DE102018203246A1

DE102018203246A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit wellenlängenkonverter und verfahren zum erzeugen von nutzlicht durch wellenlängenkonversion

Info

Publication number: DE102018203246A1
Application number: DE102018203246.7A
Authority: DE
Inventors: Andre Nauen
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-05

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (1), aufweisend mindestens eine Primärlichtquelle (2) zur Emission von Primärlicht (P), mindestens einen der mindestens einen Primärlichtquelle (2) optisch nachgeschalteten ortsauflösend einstellbaren Phasensteller (4) für das Primärlicht (P) und mindestens einen dem mindestens einen Phasensteller (4) optisch nachgeschalteten Wellenlängenkonverter (6) zur Umwandlung des Primärlichts (P) in Sekundärlicht (S), wobei das von der mindestens einen Primärlichtquelle (2) emittierte Primärlicht (P) großflächig auf den mindestens einen Phasensteller (4) einfällt. Ein Verfahren dient zum Erzeugen von Nutzlicht (P, S) durch Wellenlängenkonversion, wobei Primärlicht (P) erzeugt und großflächig auf mindestens einen ortsauflösenden Phasensteller (4) eingestrahlt wird, von dem mindestens einen Phasensteller (4) abgestrahltes Primärlicht (P) auf mindestens einen Wellenlängenkonverter (6) gestrahlt wird und von dem mindestens einen Wellenlängenkonverter (6) abgestrahltes Licht (P, S) als Nutzlicht verwendet wird. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Beleuchtungsvorrichtungen in Form von Scheinwerfern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend mindestens eine Primärlichtquelle zur Emission von Primärlicht und mindestens einen der mindestens einen Primärlichtquelle optisch nachgeschalteten Wellenlängenkonverter zur Umwandlung des Primärlichts in Sekundärlicht. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen von Nutzlicht, bei dem Primärlicht erzeugt und auf mindestens einen Wellenlängenkonverter gestrahlt wird und von dem mindestens einen Wellenlängenkonverter abgestrahltes Licht als Nutzlicht verwendet wird. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Beleuchtungsvorrichtungen in Form von Scheinwerfern.
Bei Beleuchtungseinrichtungen, die einen Wellenlängenkonverter nutzen, ist es bekannt, Beleuchtungsmuster aus Primärlicht großflächig auf dem Wellenlängenkonverter zu erzeugen, indem mindestens ein Primärlichtstrahl örtlich variabel auf den Wellenlängenkonverter gestrahlt wird. Dazu ist es bekannt, mehrere statisch angeordnete Primärlichtquellen zu verwenden und diese je nach gewünschtem Beleuchtungsmuster zu aktivieren oder zu deaktivieren. Hierbei ist es nachteilig, dass eine hohe Zahl von Primärlichtquellen benötigt wird.
Auch ist es bekannt, einen Primärlichtstrahl rasternd über den Wellenlängenkonverter zu bewegen (zu „scannen“), beispielsweise mittels eines sogenannten „Flying-Spot“-Verfahrens. Dabei ist es nachteilig, dass zur Erzeugung eines auf dem Wellenlängenkonverter örtlich fein auflösenden Beleuchtungsmusters eine bewegliche Mechanik benötigt wird, um den Primärlichtstrahl zu verschwenken.
Aus dem Bereich der Radartechnologie sind sog. „Phased-Array“-Antennen bekannt, die ein Feld oder „Array“ aus mehreren Radaremittern aufweisen. Ein von einem Radaremitter ausgesandter Radarstrahl lässt sich mittels eines zugehörigen Phasenstellers in seiner Richtung und Form beeinflussen lässt. Die Antenne braucht dann nicht mehr selbst mechanisch verschwenkt zu werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit bereitzustellen, ein fein auflösenden Beleuchtungsmuster auf einem Wellenlängenkonverter in konstruktiv vereinfachter Form zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend

- mindestens eine Primärlichtquelle zur Emission von Primärlicht,
- mindestens einen der mindestens einen Primärlichtquelle optisch nachgeschalteten, ortsauflösend einstellbaren Phasensteller für das Primärlicht und
- mindestens einen dem mindestens einen Phasensteller optisch nachgeschalteten Wellenlängenkonverter zur Umwandlung des Primärlichts in Sekundärlicht,

- das von der mindestens einen Primärlichtquelle emittierte Anregungslicht großflächig auf den mindestens einen Phasensteller einfällt.

Der Begriff „großflächig“ bedeutet, dass mindestens 10 Prozent der Oberfläche des Phasenstellers mit Anregungslicht bzw. Primärlicht beleuchtet werden. Vorzugsweise werden mindestens 50 Prozent und besonders bevorzugt mindestens 80 Prozent der Oberfläche des Phasenstellers mit Anregungslicht bzw. Primärlicht beleuchtet.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein durch den Phasensteller erzeugtes, fein auflösendes Primärlicht-Interferenzmuster als Beleuchtungsmuster auf dem Wellenlängenkonverter mit einer geringen Zahl von Primärlichtquellen und ohne bewegliche Teile erzeugbar ist. Denn das Beleuchtungsmuster lässt sich allein durch Ansteuerung des Phasenstellers unter Nutzung des Interferenzeffekts in grundsätzlich beliebiger Form und Helligkeit auf dem Wellenlängenkonverter erzeugen. Ein von dem Wellenlängenkonverter abgestrahltes Nutzlichtmuster weist eine entsprechende Form und/oder Helligkeit auf.
Dass der Phasensteller ein Phasensteller für das Primärlicht ist, umfasst, dass auf den Phasensteller einfallendes Primärlicht mittels des Phasenstellers in Bezug auf seine Phase beeinflusst bzw. phasenverschoben wird. Eine Wellenlänge des Primärlichts wird hingegen nicht beeinflusst.
Dass ein Phasensteller einer Primärlichtquelle optisch nachgeschaltet ist, umfasst insbesondere, dass sich der Phasensteller in einem Ausbreitungspfad bzw. Primärlichtpfad der Primärlichtquelle befindet. Dies kann auch so ausgedrückt werden, dass der Phasensteller von der Primärlichtquelle beleuchtet wird. Der Phasensteller ist insbesondere von der mindestens einen Primärlichtquelle beabstandet.
Dass der Phasensteller ein ortsauflösend einstellbarer Phasensteller ist, umfasst, dass der Phasensteller mehrere - insbesondere nebeneinander angeordnete - individuell ansteuerbare Bereiche aufweist, welche das auf sie einfallende Primärlicht entsprechend individuell phasenverschieben können. In anderen Worten kann ein auf mehrere Bereiche einfallender Primärlichtstrahl örtlich - nämlich durch die Anordnung der Bereiche festgelegt - unterschiedlich phasenverschoben werden. Mittels des Phasenstellers kann also eine Phasenlage verschiedener optischer Primärlicht(teil)pfade, die auf unterschiedliche Bereiche des Phasenstellers treffen, zueinander eingestellt werden. Das von den Bereichen phasenverschobene Primärlicht interferiert hinter dem Phasensteller, so dass auf dem Wellenlängenkonverter ein entsprechendes, durch die Einstellung oder Ansteuerung des Phasenstellers definiertes Interferenz-Beleuchtungsmuster erzeugt wird. Im Ergebnis lässt sich damit Primärlicht, welches von dem Phasensteller zu dem Wellenlängenkonverter hin abgestrahlt wird, in seiner Richtung und Form beeinflussen. Zur Ansteuerung des mindestens einen Phasenstellers bzw. seiner Bereiche kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung kann in die Beleuchtungsvorrichtung integriert sein oder eine externe Einheit sein, die mit der Beleuchtungsvorrichtung gekoppelt ist. Eine externe Steuereinrichtung kann mit einem Rechner oder einem Netzwerk von Rechnern oder mit Cloud-Rechnern verbunden sein oder einen solchen Rechner darstellen und von diesen Steuerbefehle für die Ansteuerung eines Phasenstellers erhalten. Die Rechner können ihrerseits eine Vielzahl von Eingangsgrößen zur Berechnung der Steuergrößen verwenden, so zum Beispiel Eingangsgrößen, die von einen fahrzeuggebundenen Kamerasystem, einen LIDAR-System, einem Radarsystem, einem Ultraschall-Sensor-System, einem anderen Fahrzeug (z.B. mittels sog. C2C, Car-to-Car („C2C“)-Communication) bereitgestellt werden.
Beispielsweise lässt sich ein auf den Phasensteller großflächig einfallender Primärlichtstrahl durch den Phasensteller strahlverschwenken und/oder strahlformen. Eine Strahlverschwenkung kann sowohl in Bezug auf eine Achse oder zweiachsig erfolgen. Eine Strahlformung kann ein helligkeitsvariables Interferenz-Beleuchtungsmuster auf dem Wellenlängenkonverter erzeugen. Beispielsweise kann auf dem Wellenlängenkonverter ein Leuchtfleck maximaler Leuchtdichte erzeugt werden. Ebenso ist es möglich, dunkle Zonen (z.B. Vertikalzonen) innerhalb einer homogen ausgeleuchteten Fläche zu schaffen, z.B. um in einer Anwendung wie einem Fahrzeugscheinwerfer entgegenkommende Fahrzeuge aus dem Nutzlichtmuster ausblenden zu können (Adaptive Driving Beam; „ADB“). Es können auf dem Wellenlängenkonverter auch Bereiche mit sich graduell ändernder Helligkeit erzeugt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass in einer Einstellung des Phasenstellers („neutrale Einstellung“) der Primärlichtstrahl weder strahlverschwenkt noch strahlgeformt wird. Der Primärlichtstrahl wird in anderen Worten in dieser Einstellung durch den Phasensteller nicht oder zumindest nicht örtlich unterschiedlich phasenmoduliert oder phasenverschoben. Bei entsprechender Einstellung des Phasenstellers bzw. seiner Bereiche kann der Wellenlängenkonverter dadurch an seiner Beleuchtungsfläche ganzflächig homogen mit dem Primärlicht ausgeleuchtet werden.
Die Form des auf dem Wellenlängenkonverter erzeugten Interferenz-Beleuchtungsmusters kann zeitlich variiert werden. Eine zeitliche Änderung des Interferenz-Beleuchtungsmusters ist grundsätzlich nur durch eine mögliche Schnelligkeit der Schaltung der örtlich unterschiedlichen Bereiche des Phasenstellers begrenzt.
Es ist eine Weiterbildung, dass mittels des Phasenstellers auf dem Wellenlängenkonverter mindestens ein Leuchtfleck erzeugt wird, der den Wellenlängenkonverter mit hoher Scanfrequenz überstreicht (z.B. zeilenartig, als Lissajous-Figur usw.). Dadurch kann vorteilhafterweise ein Scanvorgang nach Art eines Flying-Spot-Verfahrens, beispielsweise beruhend auf einer Ansteuerung eines MEMS-Spiegels, nachgebildet werden. Die Umschaltung zwischen zwei Positionen des Leuchtflecks kann z.B. mit einer maximalen Schaltfrequenz des Phasenstellers durchgeführt werden.
Dass ein Wellenlängenkonverter einem Phasensteller optisch nachgeschaltet ist, umfasst, dass von dem Phasensteller ausgehendes oder abgestrahltes Primärlicht auf den Wellenlängenkonverter fällt bzw. der Wellenlängenkonverter von dem Phasensteller beleuchtet wird.
Der Wellenlängenkonverter weist mindestens einen Leuchtstoff auf, der dazu geeignet ist, einfallendes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umzuwandeln oder zu konvertieren. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mögen diese Sekundärlicht von zueinander unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Die Wellenlänge des Sekundärlichts mag länger sein (sog. „Down Conversion“) oder kürzer sein (sog. „Up Conversion“) als die Wellenlänge des Primärlichts. Bei einer nur teilweisen Wellenlängenumwandlung oder Wellenlängenkonversion wird von dem Leuchtstoffkörper eine Mischung aus Sekundärlicht und nicht umgewandeltem Primärlicht abgestrahlt, die als Nutzlicht dienen kann. Jedoch ist auch eine Vollkonversion möglich, bei der das Primärlicht entweder nicht mehr oder zu einem nur vernachlässigbaren Anteil in dem Nutzlicht vorhanden ist. Ein Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können aus dem Primärlicht Sekundärlichtanteile unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugt werden, z.B. gelbes und rotes Sekundärlicht. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe kann mindestens ein Leuchtstoff dazu geeignet sein, Sekundärlicht nochmals wellenlängenumzuwandeln, z.B. grünes Sekundärlicht in rotes Sekundärlicht. Ein solches aus einem Sekundärlicht nochmals wellenlängenumgewandeltes Licht kann auch als „Tertiärlicht“ bezeichnet werden.
Der Wellenlängenkonverter kann in einem lichtdurchlässigen Matrixmaterial verteilt eingebettete Leuchtstoffpartikel aufweisen, z.B. Pulverteilchen. Das Matrixmaterial kann z.B. Silikon, Epoxidharz oder Glas aufweisen. Eine weitere Variante des Matrixmaterials kann aus einem Material bestehen, welches sowohl Primär- als auch Sekundärlicht streut, aber nicht absorbiert, wie beispielweise in Form einer auf Al₂O₃ basierende Zweiphasenkeramik. Darüber hinaus kann mittels des Matrixmateriales die thermische Leitfähigkeit des gesamten Wellenlängenkonverters verbessert werden. Der Wellenlängenkonverter kann auch aus einem wellenlängenumwandelnden Körper bestehen, beispielsweise aus wellenlängenumwandelnder Keramik wie YAG:Ce, LuAG, LiEuMo₂O₈ oder Li₃Ba₂Eu₃ (MoO₄)₈. Der Wellenlängenkonverter kann ein plättchenförmiger Wellenlängenkonverter sein.
Der Wellenlängenkonverter kann ein planer Wellenlängenkonverter sein. Der Wellenlängenkonverter kann auch ein gekrümmter Wellenlängenkonverter sein, beispielsweise einseitig oder beidseitig konvex oder konkav oder freiförmig ausgeformt, was den Vorteil ermöglicht, dass die Konversionseigenschaften, beispielsweise die Konversionseffizienz und die Abstrahlcharakteristik, und somit die Eigenschaften des abgestrahlten Nutzlichts durch die Formgebung der Wellenlängenkonverter-Oberflächen beeinflussbar sind.
Dass das von der mindestens einen Primärlichtquelle emittierte Primärlicht großflächig auf den mindestens einen Phasensteller einfällt, kann umfassen, dass das Primärlicht gleichzeitig auf mehrere Bereiche oder Pixel des Phasenstellers einfällt.
Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung mehrere in einem Primärlichtpfad nebeneinander angeordnete Phasensteller und/oder mehrere in dem Primärlichtpfad nebeneinander angeordnete Wellenlängenkonverter aufweisen. Bei Vorliegen mehrerer nebeneinander angeordneter Phasensteller und/oder Wellenlängenkonverter kann von einer Primärlichtquelle abgestrahltes Primärlicht von einem oder mehreren Phasenstellern phasenverschoben und/oder von einem oder mehreren Wellenlängenkonvertern konvertiert werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Phasensteller ein bildpunktartig einstellbares bzw. ansteuerbares Flüssigkristall-Flächenelement ist. Dies ergibt den Vorteil, dass sich das Interferenz-Beleuchtungsmuster besonders einfach und vielfältig geformt erzeugen lässt. Die Bereiche des Phasenstellers können dann auch als „Pixel“ bezeichnet werden. Es ist eine Weiterbildung, dass die Bereiche oder Pixel matrixförmig angeordnet sind, zum Beispiel als ein Feld mit 640 x 480 Pixeln, 1024 x 768 Pixeln, 1920 x 1200, 2560 x 1600, aber auch mehr oder weniger Pixeln, und auch mit anderen Seitenverhältnissen von Pixelfeldern.
Jedes Pixel kann z.B. mittels Anlegen einer geeigneten, insbesondere durch eine Steuereinrichtung bestimmbaren, Spannung angesteuert werden. Abhängig von der angelegten Spannung wird die Phasenlage des Primärlichts, welches auf das jeweilige Pixel trifft, verändert. Dabei sind Phasenverschiebungen um ein Mehrfaches der Wellenlänge des Primärlichts grundsätzlich möglich.
Das Flüssigkristall-Flächenelement weist vorteilhafterweise keinen Polarisationsfilter auf.
Eine Schnelligkeit einer Änderung des auf dem Wellenlängenkonverter erzeugbaren Beleuchtungsmusters ist nur durch die Schaltzeit der Pixel begrenzt. Ausgehend von Reaktionszeiten aktueller LCD-Fernseher, die Weiß-Schwarz-Übergänge typischerweise innerhalb von ca. 10 ms bis 20 ms durchführen können, sind entsprechend Bildraten in der Größenordnung von 30 Hz ≤ f ≤ 100Hz möglich. Bereits ein Flüssigkristall-Flächenelement in VGA (640 x 480)-Auflösung würde bereits deutlich höher aufgelöste Leuchtdichteverteilungen erzeugen können als bisher.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Primärlichtquelle genau eine Primärlichtquelle aufweist oder ist. Dies ergibt den Vorteil, dass das von der Primärlichtquelle auf den Phasensteller einfallende Primärlicht besonders kohärent ausgebildet sein kann. Es ist eine insbesondere für diese Ausgestaltung vorteilhafte Weiterbildung, dass der Primärlichtquelle eine wellenlängenerhaltende Aufweitungsoptik nachgeschaltet ist, welche einen von der Primärlichtquelle imitierten Lichtstrahl aufbereitet. Dadurch kann ein besonders großer Bereich des Phasenstellers mit Primärlicht gleicher Phase homogen bestrahlt werden. Insbesondere ermöglicht die Aufweitungsoptik auf einfache Weise eine großflächige Beleuchtung des Phasenstellers mit Anregungslicht bzw. Primärlicht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Primärlichtquelle mehrere Primärlichtquellen aufweist. So wird der Vorteil erreicht, dass Primärlicht mit besonders hohem Lichtstrom auf den Phasensteller und dann auf den Wellenlängenkonverter einfallen kann. Dadurch wiederum kann Nutzlicht mit einem besonders hohen Lichtstrom erzeugt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Primärlichtquelle mindestens einen Laser umfasst. Dies ergibt den Vorteil, dass hochgradig monochromes Primärlicht mit besonders großer Kohärenzlänge erzeugt wird, was eine Erzeugung eines besonders scharfen und hochauflösenden Beleuchtungsmusters auf dem Wellenlängenkonverter ermöglicht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Primärlichtquelle mindestens eine LED umfasst. So wird der Vorteil erreicht, dass hochgradig monochromes Primärlicht mit hoher Leuchtdichte auf besonders preiswerte Weise erzeugt werden kann. Für den Fall einer Verwendung mehrerer LEDs können diese matrixartig angeordnet sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine LED mindestens eine Superlumineszenzdiode ist. Die Verwendung einer Superlumineszenzdiode ergibt den Vorteil, dass gegenüber herkömmlichen LEDs Primärlicht mit einer höheren Kohärenzlänge erzeugt wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zwischen der mindestens einen Primärlichtquelle und dem mindestens einen Phasensteller ein Kohärenzfilter vorhanden ist. Unter einem Kohärenzfilter kann insbesondere eine Einrichtung verstanden werden, welches eine Kohärenz des einfallenden Primärlichts erhöht. Das Kohärenzfilter kann ein oder mehrere optische Elemente zur Erhöhung der Kohärenz aufweisen, beispielsweise mindestens eine Spalt, mindestens eine Lochblende und/oder mindestens einen Wellenlängenfilter. Das Kohärenzfilter kann z.B. mindestens einer LED nachgeschaltet sein.
Allgemein ist es auch möglich, dass inkohärentes Primärlicht verwendet wird. Speziell für diesen Fall kann zwischen der mindestens einen Primärlichtquelle und dem mindestens einen Phasensteller ein Kohärenzfilter vorhanden sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Phasensteller ein das Primärlicht transmittierender Phasensteller ist. Der transmittierende Phasensteller ist ein das Primärlicht durchlassender Phasensteller, d.h., dass das phasenverschobene Primärlicht von einer Seite des Phasenstellers ausgegeben wird, die einer Seite, auf welche das ursprüngliche, nicht phasenverschobene Primärlicht einfällt, entgegengesetzt ist. Ein transmittierender Phasensteller kann beispielsweise ein lichtdurchlässiges Flüssigkristall-Flächenelement sein, z.B. ein sog. Flüssigkristall-Array. Der transmittierende Phasensteller kann als eine ortsvariabel ansteuerbare diffraktive Optik angesehen bzw. eingesetzt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Phasensteller ein das Primärlicht reflektierender Phasensteller ist. Bei dem reflektierenden Phasensteller wird das phasenverschobene Primärlicht von der gleichen Seite abgegeben, auf welche auch das nicht phasenverschobene Primärlicht einfällt. Der reflektierende Phasensteller kann beispielsweise ein LCoS-Flächenelement, insbesondere LCoS-Array, sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Phasensteller ein in Planartechnologie, beispielsweise mittels eines CMOS-Prozesses, hergestellter Phasensteller ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Wellenlängenkonverter ein statischer oder unbeweglicher Wellenlängenkonverter ist. Dies ergibt den Vorteil eines besonders einfachen und robusten Aufbaus.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Wellenlängenkonverter eine homogene Leuchtstoffverteilung aufweist. Dies ergibt den Vorteil, dass ein gewünschtes Nutzlichtmuster besonders einfach und mit besonders vielfältigen Formen gleichen Primärlichts auf einer großen Fläche erzeugbar ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass Wellenlängenkonverter eine inhomogene Leuchtstoffverteilung aufweist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auch ein farblich unterschiedliches Nutzlichtmuster mit einem geringen Einsatz von Leuchtstoff(en) erzeugbar ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass die inhomogene Leuchtstoffverteilung eine örtlich inhomogene Menge des gleichen Leuchtstoffs umfasst. Dadurch kann auf einfache Weise ein örtlich inhomogener Konversionsgrad erreicht werden. Der inhomogene Konversionsgrad kann beispielsweise durch eine inhomogene Dicke des Wellenlängenkonverters und/oder durch eine unterschiedliche Konzentration oder Dotiergrad des Leuchtstoffs erreicht werden. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, um einen Weißpunkt für zentrale Bereiche der Lichtverteilung anders als für Randbereiche des Wellenlängenkonverters abzustimmen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die inhomogene Leuchtstoffverteilung eine über die Fläche des Wellenlängenkonverters unterschiedlicher Verteilung mehrerer Leuchtstoffe, die unterschiedliches Sekundärlicht erzeugen, umfasst. Beispielsweise kann der Wellenlängenkonverter mehrere Bereiche oder Zonen mit Leuchtstoff unterschiedlicher Sekundärfarbe aufweisen, z.B. rote, grüne und blaue Konverterzonen. Die Zonen können eine beliebige Form aufweisen und in einem beliebigen Muster angeordnet sein, z.B. in einem Bayer-Muster, insbesondere einer Bayer-Matrix. Mittels entsprechender Ansteuerung des Phasenstellers könnten dann in bestimmten Szenarien beispielsweise vorranging nur die roten, grünen oder blauen Zonen mit dem Primärlicht bestrahlt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Wellenlängenkonverter ein Farbrad ist. Darunter kann ein drehbarer Wellenkonverter verstanden werden, der mehrere unterschiedliche Leuchtstoff-Zonen aufweist, die durch Drehung des Farbrads zeitlich abwechselnd in einen Primärlichtstrahl hereindrehbar und wie der herausdrehbar sind. So wird der Vorteil erreicht, dass mehrere Leuchtstoff-Zonen zeitlich unterschiedlich durch das interferierende Primärlicht beleuchtbar sind. Die mehreren Leuchtstoff-Zonen weisen typischerweise eine unterschiedliche Zusammensetzung der darin enthaltenen Leuchtstoffe auf. Dadurch wiederum kann eine besonders präzise Farbmischung des Nutzlichts erreicht werden. In einer noch einer Weiterbildung können verschiedene Zonen in Form von Leuchtstoffspuren ringförmig konzentrisch angeordnet sein und von einem Primärlichtstrahl bestrahlt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Wellenlängenkonverter ein teilkonvertierender Wellenlängenkonverter ist. Dadurch kann das Nutzlicht vorteilhafterweise als eine Mischung aus dem Sekundärlicht und nicht-umgewandeltem Primärlicht erzeugt werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, falls sich eine gewünschte spektrale Zusammensetzung bzw. Farbe des Nutzlichts aus der Mischung von Primärlicht und Sekundärlicht erlangen lässt. Das nicht-umgewandelte Primärlicht wird typischerweise mittels des Wellenlängenkonverters gestreut, insbesondere so, dass es mit einer lambertschen oder quasi-lambertschen Strahlstärke abgestrahlt wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Primärlicht blaues Licht ist und das Sekundärlicht gelbes Licht ist oder aufweist. Die optisch hinter dem Wellenlängenkonverter erzeugte, als das Nutzlicht auskoppelbare Lichtmischung kann dann weißes Licht sein, das beispielsweise bestimmte Vorgaben wie Normen usw. erfüllt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Wellenlängenkonverter ein vollkonvertierender Wellenlängenkonverter ist. Das aus gekoppelte Nutzlicht weist dann keinen oder einen nur noch sehr geringen Anteil an dem Primärlicht auf. Dies kann vorteilhaft sein, wenn in dem Nutzlicht kein Primärlichtanteil mehr vorhanden sein soll. Es ist eine Weiterbildung, dass das Primärlicht UV-Licht ist und der Wellenlängenkonverter dazu eingerichtet ist, das UV-Licht in sichtbares Licht umzuwandeln. Prinzipiell stehen, je nach verfügbarer Primärlichtquelle und Wellenlängenkonversionselement, eine Vielzahl von Up- und/oder Down-Konversionsmöglichkeiten zur Verfügung, welche den gesamten Wellenlängenbereich allgemein von Ultraviolett bis Infrarot umfassen können.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Primärlichtquellen aufweist, von denen mindestens zwei Primärlichtquellen dazu eingerichtet sind, Primärlicht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung zu emittieren. So wird der Vorteil erreicht, dass Nutzlicht mit vielen Lichtanteilen unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung auf besonders einfache Weise erzeugbar ist. Beispielsweise kann mindestens eine Primärlichtquelle blaues Primärlicht emittieren, während mindestens eine andere Primärlichtquelle Primärlicht einer anderen Farbe, z.B. rot, orange, grün oder bernsteinfarben („amber“), erzeugt. Der Wellenlängenkonverter kann dann insbesondere dazu eingerichtet sein, nur Primärlicht einer bestimmten Farbe oder spektralen Zusammensetzung zu konvertieren. So kann der Wellenlängenkonverter dazu eingerichtet sein, blaues Primärlicht in gelbes Sekundärlicht umzuwandeln, Primärlicht anderer Farbe hingegen nicht zu konvertieren. Das Primärlicht anderer Farbe wird dann durch den Wellenlängenkonverter lediglich gestreut und bleibt als ein Farbanteil des ausgekoppelten Nutzlichts erhalten. In anderen Worten kann der Wellenlängenkonverter auf mindestens ein Primärlicht empfindlich reagieren (dessen Primärlicht in Sekundärlicht umwandeln) und auf mindestens ein Primärlicht unempfindlich reagieren.
Es ist eine Ausgestaltung, dass

- Primärlichtquellen, die Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung emittieren, in unterschiedlichen Zeitschlitzen aktivierbar sind und
- die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den mindestens einen Phasensteller abhängig von einem jeweiligen Zeitschlitz anzusteuern.

Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass der Wellenlängenkonverter nach Art eines „Zeitmultiplex“ zeitlich aufeinanderfolgend durch Beleuchtungsmuster unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung bzw. Farbe bestrahlbar ist. Dadurch wiederum kann Nutzlicht erzeugt werden, das aus mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Teilmustern besteht. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Erzeugung eines farblich besonders gut differenzierbaren Nutzlichtmusters.
Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens zwei der unterschiedlichen Farben zugeordneten Zeitschlitze innerhalb einer Augenreaktionszeit (z.B. im Bereich zwischen 5 ms und 25 ms) erzeugt werden, da so die farblich unterschiedlichen Teilmuster des Nutzlichts von einem menschlichen Auge integriert werden und nicht mehr unterscheidbar sind.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfer ist. Dazu weist der Scheinwerfer eine dem mindestens einen Wellenlängenkonverter optisch nachgeschaltete Auskopplungsoptik auf. Die Auskopplungsoptik kann ein oder mehrere optische Elemente wie Reflektoren, Linsen, Blenden usw. aufweisen. Auch kann die Beleuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfermodul sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Scheinwerfer ein Fahrzeugscheinwerfer ist, insbesondere ein Frontscheinwerfer. Der Fahrzeugscheinwerfer kann z.B. ein Nutzlichtmuster für eine oder mehrere der folgenden Beleuchtungsarten erzeugen:

- Abblendlicht,
- Fernlicht,
- Nebellicht,
- Kurvenlicht (statisch oder dynamisch),
- Markierungslicht,
- Tagfahrlicht.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Scheinwerfer ein Bühnenscheinwerfer oder ein Scheinwerfer zur Effektbeleuchtung ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen von Nutzlicht, bei dem

- Primärlicht erzeugt und großflächig auf mindestens einen ortsauflösend einstellbaren Phasensteller eingestrahlt wird und
- von dem mindestens einen Phasensteller abgestrahltes Primärlicht auf mindestens einen Wellenlängenkonverter gestrahlt wird.

Das von dem mindestens einen Wellenlängenkonverter abgestrahlte Licht kann als Nutzlicht verwendet oder ausgekoppelt werden.
Das Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die Beleuchtungsvorrichtung und kann analog ausgestaltet werden, und umgekehrt.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.

1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsvorrichtung.

1 zeigt Beleuchtungsvorrichtung in Form eines Scheinwerfers 1. Der Scheinwerfer 1 weist mindestens eine Primärlichtquelle in Form eines Lasers 2, insbesondere eines einzelnen Lasers 2, auf. Der Laser 2 kann beispielsweise hochgradig monochromes blaues Primärlicht P mit hoher Kohärenzlänge emittieren.
Dem Laser 2 ist eine wellenlängenerhaltende Aufweitungsoptik in Form eines Teleskops 3 nachgeschaltet. Das Teleskop 3 bewirkt eine Aufweitung des Strahlbündels des von dem Laser 2 emittierten Primärlichts P. Das aufgeweitete Strahlbündel stellt eine hochgradig monochromatische und kohärente Wellenfront des Primärlichts P dar, die insbesondere homogen großflächig auf einen Phasensteller fällt. Auf ein Kohärenzfilter kann verzichtet werden.
Der Phasensteller ist hier als ein bildpunktartig ortsauflösend einstellbares Flüssigkristall-Flächenelement (auch als „LC-Array“ 4 bezeichnet) ausgebildet. Das LC-Array 4 ist in transmittierender Bauweise ausgebildet, d.h., dass das auf das LC-Array 4 auftreffende, hochgradig kohärente Strahlbündel des Primärlichts P großflächig durch das LC-Array 4 durchläuft und dabei an mehreren Bildpunkten oder Pixeln individuell bzw. bildpunktabhängig phasenverschoben werden kann. Das LC-Array 4 kann dazu mit einer Steuereinheit 5 verbunden sein, die in den Scheinwerfer 1 integriert ist oder, wie dargestellt, eine externe Einheit ist. Die Steuereinheit 5 kann auch dazu eingerichtet sein, nicht nur das LC-Array 4, sondern auch den mindestens einen Laser 2 anzusteuern.
Das von dem LC-Array 4 ortabhängig phasenverschoben abgestrahlte Primärlicht P wird auf einen sich insbesondere beabstandet zu dem LC-Array 4 befindlichen Wellenlängenkonverter 6 gestrahlt. Da ein Abstand und eine Lage des Wellenlängenkonverters 6 zu dem LC-Array 4 genau bekannt und konstruktiv vorgegeben werden kann, kann auf dem Wellenlängenkonverter 6 durch das ortabhängig phasenverschobene Primärlicht P ein gut definiertes, fein aufgelöstes Interferenzmuster als Beleuchtungsmuster erzeugt werden. Der Wellenlängenkonverter 6 ist dem LC-Array 4 also optisch nachgeschaltet.
Der Wellenlängenkonverter 6 wandelt das auf ihn einfallende blaue Primärlicht P hier teilweise in gelbes Sekundärlicht S um. Eine solche Anordnung kann auch als „LARP“ („Laser Activated Remote Phosphor“)-Anordnung bezeichnet werden. Das nicht-umgewandelte blaue Primärlicht P wird mittels des Wellenlängenkonverters 6 gestreut, insbesondere so, dass es mit einer lambertschen oder quasi-lambertschen Strahlstärke abgestrahlt wird.
Bei dem gezeigten Scheinwerfer 1 ist der Wellenlängenkonverter 6 ein transmittierender Wellenlängenkonverter 6, d.h., dass das als Nutzlicht P, S verwendbare Mischlicht, das einen Anteil aus dem gelben Sekundärlicht S und einen Anteil aus dem nicht-umgewandelten blauen Primärlicht P aufweist, von einer in Bezug auf das einfallende Primärlicht P abgewandten Seite des Wellenlängenkonverters 6 abgestrahlt wird. Das Nutzlicht P, S ist insbesondere weißes Licht.
Alternativ kann ein reflektierender Wellenlängenkonverter 6 verwendet werden, d.h., ein Wellenlängenkonverter 6, bei dem das Nutzlicht P, S von der gleichen Seite abgestrahlt wird, auf die auch das Primärlicht P einfällt.
Der Wellenlängenkonverter 6 kann ein keramisches Leuchtstoffplättchen sein. Er kann plan oder gekrümmt sein.
Der Wellenlängenkonverter 6 kann ein statischer Wellenlängenkonverter 6 sein oder kann ein beweglicher Wellenlängenkonverter 6, z.B. ein Farbrad, sein.
Der Wellenlängenkonverter 6 kann eine homogene oder eine inhomogene Leuchtstoffverteilung aufweisen.
Das von dem Wellenlängenkonverter 6 abgestrahlte Nutzlicht P, S kann über eine ein oder mehrere optische Elemente umfassenden Auskopplungsoptik 7 aus dem Scheinwerfer 1 ausgekoppelt werden.
Anstelle des mindestens einen Lasers 2, der Primärlicht P gleicher Farbe oder spektraler Zusammensetzung emittiert, können zur Beleuchtung des LC-Arrays 4 auch mehrere Laser vorhanden sein (o. Abb.), die Primärlicht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung in unterschiedlichen Zeitschlitzen emittieren (Zeitmultiplex). Die Steuereinrichtung 5 kann dann dazu eingerichtet sein, das LC-Array 4 abhängig von einem jeweiligen Zeitschlitz anzusteuern. So lassen sich zeitlich aufeinanderfolgend Nutzlichtmuster unterschiedlicher Farbe auf dem Scheinwerfer 1 auskoppeln.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So kann der Wellenlängenkonverter auch ein vollkonvertierender Wellenlängenkonverter vorgesehen sein, insbesondere falls der Laser ein UV-Primärlicht abstrahlender Laser ist.
Anstelle eine oder mehrerer Laser kann auch mindestens eine LED verwendet werden.
Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

Scheinwerfer	1
Laser	2
Teleskop	3
LC-Array	4
Steuereinheit	5
Wellenlängenkonverter	6
Auskopplungsoptik	7
Primärlicht	P
Sekundärlicht	S

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (1), aufweisend - mindestens eine Primärlichtquelle (2) zur Emission von Primärlicht (P), - mindestens einen der mindestens einen Primärlichtquelle (2) optisch nachgeschalteten ortsauflösend einstellbaren Phasensteller (4) für das Primärlicht (P) und - mindestens einen dem mindestens einen Phasensteller (4) optisch nachgeschalteten Wellenlängenkonverter (6) zur Umwandlung des Primärlichts (P) in Sekundärlicht (S), wobei - das von der mindestens einen Primärlichtquelle (2) emittierte Primärlicht (P) großflächig auf den mindestens einen Phasensteller (4) einfällt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Phasensteller (4) ein bildpunktartig einstellbares Flüssigkristall-Flächenelement ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Primärlichtquelle (2) genau eine Primärlichtquelle (2) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Primärlichtquelle (2) mehrere Primärlichtquellen (2) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Primärlichtquelle (2) mindestens einen Laser (2) umfasst.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Primärlichtquelle (2) mindestens eine LED, insbesondere mindestens eine Superlumineszenzdiode, umfasst.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei zwischen der mindestens einen Primärlichtquelle (2) und dem mindestens einen Phasensteller (4) ein Kohärenzfilter vorhanden ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Phasensteller (4) ein das Primärlicht (P) transmittierender Phasensteller (4) ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Phasensteller (4) ein das Primärlicht (P) reflektierender Phasensteller ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenlängenkonverter (6) ein statischer Wellenlängenkonverter (6) ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenlängenkonverter (6) eine homogene Leuchtstoffverteilung aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenlängenkonverter (6) eine inhomogene Leuchtstoffverteilung aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Wellenlängenkonverter (6) ein Farbrad ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenlängenkonverter (6) ein teilkonvertierender Wellenlängenkonverter (6) ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenlängenkonverter (6) ein vollkonvertierender Wellenlängenkonverter ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2 oder 4 bis 15, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) mehrere Primärlichtquellen (2) aufweist, von denen mindestens zwei Primärlichtquellen Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung emittieren.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 16, wobei - Primärlichtquellen (2), die Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung emittieren, in unterschiedlichen Zeitschlitzen aktivierbar sind und - der Phasensteller (4) mit einer Steuereinrichtung (5) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, den mindestens einen Phasensteller (4) abhängig von einem jeweiligen Zeitschlitz anzusteuern.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) ein Scheinwerfer ist.
Verfahren zum Erzeugen von Nutzlicht (P, S) durch Wellenlängenkonversion, bei dem - Primärlicht (P) erzeugt und großflächig auf mindestens einen ortsauflösenden Phasensteller (4) eingestrahlt wird, - von dem mindestens einen Phasensteller (4) abgestrahltes Primärlicht (P) auf mindestens einen Wellenlängenkonverter (6) gestrahlt wird und - von dem mindestens einen Wellenlängenkonverter (6) abgestrahltes Licht (P, S) als Nutzlicht verwendet wird.