zu dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
-
Die optischen Linsen 61, 62 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in dem Lichtpfad des von dem ersten Spiegel 21 reflektierten Primärlichts 10, zwischen dem zweiten Spiegel 22 und dem dritten Spiegel angeordnet, um das Strahlprofil des Lichtstrahls bzw. Lichtbündels zu formen. Beispielsweise erlauben die optischen Linsen 61, 62 eine Aufweitung oder eine Kollimation oder eine Fokussierung des Lichtstrahls bzw. Lichtbündels.
-
Die optische Linse 63 ist im Lichtpfad des vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 emittierten Lichts, zwischen dem Lichtwellenlängenkonversionselement 3 und dem vierten Spiegel 24 angeordnet. Die optische Linse 63 dient zur Bündelung des vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 emittierten Sekundärlichts 11 und zur Bündelung des vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 transmittierten, nicht-konvertierten Primärlichts 10. Sie verringert die Divergenz des an den Leuchtstoffpartikeln des Lichtwellenlängenkonversionselements 3 gestreuten Sekundär- und Primärlichts.
-
In 3 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet.
-
Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur dadurch, dass zwischen dem zweiten Spiegel 22 und dem dritten Spiegel 23‘, wie bereits beim zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, zwei optische Linsen 61, 62 zur Strahlformung angeordnet sind und dadurch, dass das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 sowie die Filtervorrichtung 4 und der vierte Spiegel 24 als Baueinheit ausgebildet sind. Außerdem weist der dritte Spiegel 23‘ eine gewölbte reflektierende Oberfläche auf. In allen anderen Details sind die Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung identisch. Daher werden bei den Ausführungsbeispielen in den 1 bis 3 für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung zu dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
-
Nachstehend wird näher auf die Unterschiede zwischen den Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen.
-
Bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das Lichtwellenlängenkonversionselement 3‘, die Filtervorrichtung 4‘ und der vierte Spiegel 24‘ als Baueinheit ausgeführt.
-
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 3‘ besteht aus einem Saphirplättchen, das auf seiner dem ersten Spiegel 21 und der Lichtquellenanordnung 1 zugewandten Vorderseite mit Leuchtstoff beschichtet ist, wobei als Leuchtstoff mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet wird. Die vom ersten Spiegel 21 und der Lichtquellenanordnung 1 abgewandte Rückseite des Saphirplättchens ist mit einer für Primärlicht 10 reflektierenden und für Sekundärlicht 11 transparenten, dichroitischen Beschichtung 4‘ versehen. Zusätzlich ist an der Rückseite des Saphirplättchens, auf der dichroitischen Beschichtung 4‘ eine Mikroprismenstruktur 240 angeordnet, die zusammen mit der dichroitischen Beschichtung 4‘ den vierten Spiegel 24‘ bildet. Alternativ kann die dichroitische Beschichtung 4‘ auch auf der Mikroprismenstruktur 240 angeordnet sein.
-
Das vom ersten Spiegel 21 transmittierte Primärlicht 10 wird vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3‘ anteilig in Sekundärlicht 11 konvertiert. Das Sekundärlicht 11 passiert die dichroitische Beschichtung 4‘ und die Mikroprismenstruktur 240, wobei die Mikroprismenstruktur unter Umständen lichtstreuend auf das Sekundärlicht 11 wirkt. Der das Lichtwellenlängenkonversionselement 3‘ passierende, vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3‘ nicht-konvertierte Anteil des Primärlichts 10 wird an der dichroitischen Beschichtung 4‘ in das Lichtwellenlängenkonversionselement 3‘ zurück reflektiert.
-
Der am ersten Spiegel 21 reflektierte Teil des Primärlichts 10 wird nach Reflexion an der gewölbten Oberfläche des dritten Spiegels 23‘ auf die Mikrosprismenstruktur 240 und die darunter liegende Oberfläche der dichroitischen Beschichtung 4‘ gelenkt. Dieser Teil des Primärlichts 10 wird an der dichroitischen Beschichtung 4‘ in Richtung der ursprünglichen Emissionsrichtung des von der Lichtquellenanordnung emittierten Primärlichts 10 reflektiert. Die Mikroprismenstruktur 240 wirkt dabei unter Umständen lichtstreuend. Mittels der Mikroprismenstruktur 240 werden der vorgenannte Teil des Primärlichts 10 und das Sekundärlicht 11 homogen gemischt, um möglichst homogenes weißes Licht zu erzeugen. Durch die Reflexion an der gewölbten Oberfläche des dritten Spiegels 23‘ wird eine Aufweitung des auf die Mikroprismenstruktur 240 und die dichroitische Beschichtung 4‘ auftreffenden Teils des Primärlichts 10 erreicht.
-
Das vom Lichtwellenlängenkonversionselement 3 emittierte Sekundärlicht 11 wird üblicherweise mit lambert’scher Lichtverteilung abgestrahlt. Die dichroitische Beschichtung 4‘ und die Mikroprismenstruktur 240 sind derart ausgelegt, dass vom dritten Spiegel 23‘ umgelenktes Primärlicht 10 so abgelenkt wird, dass es möglichst dieselbe Winkelverteilung aufweist, wie das transmittierte Sekundärlicht 11.
-
In 4 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet.
-
Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt eine Lichtquellenanordnung 1, die identisch zur Lichtquellenanordnung der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 30 und eine Filtervorrichtung 40.
-
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 besteht aus einem mit Leuchtstoff beschichteten, lichtdurchlässigen Saphirplättchen, wobei als Leuchtstoff mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet wird. Das Saphirplättchen bzw. das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 ist kreisringscheibenförmig ausgebildet und besitzt einen mittig angeordneten Durchbruch 31. Der Außendurchmesser des Saphirplättchens bzw. des Lichtwellenlängenkonversionselements 30 hat vorzugsweise einen Wert im Bereich von 1 mm bis 5 mm. Sein Innendurchmesser ist vorzugsweise kleiner als 1 mm, und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 mm, um einen vergleichsweise geringen Anteil an Primärlicht 10 zu erhalten, der am Lichtwellenlängenkonversionselement 3 vorbeigelenkt wird.
-
Die Filtervorrichtung 40 ist als kreisringscheibenförmiger, dichroitischer Spiegel mit einem zentralen Durchbruch 41 ausgebildet, der koaxial zum Lichtwellenlängenkonversionselement 30 angeordnet ist. Außen- und Innendurchmesser der Filtervorrichtung 40 sind identisch zu den entsprechenden Abmessungen des Lichtwellenlängenkonversionselements 30. Die Filtervorrichtung 40 ist dem Lichtwellenlängenkonversionselement 30 optisch nachgeschaltet. Das heißt, das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 ist zwischen der Lichtquellenanordnung 1 und der Filtervorrichtung 40 angeordnet, so dass das von der Lichtquellenanordnung 1 emittierte Licht zuerst auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 auftrifft, bevor es zur Filtervorrichtung 40 gelangt. Die Filtervorrichtung 40 ist vorzugsweise in geringem Abstand oder ohne Abstand zum Lichtwellenlängenkonversionselement 30 angeordnet.
-
Nachstehend wird die Funktionsweise der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
-
Die Lichtquellenanordnung 1 emittiert Licht, das als Licht mit Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer ausgebildet ist und auch als Primärlicht 10 bezeichnet ist. Es handelt sich hierbei um Licht aus dem blauen Spektralbereich. Ein Teil dieses Primärlichts 10 passiert das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 und den dichroitischen Spiegel 40 über die Durchbrüche 31 und 41 in den vorgenannten optischen Komponenten 30, 40.
-
Der außerhalb des Durchbruchs 31 auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 auftreffende Teil des Primärlichts 10 wird beim Passieren des Lichtwellenlängenkonversionselements 30 anteilig in gelbes Licht mit dominanten Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 520 Nanometer bis 590 Nanometer konvertiert. Dadurch emittiert das Lichtwellenlängenkonversionselement 3 Licht mit Wellenlängen aus dem spektralen Bereich von ca. 380 Nanometer bis 800 Nanometer. Das konvertierte Licht wird auch als Sekundärlicht 11 bezeichnet. Der dichroitische Spiegel 40 ist transparent für Licht mit Wellenlängen aus dem Spektralbereich des Sekundärlichts 11 ausgebildet. Daher passiert das vom Lichtwellenlängenkonversionselement 30 emittierte Sekundärlicht 11 den dichroitischen Spiegel 40. Der Anteil des Primärlichts 10, der außerhalb des Durchbruchs 31 auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 auftrifft und das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 ohne Konversion in Sekundärlicht 11 verlässt, trifft außerhalb des Durchbruchs 41 auf die Filtervorrichtung 40 und wird zum Lichtwellenlängenkonversionselement 30 zurückreflektiert, weil die Filtervorrichtung 40 als dichroitischer Spiegel ausgebildet ist, der Licht aus dem Wellenlängenbereich des Primärlichts 10 reflektiert.
-
Auf der von der Lichtquellenanordnung 1 und dem Lichtwellenlängenkonversionselement 30 abgewandten Seite der Filtervorrichtung 40 wird daher Licht emittiert, das eine Mischung aus Primärlicht 10, das aus dem zentralen Durchbruch 41 austritt, und Sekundärlicht 11 ist, das durch die Filtervorrichtung 40 hindurchtritt. Die Mischung von blauem Primärlicht 10 und gelbem Sekundärlicht 11 ergibt weißes Licht, so dass die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung weißes Licht emittiert.
-
In 5 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur durch eine zusätzliche optische Linse 60, die zur Lichtstrahlformung dient. In allen anderen Details sind die Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung identisch. Daher werden bei den Ausführungsbeispielen in den 4 und 5 für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung zu dem vierten Ausführungsbeispiel verwiesen. Die optische Linse 60 dient zur Fokussierung des von der Lichtquellenanordnung 1 emittierten Lichts auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 30.
-
In 6 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur dadurch, dass im Durchbruch 31 des Lichtwellenlängenkonversionselements 30 ein lichtstreuendes Element 70 angeordnet ist. In allen anderen Details sind die Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem vierten und sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung identisch. Daher werden bei den Ausführungsbeispielen in den 4 und 6 für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung zu dem vierten Ausführungsbeispiel verwiesen. Das lichtstreuende Element 70 streut das durch den Durchbruch 31 hindurchtretende Primärlicht 10 und gewährleistet daher eine homogenere Mischung von Sekundärlicht 11 und Primärlicht 10 auf der von der Lichtquellenanordnung 1 und dem Lichtwellenlängenkonversionselement 30 abgewandten Seite der Filtervorrichtung 40. Außerdem reduziert das lichtstreuende Element 70 die Kohärenz der Primärstrahlung und dient somit zusätzlich zur Sicherheit der Laserstrahlung. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung emittiert daher im Vergleich zum vierten Ausführungsbeispiel bezüglich der Winkelverteilung homogeneres weißes Licht.
-
In 7 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur dadurch, dass zusätzlich ein stabförmiges Lichtmischelement 80 vorgesehen ist, das der Filtervorrichtung 40 optisch nachgeschaltet ist. In allen anderen Details sind die Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem siebten und sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung identisch. Daher werden bei den Ausführungsbeispielen in den 4, 6 und 7 für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die entsprechende Beschreibung zu dem vierten und sechsten Ausführungsbeispiel verwiesen.
-
Das stabförmige Lichtmischelement 80 ist kreiszylindrisch ausgebildet und koaxial zum Lichtwellenlängenkonversionselement 30 und zur Filtervorrichtung 40 angeordnet. Es besitzt denselben Außendurchmesser wie das Lichtwellenlängenkonversionselement 30 und die Filtervorrichtung 40. Die Zylindermantelfläche des Lichtmischelements 80 ist total reflektierend ausgebildet, so dass in das Lichtmischelement 80 eingekoppeltes Licht dieses nicht über die Mantelfläche, sondern nur an seinen Stirnseiten verlassen kann.
-
Das von der Lichtquellenanordnung 1 emittierte Primärlicht 10 wird über die Durchbrüche 31 und 41 im Lichtwellenlängenkonversionselement 30 und der Filtervorrichtung 40 in das Lichtmischelement 80 eingekoppelt. Außerdem wird das von dem Lichtwellenlängenkonversionselement 30 emittierte Sekundärlicht 11 über die für Sekundärlicht 11 transparente Filtervorrichtung 40 in das Lichtmischelement 80 eingekoppelt. Sowohl das in das Lichtmischelement 80 eingekoppelte Primärlicht 10 als auch das in das Lichtmischelement 80 eingekoppelte Sekundärlicht 11 werden vielfach an der Mantelfläche des Lichtmischelements 80 total reflektiert und dadurch homogen gemischt. Daher tritt aus der von der Lichtquellenanordnung 1 abgewandten Stirnseite des Lichtmischelements 80 homogenes weißes Licht 90 aus, das eine homogene Mischung von blauem Primärlicht 10 und gelbem Sekundärlicht 11 ist. Zur Verbesserung der Homogenität des weißen Lichts 90 kann die Länge des stabförmigen Lichtmischelements 80 erhöht werden oder das Material des Lichtmischelements 80 mit lichtstreuenden Partikeln versetzt sein.
-
Die Beleuchtungseinrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind zum Einsatz als Weißlichtquelle in Kraftfahrzeugscheinwerfern vorgesehen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen im Einsatz als Weißlichtquelle für Projektionsvorrichtungen, beispielsweise für die Film- und Videoprojektion, in der technischen und medizinischen Endoskopie, für Lichteffekte in der Unterhaltungsindustrie und für medizinische Bestrahlungen.
-
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beispielsweise können Komponenten der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Außerdem können das Lichtwellenlängenkonversionselement und die Filtervorrichtung anstelle oder zusätzlich zum zentralen Durchbruch 31, 41 weitere Durchbrüche aufweisen, um eine homogenere Mischung von Primär- und Sekundärlicht zu gewährleisten. Ferner kann das oben beschriebene Lichtmischelement 80 aber auch eine andere Symmetrie, beispielsweise einen vieleckigen Querschnitt, oder gar keine Symmetrie aufweisen. Insbesondere ist es auch möglich das Lichtmischelement 80 als gebogene Lichtleiterversion bzw. als sogenannter „Angle Rotator“ auszulegen, um das Licht gegebenenfalls umzulenken.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010062463 A1 [0002]
- DE 102012005157 U1 [0027]
