DE102013226614A1 - Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Laserlichtquellenanordnung (11), einer Optik (12) und mindestens einem schwenkbaren Spiegel (13) sowie mindestens einem Lichtwellenlängenkonversionselement (14), wobei die Optik (12) und der mindestens eine schwenkbare Spiegel (13) derart ausgebildet sind, dass von der Laserlichtquellenanordnung (11) erzeugtes Laserlicht über die Optik (12) und den mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) zum Lichtwellenlängenkonversionselement (14) gelenkt wird, und wobei Mittel zur Kompensation einer durch die Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels (13) verursachten Verlängerung oder Verkürzung des optischen Wegs des von der Laserlichtquellenanordnung (11) erzeugten und über die Optik (12) sowie den mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (14) gelenkten Laserlichts vorgesehen sind.

Description

  • 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 028 949 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Laserlichtquelle zum Erzeugen von blauem Licht und mindestens einem schwenkbaren Spiegel sowie mindestens einem Lichtwellenlängenkonversionselement. Das von der Laserlichtquellenanordnung erzeugte blaue Licht wird mit Hilfe des schwenkbaren Spiegels auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements gelenkt, um weißes Licht zu erzeugen, das eine Mischung aus mittels der Lichtwellenlängenkonversionselemente konvertiertem gelbem Licht und nicht-konvertiertem blauem Licht ist.
  • In 4 ist schematisch eine derartige Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das von der Laserlichtquelle 41 erzeugte und mittels Kollimatorlinse (nicht abgebildet) kollimierte Licht wird über die Optik 42 und den schwenkbaren Spiegel 43 auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 44 fokussiert. Der Spiegel 43 ist um zwei orthogonale Schwenkachsen schwenkbar, die in der Reflexionsfläche des Spiegels 43 liegen und sich im Flächenschwerpunkt der Reflexionsfläche des Spiegels 43 schneiden. Das Laserlichtbündel trifft im Bereich des Flächenschwerpunkts auf die Reflexionsfläche des Spiegels 43 und wird in Richtung des Lichtwellenlängenkonversionselements 44 abgelenkt. Die Optik 42, der schwenkbare Spiegel 43 und das Lichtwellenlängenkonversionselement 44 sind derart angeordnet und ausgerichtet, dass das Laserlichtbündel bei nichtausgelenktem Spiegel 43, das heißt bei einem Schwenkwinkel von Null Grad, entsprechend der Ruhestellung des Spiegels 43, mittig und mit minimalem Laserspotdurchmesser auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 44 gebündelt wird. Der Brennpunkt der Optik 42 liegt nach Abbildung durch den Spiegel 43 im Fall eines Schwenkwinkels von Null Grad auf der Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 44. In 4 ist dieser Zustand des Spiegels 43 mit Hilfe von durchgezogenen Linien dargestellt. Außerdem ist in 4 mit Hilfe von gestrichelten Linien ein zweiter Schwenkzustand des Spiegels 43 schematisch dargestellt, welcher der Auslenkung des Spiegels 43 um einen Winkel größer als Null Grad aus seiner Ruhestellung entspricht. Durch die Auslenkung des Spiegels 43 aus seiner Ruhestellung wandert der Brennpunkt der Optik 42 nach Abbildung durch den Spiegel 43 entlang der Oberfläche 45 einer Kugel, deren Mittelpunkt im Schnittpunkt der beiden Schwenkachsen des Spiegels 43 liegt, so dass der optische Weg für das von der Laserlichtquellenanordnung 41 erzeugte und mittels Optik 42 und Spiegel 43 auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 44 gelenkte Laserlichtbündel verlängert wird. Dadurch besitzt das Laserlichtbündel nach Ablenkung durch den in der von der Ruhelage abweichenden Schwenkstellung angeordneten Spiegel 43 beim Auftreffen auf der Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 44 einen größeren Laserspotdurchmesser als das Laserlichtbündel nach Ablenkung durch den in seiner Ruhestellung angeordneten Spiegel 43. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik hat somit den Nachteil, dass der Durchmesser des Laserpots des auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements auftreffenden Laserlichtbündels vom Schwenkwinkel des schwenkbaren Spiegels abhängt.
  • II. Darstellung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, die einen Laserspot auf dem Lichtwellenlängenkonversionselement ermöglicht, dessen Durchmesser weitgehend unabhängig von der Schwenkbewegung des schwenkbaren Spiegels ist oder dessen Wert in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des schwenkbaren Spiegels einstellbar ist.
  • 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 weist eine Laserlichtquelle, eine Optik und mindestens einen schwenkbaren Spiegel sowie mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement auf, wobei die Optik und der mindestens eine schwenkbare Spiegel derart ausgebildet sind, dass von der Laserlichtquellenanordnung erzeugtes Licht über die Optik und den mindestens einen schwenkbaren Spiegel zum Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkt wird. Erfindungsgemäß sind Mittel zur Kompensation einer durch die Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels verursachten Verlängerung oder Verkürzung des optischen Wegs des von der Laserlichtquellenanordnung erzeugten und über die Optik sowie über den mindestens einen schwenkbaren Spiegel auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkten Laserlichts vorgesehen.
  • Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Durchmesser des auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement auftreffenden Laserspots unabhängig von dem Einfallswinkel des auf den mindestens einen schwenkbaren Spiegel auftreffenden und in Richtung des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements gelenkten Laserlichtbündels ist.
  • Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung umfassen die Mittel zur Kompensation einer durch die Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels verursachten Verlängerung oder Verkürzung des optischen Wegs des von der Laserlichtquellenanordnung erzeugten und über die Optik sowie über den mindestens einen schwenkbaren Spiegel auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkten Laserlichts eine Vorrichtung zur Veränderung des Abstands zwischen der Optik oder der Laserlichtquellenanordnung und dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel. Vorzugsweise wird bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung das von der Laserlichtquellenanordnung erzeugte Laserlicht nach Kollimation mittels Kollimatorlinsen auf die Optik geleitet und der Abstand zwischen Optik und schwenkbarem Spiegel in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des Spiegels verändert. Alternativ kann im Fall eines Verzichts auf Kollimation des von der Laserlichtquellenanordnung erzeugten Lichts anstelle oder zusätzlich zur Vorrichtung zur Veränderung des Abstands zwischen der Optik und dem schwenkbaren Spiegel eine Vorrichtung zur Veränderung des Abstands zwischen der Laserlichtquellenanordnung und dem schwenkbaren Spiegel in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des Spiegels vorgesehen sein.
  • Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung umfassen die Mittel zur Kompensation einer durch die Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels verursachten Verlängerung oder Verkürzung des optischen Wegs des von der Laserlichtquellenanordnung erzeugten und über die Optik sowie über den mindestens einen schwenkbaren Spiegel auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkten Laserlichts eine Vorrichtung zur Veränderung der optischen Eigenschaften der Optik in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels.
  • Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung umfassen die Mittel zur Kompensation einer durch die Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels verursachten Verlängerung oder Verkürzung des optischen Wegs des von der Laserlichtquellenanordnung erzeugten und über die Optik sowie über den mindestens einen schwenkbaren Spiegel auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkten Laserlichts eine Vorrichtung zur Veränderung des Abstands zwischen dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel und dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement.
  • Der Abstand des mindestens einen schwenkbaren Spiegels zu der Optik oder zu dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement ist definiert als die kürzeste Entfernung des Flächenschwerpunkts der Reflexionsfläche des mindestens einen schwenkbaren Spiegels zu der Optik bzw. zu dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement. Die Schwenkachse bzw. die Schwenkachsen des mindestens einen schwenkbaren Spiegels verlaufen vorzugsweise durch den Flächenschwerpunkt seiner Reflexionsfläche, so dass die Schwenkbewegung des mindestens einen Spiegels keine Abstandsänderung zwischen dem Spiegel und der Optik bzw. dem Spiegel und dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement bewirkt.
  • Alle drei vorgenannten alternativen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ermöglichen eine Kompensation der durch die Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels verursachten Verlängerung oder Verkürzung des optischen Wegs des auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkten Laserlichtbündels.
  • Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel besitzt vorteilhafterweise eine Steuervorrichtung zur Regelung des Abstands zwischen der Optik und dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel synchron mit der Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels. Mittels der Steuervorrichtung können Abstandregelung und Schwenkbewegung synchronisiert werden, so dass der optische Weg des von der Laserlichtquellenanordnung erzeugten und auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkten Laserlichts unabhängig von der Schwenkstellung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels ist. Insbesondere kann im Fall einer Verlängerung des optischen Wegs des vorgenannten Laserlichts, die durch eine Auslenkung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels aus seiner Ruhelage um einen bestimmten Schwenkwinkel verursacht ist, die vorgenannte Verlängerung des optischen Wegs des Laserlichts durch eine an den Schwenkwinkel angepasste Reduktion des Abstands zwischen dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel und der Optik kompensiert werden.
  • Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt vorteilhafter Weise eine Steuervorrichtung zur Regelung der Brennweite der Optik synchron zur Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels, um die Länge des optischen Wegs des Laserlichts entsprechend dem Schwenkwinkel des mindestens einen schwenkbaren Spiegels anzupassen, so dass die Länge des optischen Wegs des Laserlichts unabhängig vom Schwenkwinkel des mindestens einen schwenkbaren Spiegels ist.
  • Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt vorteilhafter Weise eine Steuervorrichtung zur Regelung des Abstands zwischen dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel und dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement synchron mit der Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels. Mittels der Steuervorrichtung können Abstandregelung und Schwenkbewegung synchronisiert werden, so dass der optische Weg des von der Laserlichtquellenanordnung erzeugten und auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkten Laserlichts unabhängig von der Schwenkstellung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels ist.
  • Vorteilhafterweise ist der mindestens eine schwenkbare Spiegel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung als Mikrospiegel, insbesondere als Micro Electro Mechanical Systems Spiegel (MEMS-Spiegel), ausgebildet und vorzugsweise um zwei zueinander orthogonale Schwenkachsen schwenkbar ausgebildet. Dadurch kann die Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements mit dem an dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel reflektierten Laserlicht gescannt werden. Insbesondere kann das an dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel reflektierte Laserlicht beispielsweise zeilenweise und spaltenweise über die Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements geführt werden, um das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement zur Emission von Sekundärlicht anzuregen.
  • Die Laserlichtquellenanordnung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie Laserlicht mit Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer erzeugt, und das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es Licht mit Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer anteilig in Licht konvertiert, das ein Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von 520 Nanometer bis 590 Nanometer aufweist. Dadurch wird mittels der mindestens einen Laserlichtquellenanordnung und mittels des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements weißes Licht erzeugt, das eine Mischung aus nicht-konvertiertem blauem Laserlicht und am Lichtwellenlängenkonversionselement konvertiertem gelbem Licht ist und das in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer oder anderen Projektionsvorrichtungen genutzt werden kann.
  • III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • 2 eine schematische Darstellung der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • 3 eine schematische Darstellung der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • 4 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik
  • In 1 ist schematisch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet.
  • Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt eine Laserlichtquellenanordnung 11, eine bewegliche Strahlformungsoptik 12 mit Bewegungsvorrichtung 120, einen schwenkbaren Spiegel 13 mit Schwenkvorrichtung 130 und ein Lichtwellenlängenkonversionselement 14 sowie eine Steuervorrichtung 100 für die Bewegungsvorrichtung 120 und die Schwenkvorrichtung 130.
  • Die Laserlichtquellenanordnung 11 besteht aus mehreren gleichartigen Laserdioden, die jeweils während ihres Betriebs Laserlicht mit einer Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer und vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 450 Nanometer emittieren, und aus Kollimatorlinsen (nicht abgebildet) sowie einer TIR-Optik (nicht abgebildet), die das von den Laserdioden emittierte Laserlicht zu einem gemeinsamen Laserlichtbündel mit sehr geringer Divergenz vereinigt. Die Laserlichtquellenanordnung 11 emittiert daher kollimiertes blaues Laserlicht, das mittels der Strahlformungsoptik 12 auf die Reflexionsfläche des schwenkbaren Spiegels 13 gelenkt wird.
  • Mittels der Strahlformungsoptik 12 wird das von der Laserlichtquellenanordnung 11 emittierte Licht gebündelt und auf den Flächenschwerpunkt der Reflexionsfläche des schwenkbaren Spiegels 13 gelenkt. Die Strahlformungsoptik 12 besteht aus einer optischen Linse oder einem System von mehreren optischen Linsen. Der Abstand zwischen der Strahlformungsoptik 12 und dem schwenkbaren Spiegel 13 wird mittels der Bewegungsvorrichtung 120 und der Steuervorrichtung 100 in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel des schwenkbaren Spiegels 13 geregelt. Bei einem Schwenkwinkel von Null Grad des Spiegels 13 ist der Abstand zwischen der Strahlformungsoptik 12 und dem schwenkbaren Spiegel 13 derart eingestellt, dass die Summe aus dem Abstand zwischen Strahlformungsoptik 12 und Spiegel 13 und dem Abstand zwischen Spiegel 13 und Lichtwellenlängenkonversionselement 14 der Brennweite der Strahlformungsoptik 12 entspricht. Der Abstand zwischen Spiegel 13 und Strahlformungsoptik 12 bzw. Spiegel 13 und Lichtwellenlängenkonversionselement 14 wird jeweils vom Flächenschwerpunkt der Reflexionsfläche des Spiegels 13 aus gemessen. Er bezeichnet jeweils die kürzeste Entfernung vom Flächenschwerpunkt der Reflexionsfläche des Spiegels 13 zur Strahlformungsoptik 12 bzw. zum Lichtwellenlängenkonversionselement 14. Der Abstand entspricht im Allgemeinen nicht der „Weglänge“ des Laserlichtbündels zwischen Optik 12 und Lichtwellenlängenkonversionselement 14.
  • Der schwenkbare Spiegel 13 ist als Mikrospiegel, insbesondere als Micro Electro Mechanical Systems Mikrospiegel, auch MEMS-Mikrospiegel genannt, ausgebildet und um zwei Schwenkachsen schwenkbar, wobei eine erste Schwenkachse bei der Darstellung in 1 senkrecht zur Blattebene orientiert ist und die zweite Schwenkachse in der Blattebene liegt. Die beiden Schwenkachsen (nicht abgebildet) sind in der Reflexionsfläche des Spiegels 13 angeordnet und schneiden sich im Flächenschwerpunkt der Reflexionsfläche des Spiegels 13. Die Schwenkbewegung des Spiegels 13 um die beiden Schwenkachsen erfolgt mittels der Schwenkvorrichtung 130. Der Spiegel 13 wird in der Horizontalen um die erste Schwenkachse um Winkel aus einem ersten Winkelbereich von ±αmax aus seiner Ruhelage ausgelenkt und in der Vertikalen um die zweite Schwenkachse um Winkel aus einem zweiten Winkelbereich von ±βmax aus seiner Ruhelage ausgelenkt, um die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 14 zeilenweise und spaltenweise zu scannen.
  • Das Lichtwellenlängenkonversionselement 14 besteht aus einem mit Leuchtstoff beschichteten, lichtdurchlässigen Saphirplättchen, wobei als Leuchtstoff mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet wird. Der Leuchtstoff wird mittels des von der Laserlichtquellenanordnung 11 emittierten Laserlichts angeregt. Er konvertiert das Laserlicht, das auch Primärlicht genannt wird, anteilig in Sekundärlicht mit größerer Wellenlänge, das ein Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von 520 Nanometer bis 590 Nanometer besitzt. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 14 emittiert daher weißes Licht 16, das eine Mischung aus nicht-konvertiertem blauem Primärlicht und konvertiertem gelbem Sekundärlicht ist. Die Leuchtstoffpartikel wirken lichtstreuend, so dass das von dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14 erzeugte Sekundärlicht eine nahezu lambert‘sche Lichtverteilung besitzt. Die mit Leuchtstoff beschichtete Fläche des Saphirplättchens hat eine Größe im Bereich von 0,5 mm2 bis 500 mm2, so dass das Lichtwellenlängenkonversionselement 14 selbst als weiße Lichtquelle für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer oder eine andere Projektionsanwendung verwendet werden kann.
  • Die Bewegungsvorrichtung 120 und die Schwenkvorrichtung 130 sind beispielsweise als Stellmotoren oder als piezoelektrische Elemente ausgebildet, deren Bewegungen bzw. Schwingungen mit Hilfe der Steuervorrichtung 100 synchronisiert ist, so dass mit Zunahme des Schwenkwinkels des Spiegels 13 um seine Schwenkachsen der Abstand zwischen der Strahlformungsoptik 12 und dem Spiegel 13 reduziert wird, derart, dass der Durchmesser des Laserspots des Laserlichtbündels auf dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14 unabhängig von der Schwenkstellung des Spiegels 13 ist.
  • In 1 ist zur Veranschaulichung der Strahlengang des von der Laserlichtquellenanordnung emittierten Laserlichtbündels für zwei unterschiedliche Schwenkwinkel des Spiegels 13 und zwei entsprechend angepasste Positionen der Strahlformungsoptik 12 schematisch dargestellt. Mit Hilfe von durchgezogenen Linien ist in 1 die Ruhelage des Spiegels 13 dargestellt, die einem Schwenkwinkel von jeweils Null Grad um beide Schwenkachsen entspricht. In dieser Stellung des Spiegels 13 wird das Laserlichtbündel 15 beispielsweise mittig auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 14 fokussiert. Die Summe aus dem Abstand zwischen Strahlformungsoptik 12 und Spiegel 12 und dem Abstand zwischen Spiegel 13 und Lichtwellenlängenkonversionselement 14 entspricht in diesem Fall der Brennweite der Strahlformungsoptik 12, so dass ein Laserlichtbündel mit minimalem Laserspotdurchmesser mittig auf der Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 14 geformt wird.
  • Mit Hilfe von gestrichelten Linien ist in 1 eine zweite, von der Ruhelage unterschiedliche Schwenkstellung des Spiegels 13 schematisch dargestellt. In dieser Stellung des Spiegels 13 wird das Laserlichtbündel 15‘ außermittig auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 14 fokussiert. Um die oben im Zusammenhang mit 4 beschriebene, durch die Auslenkung des Spiegels 13 aus seiner Ruhelage verursachte Verlängerung des optischen Wegs des Laserlichtbündels 15‘ zu kompensieren, wird synchron zur Schwenkbewegung des Spiegels 13 der Abstand der Strahlformungsoptik 12 zum Spiegel 13 entsprechend reguliert, so dass der minimale Laserspotdurchmesser des Laserlichtbündels auf dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14 unabhängig vom Schwenkwinkel des Spiegels 13 erhalten bleibt. Insbesondere wird mit zunehmender Auslenkung des Spiegels aus seiner Ruhelage, gleichgültig ob mit positivem oder negativem Vorzeichen und gleichgültig um welche Schwenkachse, der Abstand zwischen der Strahlformungsoptik und dem Spiegel entsprechend reduziert, um eine durch die Auslenkung des Spiegels 13 verursachte Verlängerung des optischen Wegs des Laserlichtbündels zu kompensieren.
  • Alternativ kann bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Laserlichtquellenanordnung 11 derart ausgebildet sein, dass sie ein nicht-kollimiertes Laserlichtbündel erzeugt, dass von der Strahlformungsoptik 12 auf den schwenkbaren Spiegel 13 gelenkt wird. In diesem Fall ist zusätzlich oder alternativ zur Strahlformungsoptik 12 die Laserlichtquellenanordnung 11 beweglich bezüglich des schwenkbaren Spiegels 13 angeordnet und die Vorrichtung 120 derart ausgebildet, dass mit ihrer Hilfe der Abstand zwischen dem schwenkbaren Spiegel 13 und der Laserlichtquellenanordnung 11 zusätzlich oder alternativ zum Abstand zwischen dem schwenkbaren Spiegel 13 und der Strahlformungsoptik 12 veränderbar ist.
  • In 2 ist schematisch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur durch die unterschiedliche Ausbildung der Strahlformungsoptik 12‘. In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung überein. Daher werden in den 1 und 2 für dieselben Komponenten der Beleuchtungseinrichtungen identische Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung auf die Beschreibung der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen. im Folgenden werden deshalb nur die Unterschiede bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Die Strahlformungsoptik 12‘ besteht bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einer optischen Linse oder einem optischen Linsensystem, dessen optische Eigenschaften mittels einer Stellvorrichtung 120‘ veränderbar sind. Beispielsweise handelt es sich bei der Strahlformungsoptik 12‘ um eine optische Linse, die aus flexiblem, transparentem Material besteht und deren Form durch Ausübung von Druck mittels der Stellvorrichtung geändert werden kann, so dass die Brennweite der Strahlformungsoptik 12‘ veränderbar ist. Alternativ kann die Strahlformungsoptik 12‘ als optisches Linsensystem ausgebildet sein, dessen Brennweite mittels der Stellvorrichtung 120‘ veränderbar ist.
  • In 2 ist zur Veranschaulichung der Strahlengang des von der Laserlichtquellenanordnung 11 emittierten Laserlichtbündels für zwei unterschiedliche Schwenkwinkel des Spiegels 13 und zwei entsprechend angepasste Brennweiten der Strahlformungsoptik 12‘ schematisch dargestellt. Mit Hilfe von durchgezogenen Linien ist in 2 die Ruhelage des Spiegels 13 dargestellt, die einem Schwenkwinkel von jeweils Null Grad um beide Schwenkachsen entspricht. In dieser Stellung des Spiegels 13 wird das Laserlichtbündel 15 mittig auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 14 fokussiert.
  • Mit Hilfe von gestrichelten Linien ist in 2 eine zweite, von der Ruhelage unterschiedliche Schwenkstellung des Spiegels 13 schematisch dargestellt. In dieser Stellung des Spiegels 13 wird das Laserlichtbündel 15‘ außermittig auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 14 fokussiert. Um die oben im Zusammenhang mit 4 beschriebene, durch die Auslenkung des Spiegels 13 aus seiner Ruhelage verursachte Verlängerung des optischen Wegs des Laserlichtbündels 15‘ zu kompensieren, wird synchron zur Schwenkbewegung des Spiegels 13 die Brennweite der Strahlformungsoptik 12 entsprechend reguliert, so dass der minimale Laserspotdurchmesser des Laserlichtbündels auf dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14 unabhängig vom Schwenkwinkel des Spiegels 13 erhalten bleibt. Insbesondere wird mit zunehmender Auslenkung des Spiegels aus seiner Ruhelage, gleichgültig ob mit positivem oder negativem Vorzeichen und gleichgültig um welche Schwenkachse, die Brennweite der Strahlformungsoptik 12‘ vergrößert, um eine durch die Auslenkung des Spiegels 13 verursachte Verlängerung des optischen Wegs des Laserlichtbündels zu kompensieren. Mittels der Steuervorrichtung 100 wird die Regelung der Brennweite der Strahlformungsoptik 12‘ an die Schwenkbewegung des Spiegels 13 angepasst.
  • In 3 ist schematisch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur durch die unterschiedliche Ausbildung des Lichtwellenlängenkonversionselements 14‘ und seiner Bewegungsvorrichtung 140. In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung überein. Daher werden in den 1 und 3 für dieselben Komponenten der Beleuchtungseinrichtungen identische Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung auf die Beschreibung der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen. im Folgenden werden deshalb nur die Unterschiede bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Das Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ besteht aus einem mit Leuchtstoff beschichteten, lichtdurchlässigen Saphirplättchen, wobei als Leuchtstoff mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet wird. Der Leuchtstoff wird mittels des von der Laserlichtquellenanordnung 11 emittierten Laserlichts angeregt. Er konvertiert das Laserlicht, das auch Primärlicht genannt wird, anteilig in Sekundärlicht mit größerer Wellenlänge, das ein Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von 520 Nanometer bis 590 Nanometer besitzt. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ emittiert daher weißes Licht 16, das eine Mischung aus nicht-konvertiertem blauem Primärlicht und konvertiertem gelbem Sekundärlicht ist. Die Leuchtstoffpartikel wirken lichtstreuend, so dass das von dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ erzeugte Sekundärlicht eine nahezu lambert‘sche Lichtverteilung besitzt. Die mit Leuchtstoff beschichtete Fläche des Saphirplättchens hat eine Größe im Bereich von 0,5 mm2 bis 500 mm2, so dass das Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ selbst als weiße Lichtquelle für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer oder eine andere Projektionsanwendung verwendet werden kann. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ ist beweglich in Bezug auf den Spiegel 13 angeordnet. Insbesondere kann der Abstand des Lichtwellenlängenkonversionselements 14‘ zu dem Spiegel 13 mittels der Bewegungsvorrichtung 140 verändert werden. Die Bewegungsvorrichtung 140 ist beispielsweise als piezoelektrisches Element oder Stellmotor ausgebildet, dessen Schwingung bzw. Bewegung mittels der Steuervorrichtung 100 mit der Schwingung bzw. Bewegung der Schwenkvorrichtung 130 des Spiegels 13 synchronisiert wird. Vorzugweise wird zusätzlich zum Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘‚ eine dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ nachgeordnete Sekundäroptik (nicht abgebildet) gemeinsam mit dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ bewegt. Die Sekundäroptik ist beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers und dient zur Abbildung der am Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ erzeugten Lichtverteilung auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug.
  • In 3 ist zur Veranschaulichung der Strahlengang des von der Laserlichtquellenanordnung 11 emittierten Laserlichtbündels für zwei unterschiedliche Schwenkwinkel des Spiegels 13 und zwei entsprechend angepasste Positionen des Lichtwellenlängenkonversionselements 14‘ schematisch dargestellt. Mit Hilfe von durchgezogenen Linien ist in 3 die Ruhelage des Spiegels 13 dargestellt, die einem Schwenkwinkel von jeweils Null Grad um beide Schwenkachsen entspricht. In dieser Stellung des Spiegels 13 wird das Laserlichtbündel 15 mittig auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 14‘ fokussiert.
  • Mit Hilfe von gestrichelten Linien ist in 3 eine zweite, von der Ruhelage unterschiedliche Schwenkstellung des Spiegels 13 schematisch dargestellt. In dieser Stellung des Spiegels 13 wird das Laserlichtbündel 15‘ außermittig auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 14‘ fokussiert. Um die oben im Zusammenhang mit 4 beschriebene, durch die Auslenkung des Spiegels 13 aus seiner Ruhelage verursachte Verlängerung des optischen Wegs des Laserlichtbündels 15‘ zu kompensieren, wird synchron zur Schwenkbewegung des Spiegels 13 der Abstand des Lichtwellenlängenkonversionselements 14‘ zum Spiegel 13 entsprechend reguliert, so dass der minimale Laserspotdurchmesser des Laserlichtbündels auf dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ unabhängig vom Schwenkwinkel des Spiegels 13 erhalten bleibt. Insbesondere wird mit zunehmender Auslenkung des Spiegels 13 aus seiner Ruhelage, gleichgültig ob mit positivem oder negativem Vorzeichen und gleichgültig um welche Schwenkachse, der Abstand zwischen dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ und dem Spiegel 13 entsprechend reduziert, um eine durch die Auslenkung des Spiegels 13 verursachte Verlängerung des optischen Wegs des Laserlichtbündels 15‘ zu kompensieren.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beispielsweise kann der schwenkbare Spiegel 13 durch eine Sequenz von zwei Spiegeln ersetzt werden, die jeweils nur um eine Schwenkachse schwenkbar sind, wobei die Schwenkachsen beider Spiegel orthogonal zueinander angeordnet sind. Ferner können auch einzelne Komponenten der drei Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise ist es möglich, sowohl das Lichtwellenlängenkonversionselement als auch die Strahlformungsoptik und die Laserlichtquellenanordnung beweglich auszubilden oder zusätzlich die Brennweite der Strahlformungsoptik veränderbar auszubilden. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 14 bzw. 14‘ der Beleuchtungseinrichtungen gemäß den oben näher erläuterten Ausführungsbeispielen wird in Transmission betrieben. Alternativ kann das Lichtwellenlängenkonversionselement 14 bzw. 14‘ aber auch in Reflexion betrieben werden, indem beispielsweise die vom schwenkbaren Spiegel 13 abgewandte Seite des Lichtwellenlängenkonversionselements 14 bzw. 14‘ lichtreflektierend ausgebildet ist.
  • Ferner können die Vorrichtungen 100, 120, 120‘, 130 und 140 derart ausgebildet sein, dass mit ihrer Hilfe die entsprechende Abstände zwischen Spiegel 13 und Strahlformungsoptik 12 oder Lichtwellenlängenkonversionselement 14‘ oder die Brennweite der Strahlformungsoptik 12‘ derart in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des Spiegels 13 verändert werden, dass der Durchmesser des Laserspots auf dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14 bzw. 14‘ vorgebbare Werte annimmt, die abhängig von der Schwenkstellung des Spiegels 13 sein können und in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des Spiegels 13 in vorgebbarer Weise variieren können. Die Regelung der vorgenannten Abstände bzw. der Brennweite der Strahlformungsoptik 12‘ muss also nicht unbedingt auf minimale Größe des Laserspotdurchmessers auf dem Lichtwellenlängenkonversionselement 14 bzw. 14‘ abzielen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010028949 A1 [0002]

Claims (1)

  1. Beleuchtungseinrichtung mit einer Laserlichtquellenanordnung (11), einer Optik (12) und mindestens einem schwenkbaren Spiegel (13) sowie mindestens einem Lichtwellenlängenkonversionselement (14), wobei die Optik (12) und der mindestens eine schwenkbare Spiegel (13) derart ausgebildet sind, dass von der Laserlichtquellenanordnung (11) erzeugtes Laserlicht über die Optik (12) und den mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) zum Lichtwellenlängenkonversionselement (14) gelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Kompensation einer durch die Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels (13) verursachten Verlängerung oder Verkürzung des optischen Wegs des von der Laserlichtquellenanordnung (11) erzeugten und über die Optik (12) sowie den mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) auf das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (14) gelenkten Laserlichts vorgesehen sind. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel eine Vorrichtung (120) zur Veränderung des Abstands zwischen der Optik (12) und dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels (13) umfassen. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel eine Vorrichtung zur Veränderung des Abstands zwischen der Laserlichtquellenanordnung (11) und dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels (13) umfassen. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel eine Vorrichtung (120‘) zur Veränderung der optischen Eigenschaften der Optik (12) in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels (13) umfassen. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel eine Vorrichtung (140) zur Veränderung des Abstands zwischen dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) und dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement (14) in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels (13) umfassen. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Steuervorrichtung (100) zur Regelung des Abstands zwischen der Optik (12) und dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) synchron mit der Schwenkbewegung des Spiegels (13) vorgesehen ist. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 4, wobei eine Steuervorrichtung (100) zur Regelung der Brennweite der Optik (12‘) synchron mit der Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels (13) vorgesehen ist. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 5, wobei eine Steuervorrichtung (100) zur Regelung des Abstands zwischen dem mindestens einen schwenkbaren Spiegel (13) und dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement (14‘) synchron zur Schwenkbewegung des mindestens einen schwenkbaren Spiegels (13) vorgesehen ist. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mindestens eine schwenkbare Spiegel (13) als Micro Electro Mechanical Systems Spiegel (MEMS-Spiegel) ausgebildet ist. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Laserlichtquellenanordnung (11) Licht mit Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer erzeugt und das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (14, 14‘) derart ausgebildet ist, dass es Licht mit Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich von 380 Nanometer bis 490 Nanometer anteilig in Licht konvertiert, das ein Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von 520 Nanometer bis 590 Nanometer aufweist.
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