-
Die Erfindung geht aus von einer optischen Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einem Scheinwerfer, der die optische Anordnung aufweist.
-
Im Entertainmentbereich führt die Entwicklung zu immer helleren Leuchtmitteln mit immer höherem Lichtstrom. Aus dem Stand der Technik, insbesondere für Videoprojektionsanwendungen, ist eine optische Anordnung bekannt, die ein längliches Gehäuse aufweist. In einer länglichen Seitenfläche des Gehäuses ist hierbei eine Austrittsöffnung für Strahlung vorgesehen, wobei die Austrittsöffnung etwa endseitig der Seitenfläche ausgebildet ist. Im Gehäuse sind Strahlungsquellen etwa entlang einer Längsachse des Gehäuses angeordnet, die eine Anregungsstrahlung in Form von Laserstrahlung emittieren. Die Anregungsstrahlungen werden über Spiegel auf einen Lichtwellenlängen-Konverter gelenkt, der gegenüberliegend zur Austrittsöffnung im Gehäuse vorgesehen ist. Der Konverter, der einen Leuchtstoff aufweist, koppelt dann eine durch zumindest Teilkonversion der Anregungsstrahlung gebildete Konversionsstrahlung hin zur Austrittsöffnung aus. Zusätzlich kann nicht konvertierte Strahlung einer Strahlungsquelle auf übliche Weise durch einen sogenannten „Blue Loop“ zugeführt werden, bei dem die Anregungsstrahlung durch eine Öffnung im Konverter geführt wird, um so nicht konvertierte Strahlung mit der Anregungsstrahlung für das Nutzlicht bereitstellen zu können. Nachteilig bei dieser Lösung ist die vergleichsweise schlechte Handhabbarkeit des Gehäuses. Beispielsweise ist es schwierig die optische Anordnung in einen beweglichen Scheinwerfer („Moving Head“) zu verbauen, die im Entertainmentbereich verbreitet sind, beispielsweise für eine Bühnenbeleuchtung. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Anordnung zu schaffen, die einfach handhabbar und/oder montierbar ist, sowie einen Scheinwerfer, der die optische Anordnung aufweist.
-
Die Aufgabe wird gelöst hinsichtlich der optischen Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 15.
-
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
-
Erfindungsgemäß ist eine optische Anordnung oder eine optische Vorrichtung für ein Laser Activated Remote Phosphor (LARP) System vorgesehen. Die Anordnung kann in einem Gehäuse vorgesehen sein. Mit Vorteil können zumindest zwei Strahlungsquellen in dem Gehäuse vorgesehen sein, die jeweils eine Anregungsstrahlung emittieren. Bei der Anregungsstrahlung handelt es sich bevorzugt um, insbesondere blaue, Laserstrahlung. Zusätzlich kann in dem Gehäuse ein Leuchtstoff vorgesehen sein, durch den die Anregungsstrahlung zumindest teilweise oder vollständig in Konversionsstrahlung umgewandelt werden kann. Die Konversionsstrahlung kann dabei zumindest einen Teil einer Nutzstrahlung bilden, die durch eine Austrittsöffnung des Gehäuses emittierbar ist. Mit Vorteil können die zumindest zwei Strahlungsquellen in Umfangsrichtung um eine optische Hauptachse der Anordnung angeordnet sein.
-
Diese Lösung hat den Vorteil, dass hierdurch eine kompakte Bauweise der Anordnung ermöglicht wird, wodurch eine Handhabbarkeit im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist. Beispielsweise kann eine derartige Anordnung äußerst einfach in einen zylindrischen Scheinwerfer im Entertainmentbereich eingesetzt werden. Im Stand der Technik sind die Strahlungsquellen dagegen beispielsweise in einer Reihe angeordnet, was zu einer länglichen und schlecht handhabbaren Ausgestaltung der Anordnung führt.
-
Alternativ oder zusätzlich zur Anordnung der Strahlungsquelle um die optische Hauptachse kann der Leuchtstoff Teil eines Konverters sein, der beispielsweise reflektierend ausgestaltet ist. Dabei kann vorteilhafterweise die Anregungsstrahlung der zumindest zwei Strahlungsquellen auf verschiedene Bereiche auf dem Leuchtstoff gelenkt werden. Dadurch kann die entstehende Abwärme über den Leuchtstoff besser verteilt werden und entsteht nicht nur an einem Bereich des Leuchtstoffs. Dies ermöglicht eine verbesserte Kühlung der Anordnung. Aus diesem Grund können beispielsweise Kühlsystem mit geringer Leistung eingesetzt werden, wodurch Energie gespart werden kann. Außerdem kann hierdurch die Lebensdauer der optischen Anordnung erhöht werden.
-
Das Gehäuse kann eine Stirnseite und eine Mantelfläche oder Mantelstruktur haben, wobei die optische Hauptachse, die sich insbesondere durch die Austrittsöffnung erstrecken kann, etwa mittig der Mantelfläche angeordnet ist. Die Mantelfläche ist dann vorzugsweise um die Stirnseite herum angeordnet und umgreift diese. Dabei kann das Gehäuse beispielsweise etwa zylinderförmig und/oder etwa kegelförmig und/oder etwa kegelstumpfförmig und/oder etwa drehsymmetrisch um die optische Hauptachse ausgestaltet sein.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die optische Hauptachse der Anordnung in etwa mittig in dem Gehäuse vorgesehen sein. Bei einem rotationssymmetrischen Gehäuse kann die optische Hauptachse beispielsweise mit der Symmetrieachse zusammenfallen. Das hat den Vorteil, dass dadurch eine sehr kompakte Bauweise der Anordnung ermöglicht werden kann.
-
Die optische Hauptachse ist vorzugsweise von der Mantelfläche des Gehäuses umfasst. An einem Ende des Gehäuses, in Richtung der optischen Hauptachse gesehen, kann das Gehäuse vorteilhafterweise die Stirnseite haben, durch deren Mitte die optische Hauptachse verlaufen kann. In der Stirnseite des Gehäuses kann dann die Austrittsöffnung für die Nutzstrahlung, insbesondere mittig, vorgesehen sein. Dadurch ist es möglich, die geforderte kompakte Bauweise zu schaffen, in der sich die Lichtaustrittsfläche auf einer Stirnseite des Gehäuses befindet. So kann eine Montage und eine Funktion, beispielsweise in einem sogenannten „Moving Head“ im Entertainmentbereich, erleichtert werden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Zusatzstrahlung von zumindest einer Strahlungsquelle oder von zumindest einer weiteren Strahlungsquelle direkt, das heißt nicht vom Leuchtstoff konvertiert, über die Austrittsöffnung austreten. Somit kann beispielsweise der Konversionsstrahlung die Zusatzstrahlung beigemischt werden. So ist beispielsweise denkbar, dass blaue Anregungsstrahlung in gelbe Konversionsstrahlung konvertiert wird und dann zusammen mit nicht konvertierter (bei Teilkonversion) Anregungsstrahlung und der Zusatzstrahlung als Nutzlicht über die Austrittsöffnung austritt. Dazu kann ein Strahlungskanal vorgesehen sein, in dem die Strahlung von zumindest einer Strahlungsquelle nicht auf den Konverter umgelenkt ist, sondern direkt oder über eine Anordnung von einem Spiegel oder mehreren Spiegeln in die Austrittsöffnung eingekoppelt ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass das Nutzlicht, beispielsweise weißes Nutzlicht, aus einer zeitlich im Wesentlichen konstanten Mischung aus Anregungsstrahlung und Konversionsstrahlung gebildet werden kann. Somit werden die im Stand der Technik bekannten Artefakte verhindert, wie beispielsweise das sogenannte „Color-Break“, das bei sequentieller Überlagerung von Anregungsstrahlung und Konversionsstrahlung entsteht.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein Lichtleiter vorgesehen sein, um insbesondere die über die Austrittsöffnung ausgekoppelte Strahlung oder das über die Austrittsöffnung ausgekoppeltes Nutzlicht zu mischen. Der Lichtleiter ist vorzugsweise als Integratorstab ausgebildet. Vorzugsweise hat der Integratorstab eine Einkoppelfläche und Auskoppelfläche. Die Auskoppelfläche kann dann einfach die Austrittsöffnung bilden. Vorteilhafterweise ergibt sich durch den Integratorstab eine hohe Lichthomogenität bezogen auf seine Querschnittsfläche durch Mischen der durch den Integratorstab hindurchgeführten Strahlung. Des Weiteren kann vorteilhaft sein, dass der Integratorstab sich, insbesondere etwa, koaxial zur optischen Hauptachse erstreckt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Leuchtstoff zumindest abschnittsweise oder vollständig scheibenförmig oder ringförmig sein. Vorteilhafterweise ist der Leuchtstoff als runde Scheibe oder als Kreisring ausgestaltet, wodurch dieser beispielsweise einfach in das symmetrische Gehäuse einsetzbar ist. Der Leuchtstoff kann beispielsweise auf einem Halteelement oder Substrat angeordnet sein. Es ist denkbar, dass der Leuchtstoff mit dem Halteelement den Konverter zur Konversion der Anregungsstrahlung bildet.
-
Denkbar ist auch, den Leuchtstoff auf dem Halteelement abschnittsweise vorzusehen, indem mehrere Leuchtstofflecken ausgebildet sind. Das Halteelement ist vorzugsweise reflektierend ausgebildet, wodurch die Konversionsstrahlung und, falls eine Teilkonversion vorliegt, nicht konvertierte Anregungsstrahlung in einen Strahlengang in Richtung der Austrittsöffnung gelenkt werden. Vorzugsweise ist eine Strahlungsquelle oder sind ein Teil der Strahlungsquellen oder sind alle Strahlungsquellen als zumindest eine Licht emittierende Diode (LED) ausgebildet. Mit Vorteil sind Strahlungsquellen kombiniert. Beispielsweise erfolgt die Kombination dadurch, dass mehrere Strahlungsquellen in einem Block angeordnet sind, wobei dann ein Block oder mehrere Blöcke vorgesehen sein können.
-
Die Strahlungsquellen können beispielsweise Strahlung, insbesondere etwa, radial nach innen hin zur optischen Hauptachse emittieren.
-
Die Strahlungsquellen oder Blöcke können etwa kreisförmig, insbesondere auf einem Teilkreis um die optische Hauptachse angeordnet sein. Mit anderen Worten können die Strahlungsquellen oder die Blöcke um den Leuchtstoff und um die optische Hauptachse eine Art Karussell bilden. In Richtung der optischen Hauptachse gesehen können die Strahlungsquellen zwischen dem Leuchtstoff und der Austrittsöffnung angeordnet sein.
-
Die LED kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlIn-GaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar.
-
Als Strahlungsquelle kann auch ein Laser (light amplification by stimulated emission of radiation) vorgesehen sein. Laser können in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums ausgestaltet sein, beispielsweise Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett oder Röntgenstrahlung. Besonders bevorzugt ist Laserstrahlung im Bereich des Sichtbaren Lichts, insbesondere im blauen Spektrum verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung sind zumindest zwei Blöcke mit Strahlungsquellen, vom Leuchtstoff aus zur Stirnseite des Gehäuses hin gesehen, in Reihe angeordnet. Die zumindest zwei Blöcke können dann einen Strahlungskanal bilden. Mit Vorteil sind mehrere Strahlungskanäle in der Anordnung vorgesehen.
-
Um die Anregungsstrahlung zumindest einer der Strahlungsquellen oder eines Teils der Strahlungsquellen oder aller Strahlungsquellen auf einen gewünschten Strahlengang umzulenken kann/können zumindest ein Spiegel oder mehrere Spiegel vorgesehen sein. Dieser/diese können von der optischen Hauptachse aus gesehen radial zwischen der optischen Hauptachse und der entsprechenden Strahlungsquelle angeordnet sein.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sammelspiegel vorgesehen, der die Anregungsstrahlungen oder Strahlung von einer Mehrzahl von Strahlungsquellen oder Blöcken lenkt. Zumindest ein Spiegel oder ein Teil der Spiegel oder alle Spiegel kann/können so angeordnet sein, dass dieser/diese die Anregungsstrahlung oder Strahlung auf den zumindest einen Sammelspiegel umlenkt/umlenken. Denkbar ist auch den Sammelspiegel ohne den oder die Spiegel einzusetzen, um Strahlung oder Anregungsstrahlung zu lenken.
-
Mit Vorteil ist der zumindest eine Sammelspiegel so angeordnet, dass er die Anregungsstrahlung, die insbesondere von dem Spiegel oder einem Teil der Spiegel oder von allen Spiegeln umgelenkt wird auf zumindest einen dichroitischen Spiegel umlenkt. Der Sammelspiegel kann dabei vorteilhafterweise, in Richtung der optischen Hauptachse gesehen, axial zwischen den zumindest zwei Blöcken eines Strahlungskanals und/oder radial zwischen der optischen Hauptachse und den Blöcken angeordnet sein. Das hat den Vorteil, dass die Anregungsstrahlung von zumindest zwei Strahlungsquellen oder von zwei Blöcken über den Sammelspiegel gesammelt werden kann und auf den dichroitischen Spiegel umgelenkt werden kann. Dadurch kann eine hohe Strahlungsdichte erreicht werden, da mehrere Blöcke oder Strahlungsquellen auf einfach Weise zu einem Strahlungskanal zusammengefasst werden können. Durch Anordnen eines Sammelspiegels kann Bauraum gespart werden, da nicht jede Anregungsstrahlung jeder Strahlungsquelle separat auf den Leuchtstoff umgelenkt werden muss.
-
Vorzugsweise ist für einen jeweiligen Block ein Sammelspiegel vorgesehen, auf den die Anregungsstrahlungen oder Strahlungen der Strahlungsquellen des Blocks über die Spiegel gelenkt sind. Die Anregungsstrahlungen oder Strahlungen werden hierbei zunächst, insbesondere etwa, radial nach innen ausgekoppelt und dann, insbesondere axial, über die Spiegel hin zum Sammelspiegel gelenkt, der diese dann wiederum, insbesondere etwa, radial nach innen hin zum dichroitischen Spiegel lenkt.
-
Der zumindest eine dichroitische Spiegel ist vorteilhafterweise, in Richtung der optischen Hauptachse gesehen, axial auf derselben Höhe wie der Sammelspiegel und radial zwischen dem Sammelspiegel und der optischen Hauptachse angeordnet. Der zumindest eine dichroitische Spiegel kann dabei die Anregungsstrahlung oder Strahlung umlenken, vorteilhafterweise auf den Leuchtstoff, und für Konversionsstrahlung durchlässig sein. Das hat den Vorteil, dass dadurch mehrere unterschiedliche Strahlungen im selben Abschnitt des Gehäuses in verschiedene Richtungen strahlen können, da beispielsweise vom Leuchtstoff ausgekoppelte Konversionsstrahlung durch den dichroitischen Spiegel hindurchstrahlen kann. Dadurch kann die Baugröße des Gehäuses äußerst gering sein und so eine kompaktere Anordnung ermöglicht werden.
-
Denkbar ist auch, den zumindest einen dichroitischen Spiegel ohne den oder die Spiegel und/oder ohne den oder die Sammelspiegel einzusetzen, um Anregungsstrahlung oder Strahlung zu lenken.
-
Zwischen dem dichroitischen Spiegel und dem Leuchtstoff kann eine Linse oder können mehrere Linsen vorgesehen sein. Diese ist/sind vorteilhafterweise, in Richtung der optischen Hauptachse gesehen, zwischen dem Leuchtstoff und dem dichroitischen Spiegel angeordnet. Mit Vorteil kann die Linse/können die Linsen die Anregungsstrahlung, die von dem dichroitischen Spiegel auf den Leuchtstoff umgelenkt wird, nach Bedarf formen, insbesondere fokussieren. Dabei kann die Strahlung gebrochen und/oder gestreut werden.
-
Für einen jeweiligen Block oder für einen jeweiligen Strahlungskanal ist vorzugsweise ein dichroitischer Spiegel vorgesehen. Die Anregungsstrahlungen können hierbei bei Bedarf über den zumindest einen Spiegel und/oder den zumindest einen Sammelspiegel hin zum dichroitischen Spiegel gelenkt sein. Einem jeweiligen dichroitischen Spiegel oder zumindest einem Teil der dichroitischen Spiegel ist hierbei dann vorzugsweise zumindest die eine Linse zugeordnet. Durch die mehrere dichroitischen Spiegel können die Anregungsstrahlungen auf den Leuchtstoff über mehrere Spots verteilt werden, wodurch eine bessere Kühlung des Leuchtstoffs ermöglicht ist. Durch den zumindest einen dichroitischen Spiegel kann Konversionsstrahlung, die von dem Leuchtstoff konvertiert wurde, auf zumindest einen weiteren Spiegel umgelenkt werden.
-
Der zumindest eine weitere Spiegel kann in Richtung der optischen Hauptachse gesehen zwischen dem dichroitischen Spiegel und der Stirnseite des Gehäuses vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine weitere Spiegel als ein einzelner, insbesondere gekrümmter, insbesondere konkav gekrümmter, Ringspiegel ausgestaltet. Es ist jedoch auch denkbar, dass mehrere einzelne Spiegel vorgesehen sind, die die Strahlung oder die Strahlungen umlenken. Mit Vorteil kann/können dieser weitere Spiegel oder diese weiteren Spiegel Strahlungen auf einen Austrittsspiegel umlenken.
-
Vorteilhafterweise ist der Austrittsspiegel auf der optischen Hauptachse der Anordnung angeordnet. Insbesondere kann der Austrittsspiegel zwischen dem Leuchtstoff und dem oder den weiteren Spiegeln angeordnet sein. Der Austrittsspiegel kann bevorzugt als asphärischer Spiegel ausgestaltet sein. Dieser kann die Strahlung, die von dem weiteren Spiegel oder den weiteren Spiegeln umgelenkt wird in eine Einkoppelfläche des Integratorstabs, insbesondere gebündelt, einkoppeln. Die Kombination des asphärischen Spiegel mit dem weiteren oder den weiteren Spiegeln führt, insbesondere bei einer Mehrzahl von dichroitischen Spiegeln oder einer Mehrzahl von Blöcken oder Strahlungskanälen zu einer kompakten Ausgestaltung der Anordnung.
-
Insbesondere wird über den Konverter Konversionsstrahlung und, falls eine Teilkonversion vorliegt, nicht konvertierte Anregungsstrahlung, insbesondere etwa, axial über den oder die dichroitischen Spiegel hin zu dem oder den weiteren Spiegeln gelenkt. Dieser oder die reflektieren die Strahlung dann schräg zur optischen Hauptachse nach innen hin zum Austrittsspiegel. Der wiederum lenkt die Strahlung zur Austrittsöffnung bzw. zum Integratorstab und bündelt diese vorteilhafterweise, so dass der Austrittsspiegel kompakt ausgeführt werden kann.
-
Mit Vorteil ist der Integratorstab auf der optischen Hauptachse in Nachgang zum Austrittsspiegel angeordnet. Der Integratorstab kann die Einkoppelfläche und eine Auskoppelfläche haben. Auf der Einkoppelfläche können nicht konvertierte Anregungsstrahlung, insbesondere blaue Laserstrahlung, und konvertierte Konversionsstrahlung, insbesondere gelbes Konversionslicht, die von dem Austrittsspiegel gebündelt und umgelenkt werden, eingekoppelt werden. Im Integratorstab können die eingekoppelten Strahlungen vermischt werden und als Nutzlicht, insbesondere weißes Nutzlicht, über die Auskoppelfläche emittiert werden. Die Auskoppelfläche des Integratorstabs kann, wie vorstehend bereits erwähnt, die Austrittsöffnung darstellen, und/oder von der Austrittsöffnung aus gesehen innerhalb des Gehäuses oder außerhalb des Gehäuses liegen. Durch die Vermischung von Anregungsstrahlung und Konversionsstrahlung kann eine hohe Leuchtdichte und ein großer Lichtstrom der Nutzstrahlung erzeugt werden.
-
Der Konverter, der den Leuchtstoff aufweist, kann vorzugsweise als Konverterrad ausgestaltet sein. Mit Vorteil ist das Konverterrad drehbar. Das Konverterrad kann beispielsweise seinen Mittelpunkt auf der optischen Hauptachse der Anordnung haben. Möglich ist, dass eine Motoreinheit im Gehäuse, in axialer Richtung der optischen Hauptachse, hinter dem Konverterrad vorgesehen ist, durch welche das Konverterrad antreibbar ist. Ein drehbares Konverterrad hat den Vorteil, dass die Anregungsstrahlung nicht immer auf dieselbe Stelle strahlt. Dadurch kann entstehende Wärme besser abgeführt werden und die Lebensdauer der Anordnung oder einzelner Bauteile der Anordnung erhöht werden. Da, durch den zumindest einen dichroitischen Spiegel, eine Einkopplung von nicht konvertierter Anregungsstrahlung zusätzlich zu der vom Leuchtstoff konvertierten Konversionsstrahlung möglich ist, ist eine geschlossene Bauweise des Konverterrads möglich, ohne einen im Stand der Technik üblichen sogenannten „Blue Loop“ zu benötigen, bei dem die Anregungsstrahlung durch eine Öffnung im Konverterrad geführt wird, um so nicht konvertierte Strahlung mit der Wellenlänge der Anregungsstrahlung für das Nutzlicht bereitstellen zu können.
-
Für die Kühlung der optischen Anordnung kann/können zumindest ein Lüfter oder mehrere Lüfter vorgesehen sein. Der zumindest eine Lüfter kann in Richtung der optischen Hauptachse gesehen hinter dem Konverter und/oder hinter der Motoreinheit vorgesehen sein, falls ein drehbarer Konverter angeordnet ist. Die Luftaustrittsfläche des zumindest einen Lüfters kann dabei so angeordnet sein, dass der Konverter oder das Konverterrad auf seiner von der Austrittsöffnung wegweisenden Seite mit Kühlluft angeströmt wird. Die Kühlluft kann zusätzlich oder alternativ an den Konverter vorbei durch die Anordnung geleitet werden. Eine zusätzliche Kühlleistung kann dabei ermöglicht werden, wenn an einer oder mehreren der Strahlungsquellen oder Blöcke oder an allen Strahlungsquellen oder Blöcken Kühlrippen angebracht werden. Diese können beispielsweise auf einer zu einer Strahlungsaustrittsfläche der Strahlungsquellen abgewandten Seite vorgesehen sein. Die Kühlrippen können dann beispielsweise von der Kühlluft des zumindest eine Lüfters umströmt werden, wodurch eine verbesserte Wärmeabfuhr gewährleistet werden kann. Das hat den Vorteil, dass die an den Strahlungsquellen entstehende Wärme schnell und effizient abgeführt werden kann. Dadurch kann die Lebensdauer der Anordnung, insbesondere der Strahlungsquellen erhöht werden.
-
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Scheinwerfer vorgesehen, der die Anordnung gemäß einem oder mehreren der zuvor genannten Aspekte aufweist. Vorzugsweise ist der Scheinwerfer für den Entertainmentbereich vorgesehen.
-
Alternative Anwendungsbereiche können beispielsweise Scheinwerfer für Effektlichtbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Horticulture etc. sein.
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1 in einem Längsschnitt eine optische Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel und
- 2 in einer perspektivischen Darstellung die optische Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
-
Gemäß 1 ist die optische Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel dargestellt. Sie ist etwa rotationssymmetrisch um eine optische Hauptachse A ausgestaltet. Dabei sind Blöcke la, b, c, d vorgesehen, welche jeweils mehrere Strahlungsquellen 2, beispielsweise Laserdioden, aufweisen. Die Wellenlänge der Strahlung einer Laserdiode kann beispielsweise 455nm betragen.
-
Eine Block la, b, c, d weist dabei 8 Strahlungsquellen 2 auf, die matrixartig in 2 Spalten und 4 Zeilen angeordnet sind. Dabei sind zwei Strahlungsquellen 2 in einer Zeile vorgesehen.
-
Die Blöcke la, b, c, d sind rotationssymmetrisch etwa karussellartig um die optische Hauptachse A angeordnet. Die Strahlungsquellen 2 strahlen dabei radial in Richtung der optischen Hauptachse A. Die Strahlungen von jeweils zwei Blöcken la, b oder lc, d können jeweils zu einem Strahlungskanal zusammengefasst werden. In der vorliegenden Ausführungsform der Anordnung sind acht Strahlungskanäle vorgesehen. Dabei wird ein Strahlungskanal beispielsweise durch die Blöcke la, b repräsentiert und ein weiterer Strahlungskanal durch die Blöcke lc, d.
-
Im Folgenden soll ein Strahlungskanal beschrieben werden, der die zwei Blöcke la, b aufweist.
-
Die von den Strahlungsquellen 2 der Blöcke 1 a, b in radialer Richtung der Hauptachse A emittierten Anregungsstrahlungen treffen auf einen Spiegel 4. Dabei strahlen die Strahlungen von je zwei Strahlungsquellen 2 auf je einen Spiegel 4. Für jeden Block la, b sind also vier Spiegel 4 vorgesehen. Die Spiegel 4 sind dann so vorgesehen, dass sie jeweils die Anregungsstrahlung von den zwei Strahlungsquellen 2, die in radiale Richtung der Hauptachse A gestrahlt werden, in axiale Richtung der Hauptachse A auf einen Sammelspiegel 6 umlenken. Dazu sind die Spiegel 4 in der Anordnung, von der Hauptachse A aus radial gesehen, zwischen der Hauptachse A und den Blöcken la, b angeordnet.
-
Der Sammelspiegel 6 ist in der Anordnung so vorgesehen, dass er, von der Hauptachse A aus gesehen in axialer Richtung zwischen den beiden Blöcken la, b eines Strahlungskanals liegt, und in radialer Richtung zwischen der Hauptachse A und den Blöcken la, b. Der Sammelspiegel 6 sammelt die von den Spiegeln 4, in axiale Richtung der Hauptachse A gesehen, strahlende Anregungsstrahlungen der Strahlungsquellen 2 und leitet sie, in radiale Richtung der Hauptachse A, auf einen dichroitischen Spiegel 8 um. Dadurch können Anregungsstrahlungen mehrerer Strahlungsquellen 2 zu dem Strahlungskanal zusammengefasst werden.
-
Der Sammelspiegel 6 wird hier vereinfacht als ein Spiegel angesehen. Gemäß der Ausführungsform ist der Sammelspiegel 6 allerdings als eine Spiegelanordnung vorgesehen. Dabei sind zumindest zwei Spiegel oder Spiegelflächen so angeordnet, dass sie die Strahlungen von den Blöcken la, b, die aus entgegengesetzten Richtungen, durch die Spiegel 4, in axialer Richtung der Hauptachse A, auf die Sammelspiegelanordnung gelenkt werden, in eine radiale Richtung der Hauptachse A reflektieren. Dazu können die zumindest zwei Spiegel etwa kreuzförmig angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Anordnung für den Sammelspiegel 6 vier einzelne Spiegelflächen oder Spiegel auf. Denkbar sind auch Anordnungen mit mehr Spiegelflächen oder Spiegeln.
-
Der dichroitische Spiegel 8 ist, von der Hauptachse A aus gesehen axial auf gleicher Höhe, wie der Sammelspiegel 6, und radial gesehen zwischen dem Sammelspiegel 6 und der Hauptachse A angeordnet.
-
Der dichroitische Spiegel 8 reflektiert dann die Anregungsstrahlung, die von den Strahlungsquellen 2, emittiert werden, ist aber durchlässig für Konversionsstrahlung, was untenstehend weiter erläutert ist. Durch den dichroitischen Spiegel 8 wird die Anregungsstrahlung über zwei Linsen 10 in axialer Richtung der Hauptachse A auf einen Leuchtstoff 12 gelenkt. Der Leuchtstoff 12 ist dabei senkrecht zur optischen Hauptachse A angeordnet. Die Linsen 10 sind so vorgesehen, dass sie die Strahlung, die der dichroitische Spiegel 8 reflektiert, auf den Leuchtstoff 12 fokussieren.
-
In dem Leuchtstoff 12 wird die die Anregungsstrahlung zumindest teilweise in Konversionsstrahlung gewandelt. Der Leuchtstoff 12 ist dabei bevorzugt als Teil eines reflektierenden Konverters ausgestaltet, so dass zumindest die Konversionsstrahlung anschließend vom Leuchtstoff 12 zurück hin zu dem dichroitischen Spiegel 8 reflektiert wird. Der dichroitische Spiegel 8 ist für die Konversionsstrahlung durchlässig, wodurch diese weiter zu einem Spiegel strahlt, der als Ringspiegel 14 ausgestaltet ist. Der Ringspiegel 14 ist um die Hauptachse A herumlaufend und konkav gekrümmt ausgestaltet. Er ist, in axialer Richtung der Hauptachse A gesehen, so von dem Leuchtstoff 12 beabstandet, dass der dichroitische Spiegel 8 zwischen dem Ringspiegel 14 und dem Leuchtstoff 12 angeordnet ist. Der Ringspielgel 14 kann Strahlungen, die von dem Konverter reflektiert werden, bündeln und auf einen Austrittsspiegel 16 umlenken. Der Austrittsspiegel 16 ist dabei vorzugsweise als asphärischer Spiegel ausgestaltet. Er ist in der Mitte der Anordnung auf der Hauptachse A vorgesehen und lenkt die einfallenden Strahlungen auf eine Einkoppelfläche 20 eines Integratorstabs 18.
-
Der Integratorstab 18 ist ebenfalls auf der Hauptachse A vorgesehen und dem Austrittsspiegel 16 nachgeschaltet. Im Integratorstab 18 werden die einfallenden Strahlungen gebündelt und über eine Auskoppelfläche 22 als Nutzstrahlung emittiert.
-
Dazu kann zusätzlich zu dem Strahlungskanal, der die Strahlungen der Strahlungsquellen 2 aus den Blöcken la, b zusammenfasst, zumindest einer der weiteren Strahlungskanäle der Anordnung, hier repräsentiert durch die Blöcke lc, d so vorgesehen sein, dass die Strahlung der Strahlungsquellen 2 nicht auf den Leuchtstoff strahlen, und damit nicht konvertiert werden. Dazu kann beispielsweise in dem Strahlungskanal kein dichroitischer Spiegel 8 vorgesehen sein, sondern ein Spiegel, der die Zusatzstrahlung der Strahlungsquellen 2 der Blöcke lc, d direkt auf den Ringspiegel 14 lenkt. Der Ringspiegel 14 lenkt also Konversionsstrahlung, vom Leuchtstoff 12 aus, und nichtkonvertierte Zusatzstrahlung, von einem Strahlungskanal mit den Blöcken 1c, d aus, auf den Austrittsspiegel 16 um, welcher die Strahlungen in den Integratorstab 18 einkoppelt.
-
In dem Integratorstab 18 werden dann die einfallenden Strahlungen, also die nicht konvertierte Zusatzstrahlung, vorzugsweise blaue Laserstrahlung, und die Konversionsstrahlung, vorzugsweise gelbes Konversionslicht, anschließend zu Nutzstrahlung, vorzugsweise weißes Nutzlicht, vermischt, welche aus einer Auskoppelfläche 22 des Integratorstabs 18 emittiert wird.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anordnung in einem, insbesondere etwa zylindrischen, Gehäuse 26 vorgesehen, das in der Abbildung schematisch durch eine Strichlinie gekennzeichnet ist. Das Gehäuse kann einfach als Struktur ausgebildet sein, die die Bauteile der Anordnung festlegt. Die Auskoppelfläche 22 des Integratorstabs 18 kann dabei mittig in einer Stirnseite 28 des Gehäuses 26 angeordnet sein. Es ist auch denkbar, dass die Auskoppelfläche 22 des Integratorstabs 18 innerhalb oder außerhalb des Gehäuses liegt, wobei die Nutzstrahlung dennoch über eine Austrittsöffnung an der Stirnseite 28 des Gehäuses 26 ausgestrahlt wird. Das Gehäuse 26 kann in einem Scheinwerfer 30 vorgesehen sein, der ebenso durch die Strichlinie repräsentiert ist.
-
2 zeigt eine Gesamtansicht der optischen Anordnung in derselben Ausführungsform wie 1. Hierbei sind die acht Strahlungskanäle zu sehen, die jeweils zwei Blöcke la, b mit den Strahlungsquellen 2 Spiegel 4, einen Sammelspiegel 6, einen dichroitischen Spiegel 8, zwei Linsen 10, den Leuchtstoff 12, den Ringspiegel 14, den asphärischen Spiegel 16 und den Integratorstab 18 aufweisen.
-
Offenbart ist eine optische Anordnung für ein Laser Activated Remote Phosphor (LARP) System, das in einem etwa zylindrischen Gehäuse vorgesehen ist, und das zumindest zwei Strahlungsquellen aufweist, die kreisförmig in einer Umfangsrichtung einer optischen Hauptachse in dem Gehäuse um einen Leuchtstoff angeordnet sind und bei der der Leuchtstoff mehrere Auftreffbereiche aufweist.
-
Bezugszeichenliste
-
| Optische Hauptachse |
A |
| Block |
1a, b, c, d |
| Strahlungsquelle |
2 |
| Spiegel |
4 |
| Sammelspiegel |
6 |
| dichroitischer Spiegel |
8 |
| Linse |
10 |
| Leuchtstoff |
12 |
| Ringspiegel |
14 |
| Austrittsspiegel |
16 |
| Integratorstab |
18 |
| Einkoppelfläche |
20 |
| Auskoppelfläche |
22 |
| Gehäuse |
26 |
| Stirnseite |
28 |
| Scheinwerfer |
30 |
