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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, mit deren Hilfe Licht erzeugt werden kann, das in seiner spektralen Zusammensetzung veränderbar ist.
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Durch den Einsatz von LEDs in der Beleuchtungstechnologie wurde die Möglichkeit eröffnet, deutlich mehr Einfluss auf die Lichtabgabe im Hinblick auf die spektrale Zusammensetzung des Lichts zu nehmen, als dies im Vergleich hierzu mit klassischen Leuchtmitteln wie z.B. Glühbirnen und/oder Leuchtstofflampen bislang der Fall war. Einzelne LEDs selbst geben zwar Licht nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich ab, durch das Kombinieren verschiedener Wellenlängen besteht dann allerdings die Möglichkeit, Mischlicht einer gewünschten Farbe oder einer gewünschten Farbtemperatur zu erzielen. Der Vorteil bei der Verwendung von LEDs liegt hierbei darin, dass diese im Vergleich zu klassischen Lichtquellen besser angesteuert werden können und auch eine Durchmischung des Lichts aufgrund der geringen Abmessungen der LEDs leichter erzielt werden kann.
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Die übliche Vorgehensweise zum Erzeugen eines Lichts gewünschter spektraler Zusammensetzung besteht darin, mehrere LEDs zu verwenden, die jeweils Licht in einer unterschiedlichen Wellenlänge bzw. Farbe abgeben, und dann die Intensitäten für die einzelnen LEDs derart zu wählen, dass sich das gewünschte Mischlicht ergibt. In einer Grundform kann bspw. eine Kombination von drei LEDs in den Farben Rot, Grün und Blau verwendet werden, um nahezu Licht eines beliebigen Farbtons zu erzielen. Oftmals kommen allerdings auch noch weitere LEDs zum Einsatz, mit deren Hilfe dann noch besser Einfluss auf die spektrale Zusammensetzung des Lichts genommen werden kann. Auch ist es oftmals üblich, eine sog. Weißlicht-LED mit einer oder mehreren farbigen LEDs zu kombinieren, wenn in erster Linie weißes Licht erzeugt werden soll, das allerdings einen gewissen Farbakzent aufweist.
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Alternativ zu der zuvor beschriebenen Vorgehensweise ist auch bekannt, lediglich eine einzige Lichtquelle in Form einer LED zu verwenden, das von dieser LED emittierte Licht dann allerdings in gewünschter Weise nachträglich zu beeinflussen. Es kommen hierbei Farbkonversionsmittel zum Einsatz, die bspw. Phosphore oder sog. Quantum Dots enthalten, die auftreffende Lichtstrahlen in Licht einer anderen Wellenlänge umsetzen. Dadurch, dass festgelegt wird, wie stark unterschiedliche Farbkonversionsmittel das ursprünglich abgegebene Licht beeinflussen, kann dann wiederum Einfluss auf die spektrale Zusammensetzung des insgesamt erzielten Lichts genommen werden.
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Eine auf dem obigen Prinzip basierende Lösung besteht beispielsweise darin, der Lichtquelle ein etwa scheibenförmiges Farbkonversionselement zuzuordnen, welches unterschiedliche Farbkonversionsmittel enthält, die bspw. in einzelnen Sektoren der Scheibe vorgesehen sind. Durch entsprechendes Rotieren bzw. Verstellen der Scheibe kann dann bestimmt werden, über welchen Zeitraum hinweg welches Farbkonversionsmittel das Licht beeinflusst, wobei dann im Mittel gesehen ein entsprechendes Mischlicht erzielt wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, eine weiter verbesserte Möglichkeit zur Beeinflussung der spektralen Zusammensetzung eines beispielsweise zu Beleuchtungszwecken genutzten Lichts zu bieten.
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Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Erzeugen eines in seiner spektralen Zusammensetzung veränderbaren Lichts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ebenso wie bei der oben beschriebenen Lösung ist vorgesehen, das von einer Primärlichtquelle abgebebene Licht durch eine Farbkonversionseinrichtung zu beeinflussen, welche unterschiedliche Farbkonversionsmaterialien aufweist, die das auftreffende Primärlicht in unterschiedlicher Weise beeinflussen. Während allerdings beim Stand der Technik wahlweise die verschiedenen Farbkonversionsmaterialien in den Strahlengang der Primärlichtquelle eingeschwenkt bzw. eingedreht werden, ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Farbkonversionsmaterialien stationär angeordnet sind und stattdessen zusätzliche Umlenkmittel vorgesehen sind, welche das Primärlicht wahlweise auf die verschiedenen Farbkonversionsmaterialien richten. Abgesehen von den Umlenkmitteln, die beispielsweise in einfacher Weise als ansteuerbarer Spiegel ausgestaltet sein können, erfordert also die erfindungsgemäße Anordnung keine weiteren beweglichen Teile, wodurch deren Zuverlässigkeit weiter erhöht wird. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäßen Umlenkmittel das Licht der Primärlichtquelle schneller beeinflusst und wahlweise auf die unterschiedlichen Farbkonversionsmaterialien gerichtet werden, als die bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung, bei der die Farbkonversionsmaterialien selbst hinsichtlich ihrer Position verändert werden müssen, der Fall ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also eine Anordnung zum Erzeugen eines in seiner spektralen veränderbaren Lichts vorgeschlagen, wobei die Anordnung aufweist:
- • Mittel zum Erzeugen eines Primärlichts,
- • eine Farbkonversionseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, auftreffendes Primärlicht zumindest teilweise in Licht einer anderen spektralen Zusammensetzung umzuwandeln, wobei die Farbkonversionseinrichtung zumindest zwei räumlich getrennte Farbkonversionsmaterialien aufweist, welche auftreffendes Primärlicht in unterschiedlicher Weise beeinflussen,
- • Umlenkmittel, welche dazu ausgebildet sind, dass Primärlicht wahlweise auf die verschiedenen Farbkonversionsmaterialien zu richten, sowie
- • eine Steuereinheit, welche abhängig von einer gewünschten spektralen Zusammensetzung die Umlenkmittel ansteuert.
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Wie bereits erwähnt können die Umlenkmittel zumindest einen ansteuerbaren Spiegel umfassen. Vorzugsweise werden die Umlenkmittel in Form eines oder mehrerer Mikrospiegel realisiert, wie sie bereits aus anderen optischen Einrichtungen wie bspw. Projektoren oder dergleichen bekannt sind. Derartige Systeme haben sich als äußerst robust herausgestellt und können nunmehr in einfacher aber effizienter Weise dazu verwendet werden, die Lichtabgabe in gewünschter Weise zu beeinflussen.
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Die Mittel zum Erzeugen des Primärlichts erzeugen dabei vorzugsweise ein Licht kurzer Wellenlänge bzw. hoher Energie, also bspw. blaues Licht, da die Farbkonversionsmaterialien üblicherweise das auftreffende Primärlicht in ein Licht niedriger Energie bzw. längerer Wellenlänge umsetzen. Durch die Verwendung von blauem Licht ist also gewährleistet, dass bei der Wahl entsprechender Farbkonversionsmaterialien aus dem Primärlicht Licht einer beliebigen Wellenlänge innerhalb des sichtbaren Spektrums erzeugt werden kann. Die Mittel zum Erzeugen des Primärlichts können dabei insbesondere durch einen Laser zum Erzeugen von blauem Licht gebildet sein.
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Als erfindungsgemäße Farbkonversionsmaterialien können hierbei die bereits bislang bekannten Materialien verwendet werden. Es handelt sich dabei in erster Linie um Materialien, die Phosphore, keramische Phosphore oder sog. Quantum Dots enthalten. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die verschiedenen Farbkonversionsmaterialien auf einem gemeinsamen, vorzugsweise ebenen und beispielsweise lichtdurchlässigen Träger angeordnet sind. Im Falle einer benachbarten Anordnung der Materialien ist hierbei lediglich eine geringfügige Veränderung der Spiegelstellung erforderlich, um das Licht auf eines der Farbkonversionsmaterialien zu richten. Wie bereits erwähnt kann hierdurch deutlich schneller und exakter eingestellt werden, wie stark, also überwelchen Zeitraum hinweg das Licht durch die jeweiligen Farbkonversionsmaterialien beeinflusst wird. Dabei ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, abhängig von einer gewünschten spektralen Zusammensetzung Beleuchtungszeiten für die verschiedenen Farbkonversionsmaterialien zu bestimmen und dann die Umlenkmittel entsprechend anzusteuern.
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Insgesamt wird durch die vorliegende Erfindung also eine neuartige Anordnung zum Erzeugen eines in seiner spektralen Zusammensetzung veränderbaren Lichts geschaffen, welche eine zuverlässige und exakte Beeinflussung des Lichts ermöglicht.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige 1 zeigt hierbei schematisch die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen von Licht.
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Erste wesentliche Komponente der in 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 100 versehenen erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen von Licht ist eine Primärlichtquelle 10. Wie bereits erwähnt ist vorgesehen, die spektrale Zusammensetzung des letztendlich abgegebenen Lichts dadurch zu beeinflussen, dass ein Teil des Lichts durch unterschiedliche Farbkonversionsmaterialien in Licht einer längeren Wellenlänge umgesetzt und anschließend wieder mit dem weiteren Licht gemischt wird. Dementsprechend sollte die Primärlichtquelle 10 möglichst kurzwelliges Licht, also Licht hoher Energie abgeben. Bevorzugt kommt hierbei ein Laser zum Einsatz, der blaues Licht erzeugt. Die Verwendung eines Lasers als Primärlichtquelle 10 bringt darüber hinaus den Vorteil mit sich, dass das von dem Laser 10 abgegebene Licht bereits stark gebündelt ist und dementsprechend sehr gut und effizient hinsichtlich seiner Richtung beeinflusst werden kann. Bei Verwendung anderer Lichtquellen müssten dem gegenüber ggf. zusätzliche optische Maßnahmen vorgesehen sein, die tatsächlich eine effiziente Lichtlenkung für die spätere Beeinflussung der spektralen Zusammensetzung zu ermöglichen.
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Das von dem Laser 10 abgegebene Primärlicht A wird also im Wesentlichen in Form eines stark gebündelten Lichtstrahls auf Umlenkmittel 20 gerichtet, die das Primärlicht A derart umlenken bzw. reflektieren sollen, dass dieses wahlweise auf verschiedene Farbkonversionsmaterialien gerichtet wird. Die Umlenkmittel 20 weisen hierzu im dargestellten Beispiel einen ansteuerbaren Spiegel 21 auf, der wie durch den Doppelpfeil angedeutet, um eine senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtete Achse schwenkbar ist. Da hier im Vergleich zur optischen Achse des Lasers 10 eine Veränderung vorgenommen werden kann und dementsprechend der Auftreffwinkel des Primärlichtstrahls A auf den Spiegel 21 gewählt werden kann, kann das Licht wahlweise auf unterschiedliche Bereiche einer seitlich hiervon positionierten Farbkonversionseinrichtung 30 gerichtet werden. Die Ansteuerung des Spiegels 21, der vorzugsweise als steuerbarer Mikrospiegel (MEMS) ausgebildet ist, wie er bspw. auch in Projektoren oder dergleichen zum Einsatz kommt, erfolgt hierbei durch eine Steuereinheit 5, die abhängig von einem Eingangssignal E eine Ansteuerung vornimmt. Das Eingangssignal kann bspw. eine gewünschte Farbe oder Farbtemperatur des letztendlich abgegebenen Lichts vorgeben. Es könnte allerdings auch durchaus komplexer sein und detailliert die gewünschte spektrale Zusammensetzung des abzugebenden Lichts beschreiben. Alternativ zu dem dargestellten Spiegel könnten auch andere Maßnahmen vorgesehen sein, durch welche das Primärlicht wie nachfolgend näher beschrieben gelenkt wird.
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Die Farbkonversionseinrichtung 30 weist ein Trägerelement 31 in Form einer Platte auf, deren den Umlenkmitteln 20 zugewandte Oberfläche in verschiedene Teilbereiche unterteilt ist. Auf jedem Teilbereich befinden sich dann Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3, welche das durch den Spiegel 21 umgelenkte und auf sie ausgerichtete Primärlicht zumindest zu einem gewissen Teil in Licht einer anderen Wellenlänge umsetzen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Farbkonversionsmaterialien dargestellt, wobei selbstverständlich das erfindungsgemäße Konzept nicht hierauf beschränkt ist, sondern im Prinzip beliebig viele Farbkonversionsmaterialien zum Einsatz kommen können. Die Wahl der Farbkonversionsmaterialien richtet sich dabei auch danach, welche Eigenschaften das letztendlich abgegebene Licht aufweisen soll. Bspw. können die Farbkonversionsmaterialien Phosphore, keramische Phosphore oder Quantum Dots enthalten, die auch bislang bereits zum Beeinflussen von Licht verwendet werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die drei Teilbereiche mit den drei Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 jeweils leicht beabstandet voneinander auf der Oberfläche des ebenen Trägerelements 31 ausgebildet, dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Alternativ hierzu könnten die Materialien 35 1–35 3 auch lückenlos aneinander angrenzen. Wird davon ausgegangen, dass der steuerbare Spiegel 21 lediglich um eine Achse verschwenkbar ist, so sind die verschiedenen Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 in einer entsprechenden Längsrichtung übereinander angeordnet. Sollte hingegen die Möglichkeit bestehen, den Spiegel 21 um eine weitere Achse zu verschwenken, könnten Farbkonversionsmaterialien auch in raster- oder matrixartig angeordneten Feldern genutzt werden. Hierdurch könnte bspw. die Anzahl der unterschiedlich genutzten Farbkonversionsmaterialien nochmals deutlich erhöht werden. Anhängig von der Art der Lichtlenkung wäre ferner auch denkbar, das Trägerelement für die Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 nicht eben zu gestalten. Beispielsweise wäre im dargestellten Beispiel auch eine leicht gekrümmte Form denkbar, wobei dann der Spiegel im Zentrum der Krümmung positioniert ist.
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Entsprechend der Ansteuerung durch die Steuereinheit 5 und damit der Stellung des Spiegels 21 wird also das von der Primärlichtquelle 10 abgegebene und durch den Spiegel 21 reflektierte Licht auf eines der Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 gerichtet. Hier wird dann das Licht durch die entsprechenden Materialien üblicherweise in Licht einer längeren Wellenlänge umgewandelt, wobei je nach Art des verwendeten Materials Licht einer anderen Wellenlänge erzeugt wird. Werden die jeweiligen Zeiträume, in denen ein Farbkonversionsmaterial 35 1–35 3 beleuchtet wird, sehr kurz gehalten, so sind die Wechsel zwischen den verschiedenen Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar. Letztendlich führt dies dazu, dass die verschiedenen Lichtanteile, die durch die einzelnen Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 erzeugt werden, gemittelt als Mischlicht wahrgenommen werden, welches sich abhängig von den verschiedenen Zeiträumen in entsprechender spektraler Weise zusammensetzt.
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Ausgehend von dem Eingangssignal, welches eine gewünschte spektrale Zusammensetzung für das Licht vorgibt, ermittelt also die Steuereinheit 5 Beleuchtungszeiten für die verschiedenen Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 und steuert dementsprechend dann den Spiegel 21 an. Aufgrund der schnellen Reaktionszeit des Spiegels 21, der das einzige Element der Anordnung 100 darstellt, welches bewegt bzw. verstellt werden muss, können dementsprechend extrem kurze Beleuchtungszeiten für die verschiedenen Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 realisiert werden, die letztendlich dazu führen, dass tatsächlich die einzelnen Beleuchtungsphasen für einen menschlichen Beobachter nicht mehr erkennbar sind. Trotz allem kann das Verhältnis der verschiedenen Beleuchtungszeiten für die Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 in einem sehr großen Bereich variiert und dementsprechend stark Einfluss auf die spektrale Zusammensetzung des insgesamt abgegebenen Lichts genommen werden.
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Soll dabei darüber hinaus auch Einfluss auf die Intensität des abgegebenen Lichts genommen werden, so kann ergänzend vorgesehen sein, dass in bestimmten Phasen die Primärstrahlung durch den Spiegel 21 geblockt bzw. auf einen Bereich gerichtet wird, der das Licht blockt. Durch eine Veränderung der Dauer derartiger Phasen kann dann sozusagen ein Dimmen des insgesamt erzielten Lichts vorgenommen werden.
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Die letztendliche Lichtabgabe des auf diese Weise realisierten Mischlichts kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Bspw. wäre denkbar, dass der Träger 31 für die Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 lichtdurchlässig ist und dementsprechend wie in 1 dargestellt an der entsprechenden Rückseite 32 des Trägerelements 31 das Licht abgegeben wird. Hierbei können zusätzliche Maßnahmen vorgesehen sein, die in räumlicher Hinsicht eine Durchmischung des von den verschiedenen Farbkonversionsmaterialien 35 1–35 3 erzeugten Lichts gewährleisten. Bspw. könnte auch der Träger 31 lichtstreuend ausgebildet sein oder derart ausgestaltet sein, dass durch Mehrfachreflexionen eine entsprechende Lichtdurchmischung vorgenommen wird. Denkbar wäre allerdings auch der Einsatz weiterer optischer Elemente wie Spiegel, Linsen, Diffusoren oder dergleichen. Darüber hinaus besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, den Träger 31 lichtundurchlässig auszugestalten und dann eine Lichtabgabe auf die andere Seite hin zu bewirken.
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Insgesamt eröffnet die vorliegende Erfindung damit die Möglichkeit, mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand Licht einer gewünschten spektralen Zusammensetzung zu erzeugen. Von Vorteil ist hierbei, dass lediglich eine einzige Primärlichtquelle zum Einsatz kommen muss und trotz allem durch den Einsatz der Umlenkmittel sehr genau Einfluss auf das letztendlich abgegebene Licht genommen werden kann.
