DE202020005883U1

DE202020005883U1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Licht

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Publication number: DE202020005883U1
Application number: DE202020005883.1U
Authority: DE
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2023-01-30
Anticipated expiration: 2030-11-26

Abstract

Multispektrale Lichtquelle (1) zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung (2), umfassend• wenigstens einen ersten Farbkanal (3) mit einem ersten Strahlengang (11) zum Bereitstellen eines ersten Sekundärlichts (21),• einen zweiten Farbkanal (4) mit einem wenigstens abschnittsweise vom ersten Strahlengang (11) verschiedenen zweiten Strahlengang (12) zum Bereitstellen eines zweiten Sekundärlichts (22) und• einen dritten Farbkanal (5) mit einem wenigstens abschnittsweise vom ersten (11) und zweiten Strahlengang (12) verschiedenen dritten Strahlengang (13) zum Bereitstellen eines dritten Lichts (23), wobei der erste Farbkanal (3) Folgendes umfasst:• eine erste Festkörperlichtquelle (41), aus der ein erstes Primärlicht (31) emittierbar ist,• einen ersten photolumineszenzfähigen Körper (51) wobei aus dem ersten photolumineszenzfähigen Körper (51) durch Bestrahlung mit dem ersten Primärlicht (31) das erste Sekundärlicht (21) emittierbar ist,• einen für das erste Primärlicht (31) und das zweite Sekundärlicht (22) transmittierend und für das erste Sekundärlicht (21) reflektierend ausgebildeten ersten dichroitischen Spiegel (61), der im ersten Strahlengang (11) zwischen der ersten Festkörperlichtquelle (41) und dem ersten photolumineszenzfähigen Körper (51) angeordnet ist, wobei der erste Strahlengang (11) derart ausgebildet ist, dass das erste Sekundärlicht (21) vom ersten dichroitischen Spiegel (61) reflektierbar ist, und der zweite Farbkanal (4) folgendes umfasst:• eine zweite Festkörperlichtquelle (42) aus der ein zweites Primärlicht emittierbar ist,• einen zweiten photolumineszenzfähigen Körper (52), wobei aus dem zweiten photolumineszenzfähigen Körper (52) durch Bestrahlung mit dem zweiten Primärlicht (32) das zweite Sekundärlicht (22) emittierbar ist,• einen für das zweite Primärlicht (32) transmittierend und für das zweite Sekundärlicht (22) reflektierend ausgebildeten zweiten dichroitischen Spiegel (62) der im zweiten Strahlengang (12) zwischen der zweiten Festkörperlichtquelle (42) und dem zweiten photolumineszenzfähigen Körper (52) angeordnet und ist, wobei der zweite Strahlengang (12) derart ausgebildet ist, dass das zweite Sekundärlicht (22) vom zweiten dichroitischen Spiegel (62) reflektierbar ist, und der dritte Farbkanal (5) folgendes umfasst:• eine dritte Festkörperlichtquelle (43), wobei in der Ausgangsstrahlung (2) das erste Sekundärlicht (21), das zweite Sekundärlicht (22) und das dritte Licht (23) überlagerbar sind, wobei das zweite Sekundärlicht (22) durch den ersten dichroitischen Spiegel (61) transmittierbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Licht mit mehreren Farbkanälen, welche mehrere Festkörperlichtquellen und Wellenlängenkonversionselemente in mehreren der Farbkanäle umfasst.
Stand der Technik
Aus EP 3193503 A1 ist ein Beleuchtungssystem mit drei Wellenlängenbändern (Farbkanälen) bekannt. Zwei Wellenlängenbänder weisen den gleichen Strahlengang auf und werden mittels einer rotierenden Scheibe mit zwei verschiedenen Phosphoragenten wechselweise aktiviert. Das hat den Nachteil, dass die Einstellung einer bestimmten Koordinate im Farbraum bzw. ein Weißabgleich schwierig zu realisieren sind.
Aus EP 3409011 A1 ist ein Laser-Phosphor-Projektor bekannt. Nachteilig ist der komplizierte Aufbau.
Aus US 8608329 A1 ist ein Beleuchtungssystem mit einer rotierenden Scheibe mit Phosphoragenten bekannt. Nachteilig ist die Verwendung rotierender Teile im Strahlengang.
Aus EP 2530520 A1 ist ein optisches Beleuchtungssystem bekannt mit einer einzigen Primärlichtquelle. Das hat den Nachteil, dass die Einstellung einer bestimmten Koordinate im Farbraum bzw. ein Weißabgleich schwierig zu realisieren sind.
Aus EP 1024539 A2 ist eine Festkörperlichtquelle mit dichroitischen Reflektoren bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung zum Erzeugen einer multispektralen Ausgangsstrahlung darzustellen. Die Ausgangsstrahlung soll eine hohe Leistungsdichte haben.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt eine einfache Vorrichtung zum Erzeugen einer multispektralen Ausgangsstrahlung hoher Leistungsdichte dar. Die Ausgangsstrahlung kann specklefrei dargestellt werden.
Beschreibung
Die erfindungsgemäße multispektrale Lichtquelle dient zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung. Die Ausgangsstrahlung kann eine Lichtstrahlung, vorzugsweise sichtbare Lichtstrahlung, sein. Diese kann mehrere, vorzugsweise wenigstens drei, spektrale Anteile umfassen. Die spektralen Anteile können jeweils verschiedene Zentralwellenlängen und/oder Schwerpunktwellenlängen aufweisen. Die einzelnen spektralen Anteile können mittels Farbkanälen erzeugt werden. Als ein Farbkanal kann man den Teil der Vorrichtung bezeichnen, mit dem jeweils ein spektraler Anteil der Ausgangsstrahlung erzeugt wird. Die multispektrale Lichtquelle umfasst wenigstens einen ersten Farbkanal mit einem ersten Strahlengang zum Bereitstellen eines ersten Sekundärlichts. Das erste Sekundärlicht kann ein erster spektraler Anteil mit einer ersten Zentralwellenlänge λ₁ sein. Die multispektrale Lichtquelle umfasst außerdem einen zweiten Farbkanal mit einem wenigstens abschnittsweise vom ersten Strahlengang verschiedenen zweiten Strahlengang zum Bereitstellen eines zweiten Sekundärlichts. Unter einem wenigstens abschnittsweise verschiedenen Strahlengang kann man verstehen, dass der zweite Strahlengang örtlich wenigstens abschnittsweise verschieden vom ersten Strahlengang verläuft, wobei die Strahlengänge in einem anderen Abschnitt durchaus örtlich überlagert, d.h. am gleichen Ort verlaufen können. Das zweite Sekundärlicht kann ein erster spektraler Anteil mit einer zweiten Zentralwellenlänge λ₂ sein. Die multispektrale Lichtquelle umfasst außerdem einen dritten Farbkanal mit einem wenigstens abschnittsweise vom ersten und zweiten Strahlengang verschiedenen dritten Strahlengang zum Bereitstellen eines dritten Lichts. Das dritte Licht kann eine Zentralwellenlänge λ₃ aufweisen.
Erfindungsgemäß umfasst der erste Farbkanal folgendes:

• eine erste Festkörperlichtquelle, aus der ein erstes Primärlicht emittierbar ist,
• einen ersten photolumineszenzfähigen Körper wobei aus dem ersten photolumineszenzfähigen Körper durch Bestrahlung mit dem ersten Primärlicht das erste Sekundärlicht emittierbar ist,
• einen für das erste Primärlicht und das zweite Sekundärlicht transmittierend und für das erste Sekundärlicht reflektierend ausgebildeten ersten dichroitischen Spiegel, der im ersten Strahlengang zwischen der ersten Festkörperlichtquelle und dem ersten photolumineszenzfähigen Körper angeordnet ist, wobei der erste Strahlengang derart ausgebildet ist, dass das erste Sekundärlicht vom ersten dichroitischen Spiegel reflektierbar ist,

Erfindungsgemäß umfasst der zweite Farbkanal folgendes:

• eine zweite Festkörperlichtquelle aus der ein zweites Primärlicht emittierbar ist,
• einen zweiten photolumineszenzfähigen Körper, wobei aus dem zweiten photolumineszenzfähigen Körper durch Bestrahlung mit dem zweiten Primärlicht das zweite Sekundärlicht emittierbar ist,
• einen für das zweite Primärlicht transmittierend und für das zweite Sekundärlicht reflektierend ausgebildeten zweiten dichroitischen Spiegel der im zweiten Strahlengang zwischen der zweiten Festkörperlichtquelle und dem zweiten photolumineszenzfähigen Körper angeordnet und ist, wobei der zweite Strahlengang derart ausgebildet ist, dass das zweite Sekundärlicht vom zweiten dichroitischen Spiegel reflektierbar ist.

Unter emittierbar kann man verstehen, dass das jeweilige Licht im Betriebsfall der Lichtquelle tatsächlich emittiert wird, wenn der entsprechende Farbkanal eingeschaltet ist. Analog kann man unter reflektierbar / transmittierbar verstehen, dass das jeweilige Licht im Betriebsfall tatsächlich reflektiert / transmittiert wird. Die erste sowie die zweite Festkörperlichtquelle kann beispielsweise als eine Festkörperlasersichtquelle, beispielsweise als Diodenlaser oder Scheibenlaser oder Laserkristall oder Faserlaser, oder eine Lichtemitterdiode (LED) oder Superlumineszenzdiode ausgeführt sein. Die erste Festkörperlichtquelle kann ein erstes Primärlicht mit einer Zentralwellenlänge λ₄ emittieren, die zweite Festkörperlichtquelle ein zweites Primärlicht mit einer Zentralwellenlänge λ₅.
Erfindungsgemäß umfasst der dritte Farbkanal eine dritte Festkörperlichtquelle, deren Funktion weiter unten erklärt ist.
Erfindungsgemäß sind in der Ausgangsstrahlung das erste Sekundärlicht, das zweite Sekundärlicht und das dritte Licht überlagerbar. Das kann bedeuten, dass der erste, zweite und dritte Strahlengang einen gemeinsamen Abschnitt des Strahlengangs haben, in welchem das erste und zweite Sekundärlicht und das dritte Licht im Betriebsfall überlagert sind.
Erfindungsgemäß ist das zweite Sekundärlicht durch den ersten dichroitischen Spiegel transmittierbar. Das kann bedeuten, dass der zweite Strahlengang durch den ersten dichroitischen Spiegel verläuft. Das zweite Sekundärlicht kann den ersten Spiegel durchlaufen, nachdem es am zweiten Spiegel reflektiert wurde.
Vorteilhaft kann die dritte Festkörperlichtquelle zum Emittieren des dritten Lichts ausgebildet sein. Die dritte Festkörperlichtquelle kann beispielsweise eine Lichtemitterdiode (LED) oder Superlumineszenzdiode sein. Diese kann ein beispielsweise blaues oder ein violettes Licht emittieren. In einer vorteilhaften Kombination kann die dritte Festkörperlichtquelle eine blaues Licht emittierende LED sein, die erste und zweite Festkörperlichtquelle jeweils eine Laserlichtquelle, besonders vorteilhaft eine Diodenlaserlichtquelle.
Alternativ kann, ebenfalls vorteilhaft, die dritte Festkörperlichtquelle zum Emittieren eines dritten Primärlichts mit einer Zentralwellenlänge λ₆ ausgebildet sein und der dritte Farbkanal einen dritten photolumineszenzfähigen Körper umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, aus dem dritten photolumineszenzfähigen Körper durch Bestrahlung mit dem dritten Primärlicht das dritte Licht zu emittieren. In diesem Fall kann die dritte Festkörperlichtquelle beispielsweise als eine Festkörperlasersichtquelle, beispielsweise als Diodenlaser oder Scheibenlaser oder Laserkristall oder Faserlaser, oder eine Lichtemitterdiode (LED) oder Superlumineszenzdiode ausgeführt sein.
Vorteilhaft kann das dritte Licht durch den ersten und/oder den zweiten dichroitischen Spiegel transmittierbar sein. Dazu kann der dritte Strahlengang so ausgeführt sein, dass das dritte Licht durch den ersten und/oder den zweiten dichroitischen Spiegel transmittiert wird. Der erste und zweite Spiegel können dazu für den jeweiligen Einfallswinkel der Strahlung als Kurzpass ausgebildet sein. Die relevante Kante des Kurzpasses kann vorteilhaft zwischen λ₃ und λ₁ für den ersten Spiegel bzw. zwischen λ₃ und λ₂ für den zweiten Spiegel liegen. Vorteilhaft kann der erste und/oder der zweite dichroitische Spiegel unter 45° zur Ausbreitungsrichtung des ersten und/oder zweiten Primärlichts angeordnet sein. Vorteilhaft kann der erste und/oder zweite Strahlengang so ausgebildet sein, dass das erste und/oder das zweite Sekundärlicht den jeweiligen dichroitischen Spiegel senkrecht zum entsprechenden Primärlicht verlässt. Der Einfallswinkel kann dann beispielsweise 45° betragen.
Vorteilhaft kann der dritte Farbkanal einen dritten Spiegel umfassen. Vorteilhaft kann das dritte Licht an dem dritten Spiegel reflektierbar und durch den ersten und/oder zweiten dichroitischen Spiegel transmittierbar sein. In diesem Fall kann der dritte Spiegel als gewöhnlicher Spiegel (d.h. ohne Benutzung dichroitischer Eigenschaften) ausgeführt sein. Alternativ kann das dritte Licht an dem dritten Spiegel reflektierbar und das erste und zweite Sekundärlicht durch den dritten, in diesem Fall dichroitisch ausgebildeten, Spiegel transmittierbar sein. Dann kann der dritte Spiegel als Langpass oder als Bandpass ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann der erste und/oder der zweite und/oder der dritte photolumineszenzfähige Körper ortsfest angeordnet und/oder frei von beweglichen Teilen sein. Ganz besonders vorteilhaft kann es sein, alle vorgesehenen photolumineszenzfähigen Körper ortsfest anzuordnen und frei von beweglichen Teilen auszuführen.
Vorteilhaft kann die multispektrale Lichtquelle als eine Weißlichtquelle ausgebildet sein. Vorteilhaft kann die multispektrale Lichtquelle einen Farbsensor und wenigstens einen Regler mit wenigstens drei Stellgliedern zum Regeln der spektralen Zusammensetzung der Ausgangsstrahlung umfassen. Aus diese Weise kann für die Ausgangsstrahlung eine Farbkoordinate in einem Gamut eingestellt oder ein Weißabgleich vorgenommen werden. Durch eine farbkanalabhängige Leistungsregelung kann das aus dem Modul emittierende Licht derart spektral modifiziert werden, dass eine individuelle Farbmischung im aufgespannten Farbraum ermöglicht wird. Hierbei kann ein separates Detektionselement (z.B. Farbsensor) zur ständigen Überwachung des emittierenden Lichtes dienen. Dabei kann ein teilreflektierender Auskoppelspiegel verwendet werden, mit welchem aus der Ausgangsstrahlung ein Anteil derselben auf das Detektionselement geleitet werden kann.
Außerdem kann eine weitere Optik zur Strahlformung der Ausgangsstrahlung, d.h. der überlagerten Farbkanäle vorhanden sein.
Vorteilhaft kann das zweite Sekundärlicht eine kleinere Wellenlänge als das erste Sekundärlicht und/oder das dritte Licht eine kleinere Wellenlänge als das zweite Sekundärlicht aufweisen. Vorteilhaft können der erste bis dritte Farbkanal als ein Rotkanal, ein Grünkanal und ein Blaukanal ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die multispektrale Lichtquelle als eine RGB-Quelle ausgebildet sein. Außerdem können weitere Farbkanäle, beispielsweise gelb, magenta, cyan und/oder violett, vorhanden sein. Dadurch kann der Gamut erweitert werden.
Vorteilhaft kann der erste Strahlengang außerdem eine erste Abbildungsoptik umfassen, mit welcher das erste Primärlicht auf den ersten photolumineszenzfähigen Körper abbildbar ist. Vorteilhaft kann der zweite Strahlengang außerdem eine zweite Abbildungsoptik umfassen, mit welcher das zweite Primärlicht auf den zweiten photolumineszenzfähigen Körper abbildbar ist. Durch den Einsatz von Festkörperquellen und der Fokussierung dieser auf einen kleinen Spot auf dem photolumineszenzfähigen Körper kann eine hohe Strahlqualität der Ausgangsstrahlung gewährleistet werden.
Vorteilhaft kann die erste Abbildungsoptik eine erste Linsengruppe und eine zweite Linsengruppe umfassen. Die erste Festkörperlichtquelle kann in der Brennebene der ersten Linsengruppe angeordnet sein. Das erste Primärlicht kann mittels der zweiten Linsengruppe auf den ersten photolumineszenzfähigen Körper fokussierbar sein. Der erste dichroitische Spiegel kann zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe angeordnet sein. Unter einer Linsengruppe kann man eine optische Baugruppe mit einer oder mehreren Linsen verstehen. Eine Linsengruppe im Sinne dieser Erfindung kann also auch als eine Einzellinse ausgeführt sein.
Vorteilhaft kann die zweite Abbildungsoptik eine dritte Linsengruppe und eine vierte Linsengruppe umfassen. Die zweite Festkörperlichtquelle kann in der Brennebene der dritten Linsengruppe angeordnet sein. Das zweite Primärlicht kann mittels der vierten Linsengruppe auf den zweiten photolumineszenzfähigen Körper fokussierbar sein. Der zweite dichroitische Spiegel kann zwischen der dritten Linsengruppe und der vierten Linsengruppe angeordnet sein.
Vorteilhaft kann der erste und/oder der zweite und/oder der dritte photolumineszenzfähige Körper fluoreszenzfähig und/oder phosphoreszenzfähig sein. Bei den photolumineszenzfähigen Körpern kann es sich um Wellenlängenkonverter, welche auch als Phosphore bezeichnet werden können, handeln. Zumeist sind Phosphore derart ausgebildet, dass die Primärwellenlänge kleiner ist als die jeweilige Sekundärwellenlänge. Es kann sich aber auch um up-conversion Elemente handeln, welche beispielsweise durch Mehrphotonenprozesse eine Konversion einer größeren Primärwellenlänge zu kleineren Wellenlängen bewirken können. Das von den photolumineszenzfähigen Körpern jeweils emittierte Sekundärlicht kann eine kurze Kohärenzlänge von weniger als 1 mm und eine spektrale Bandbreite (FWHM) von mehr als 30nm haben.
Vorteilhaft kann die erste, zweite und/oder dritte Festkörperlichtquelle jeweils als eine LED, als eine Laserdiode oder als ein Lichtaustrittsende einer Lichtleitfaser, beispielsweise der eines Faserlasers oder einer an eine Festkörperlichtquelle angeschlossenen Lichtleitfaser, ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann die erste, zweite und/oder dritte Festkörperlichtquelle im Dauerstrichbetrieb betrieben werden. Ebenfalls vorteilhaft können eine, mehrere oder alle der Festkörperlichtquellen gepulst betrieben werden. Die Pulslänge kann beispielsweise zwischen 1ns und 1000ms betragen. Die Festkörperlichtquellen können im Gleichtakt oder sequentiell gepulst betrieben werden.
Ein Verfahren zum Bereitstellen einer multispektralen Ausgangsstrahlung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst folgende Schritte:

• Emittieren eines ersten Primärlichts aus einer ersten Festkörperlichtquelle
• Transmittieren des ersten Primärlichts durch einen ersten dichroitischen Spiegel,
• Bestrahlen eines ersten photolumineszierenden Körpers mit dem ersten Primärlicht
• Emittieren eines ersten Sekundärlicht aus dem ersten photolumineszierenden Körper
• Reflektieren des ersten Sekundärlichts an dem ersten dichroitischen Spiegel,
• Emittieren eines zweiten Primärlichts aus einer zweiten Festkörperlichtquelle,
• Transmittieren des zweiten Primärlichts durch einen zweiten dichroitischen Spiegel,
• Bestrahlen eines zweiten photolumineszierenden Körpers mit dem zweiten Primärlicht
• Emittieren eines zweiten Sekundärlicht aus dem zweiten photolumineszierenden Körper
• Reflektieren des zweiten Sekundärlichts an dem zweiten dichroitischen Spiegel,
• Transmittieren des zweiten Sekundärlichts durch den ersten dichroitischen Spiegel,
• Bereitstellen eines dritten Lichts
• Überlagern des ersten Sekundärlichts, des zweiten Sekundärlichts und des dritten Lichts in der multispektralen Ausgangsstrahlung.

Die Ausgangsstrahlung kann beispielsweise auf eine Endfläche einer Lichtleitfaser fokussiert und somit zum Transport durch die Lichtleitfaser vorbereitet werden.
Vorteilhaft kann das Bereitstellen des dritten Lichts durch Emittieren des dritten Lichts aus der dritten Festkörperlichtquelle erfolgen.
Alternativ kann das Bereitstellen des dritten Lichts durch folgende Schritte erfolgen:

• Emittieren eines dritten Primärlichts aus einer dritten Festkörperlichtquelle,
• Transmittieren des dritten Primärlichts durch einen dritten dichroitischen Spiegel,
• Bestrahlen eines dritten photolumineszierenden Körpers mit dem dritten Primärlicht
• Emittieren eines dritten Sekundärlicht aus dem dritten photolumineszierenden Körper
• Reflektieren des dritten Sekundärlicht an dem dritten dichroitischen Spiegel.

Vorteilhaft kann eine Verwendung der erfindungsgemäßen multispektralen Lichtquelle und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beleuchten von Mineralien in einer Mineralienausstellung, zum Beleuchten von Terrarien oder Aquarien, zum Beleuchten eines Stadions oder einer Bühne, zum Beleuchten mikroskopischer Objekte für ein Lichtmikroskop, als Lichtquelle für analoge fotografische oder digitalfotografische Bild- oder Videoaufnahmen, zur Farbtherapie oder als Lichtshow für Veranstaltungen sein.
Die Figuren zeigen Folgendes:

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.
2 zeigt den ersten Farbkanal 3 des ersten Ausführungsbeispiels.
3 zeigt den ersten Strahlengang 11 des ersten Farbkanals 3.
4 zeigt den zweiten Strahlengang 12 des zweiten Farbkanals 4.
5 zeigt den dritten Strahlengang 13 des dritten Farbkanals 5.
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.
8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel.

Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine multispektrale Lichtquelle 1 zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung 2. Die Ausgangsstrahlung ist eine sichtbare Lichtstrahlung. Diese umfasst drei spektrale Anteile. Die einzelnen spektralen Anteile werden mittels Farbkanälen erzeugt. Die multispektrale Lichtquelle umfasst einen ersten Farbkanal 3 mit einem ersten Strahlengang 11 zum Bereitstellen eines ersten Sekundärlichts 21. Das erste Sekundärlicht ist ein erster spektraler Anteil mit einer ersten Zentralwellenlänge λ₁. Die multispektrale Lichtquelle umfasst außerdem einen zweiten Farbkanal 4 mit einem abschnittsweise vom ersten Strahlengang 11 verschiedenen zweiten Strahlengang 12 zum Bereitstellen eines zweiten Sekundärlichts 22 mit der Wellenlänge λ₂. Die Strahlengänge sind hier als Pfeile symbolisiert, um die Richtungen der einzelnen Abschnitte der Strahlengänge anzugeben. Der zweite Strahlengang verläuft örtlich abschnittsweise verschieden vom ersten Strahlengang. Die multispektrale Lichtquelle umfasst außerdem einen dritten Farbkanal 5 mit einem abschnittsweise vom ersten 11 und zweiten Strahlengang 12 verschiedenen dritten Strahlengang 13. Er dient zum Bereitstellen eines dritten Lichts 23. Das dritte Licht 23 weist eine Zentralwellenlänge λ₃ auf.
Der erste Farbkanal 3 umfasst eine erste Festkörperlichtquelle 41, aus der ein erstes Primärlicht 31 der Wellenlänge λ₄ im Betriebsfall in eine Hauptrichtung z emittiert wird. Weiterhin umfasst der erste Farbkanal 3 einen ersten photolumineszenzfähigen Körper 51. Aus dem ersten photolumineszenzfähigen Körper wird 51 durch Bestrahlung mit dem ersten Primärlicht 31 das erste Sekundärlicht 21 der Wellenlänge λ₁ emittiert. Das Nutzlicht wird dabei in eine Richtung -z emittiert. Weiterhin umfasst der erste Farbkanal einen für das erste Primärlicht 31 und das zweite Sekundärlicht 22 transmittierend und für das erste Sekundärlicht 21 reflektierend ausgebildeten ersten dichroitischen Spiegel 61. Dieser Spiegel ist im ersten Strahlengang 11 zwischen der ersten Festkörperlichtquelle 41 und dem ersten photolumineszenzfähigen Körper 51 angeordnet. Der der erste Strahlengang 11 ist derart ausgebildet ist, dass das erste Sekundärlicht 21 vom ersten dichroitischen Spiegel 61 in eine Richtung x reflektiert wird. Die Koordinaten x, y und z spannen ein rechtwinkliges Koordinatensystem auf.
Der zweite Farbkanal 4 umfasst eine zweite Festkörperlichtquelle 42 aus der ein zweites Primärlicht der Wellenlänge λ₅ in z Richtung emittiert wird. Außerdem umfasst der zweite Farbkanal 4 einen zweiten photolumineszenzfähigen Körper 52. Aus dem zweiten photolumineszenzfähigen Körper 52 wird durch Bestrahlung mit dem zweiten Primärlicht 32 das zweite Sekundärlicht 22 der Wellenlänge λ₂ in Richtung -z emittiert. Außerdem umfasst der zweite Farbkanal 4 einen für das zweite Primärlicht 32 transmittierend und für das zweite Sekundärlicht 22 reflektierend ausgebildeten zweiten dichroitischen Spiegel 62. Dieser zweite Spiegel 62 ist der im zweiten Strahlengang 12 zwischen der zweiten Festkörperlichtquelle 42 und dem zweiten photolumineszenzfähigen Körper 52 angeordnet. Der zweite Strahlengang 12 ist derart ausgebildet, dass das zweite Sekundärlicht 22 vom zweiten dichroitischen Spiegel 62 in Richtung x reflektiert wird.
Der erste und der zweite photolumineszenzfähige Körper 51, 52 sind ortsfest angeordnet und frei von beweglichen Teilen.
Der dritte Farbkanal 5 umfasst eine dritte Festkörperlichtquelle 43 welche ein drittes Licht 31 der Wellenlänge λ₃ emittiert. Erfindungsgemäß sind in der Ausgangsstrahlung 2 das erste Sekundärlicht 21, das zweite Sekundärlicht 22 und das dritte Licht 23 überlagert. Der erste, zweite und dritte Strahlengang haben einen gemeinsamen Abschnitt haben, in welchem das erste und zweite Sekundärlicht und das dritte Licht 23 im Betriebsfall überlagert sind. Das ist der in der Darstellung in x Richtung vom ersten Spiegel 61 liegende Strahlabschnitt, in der Darstellung links vom ersten Spiegel.
Das zweite Sekundärlicht 22 wird durch den ersten dichroitischen Spiegel 61 transmittiert. Der zweite Strahlengang verläuft durch den ersten dichroitischen Spiegel. Das zweite Sekundärlicht 22 durchläuft den ersten Spiegel 61, nachdem es am zweiten Spiegel 62 reflektiert wurde.
Die dritte Festkörperlichtquelle kann beispielsweise eine Lichtemitterdiode (LED) oder Superlumineszenzdiode sein. Diese kann ein beispielsweise blaues oder ein violettes Licht emittieren.
Das dritte Licht 23 wird durch den ersten und den zweiten dichroitischen Spiegel 61, 62 transmittiert.
Der dritte Farbkanal 5 umfasst einen dritten Spiegel 63 zum Umlenken des dritten Lichts 23. In einer nicht figürlich dargestellten Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist der dritte Strahlengang ohne den dritten Spiegel ausgeführt. Eine weitere Ausführung ohne Umlenken des dritten Lichts ist auch im vierten Ausführungsbeispiel nach 8 dargestellt.
2 zeigt den ersten Farbkanal 3 des ersten Ausführungsbeispiels. 3 zeigt den ersten Strahlengang 11 des ersten Farbkanals 3. Der Strahlengang ist hier in Form von Randstrahlen dargestellt, um die Wirkung der Abbildungsoptiken darstellen zu können. Der erste Strahlengang 11 umfasst eine erste Abbildungsoptik 71, 72, mit welcher das erste Primärlicht 31 auf den ersten photolumineszenzfähigen Körper 51 abgebildet wird. Die erste Abbildungsoptik umfasst eine erste Linsengruppe 71 und eine zweite Linsengruppe 72. Diese können jeweils als Einzellinse, wie figürlich dargestellt, oder als Kombination mehrerer Linsen (nicht dargestellt) ausgeführt sein. Die erste Festkörperlichtquelle 41 ist in der Brennebene der ersten Linsengruppe 71 angeordnet. Das erste Primärlicht 31 wird mittels der zweiten Linsengruppe 72 auf den ersten photolumineszenzfähigen Körper 51 fokussiert. Der erste dichroitische Spiegel 61 ist zwischen der ersten Linsengruppe 71 und der zweiten Linsengruppe 72 angeordnet
4 zeigt den zweiten Strahlengang 12 des zweiten Farbkanals 4. Der zweite Strahlengang verläuft durch den ersten dichroitischen Spiegel 61. Das zweite Sekundärlicht 22 durchläuft den ersten Spiegel 61, nachdem es am zweiten Spiegel 62 reflektiert wurde. Der zweite Strahlengang 11 umfasst außerdem eine zweite Abbildungsoptik 73, 74, mit welcher das zweite Primärlicht 31 auf den zweiten photolumineszenzfähigen Körper 52 abbildbar ist. Die zweite Abbildungsoptik ist hier analog zur o.g. ersten Abbildungsoptik ausgeführt.
Die zweite Abbildungsoptik umfasst eine dritte Linsengruppe 73 und eine vierte Linsengruppe 74, beide ebenfalls jeweils als Einzellinsen dargestellt. Die zweite Festkörperlichtquelle 42 ist in der Brennebene der dritten Linsengruppe 73 angeordnet. Das zweite Primärlicht 32 wird mittels der vierten Linsengruppe 74 auf den zweiten photolumineszenzfähigen Körper 52 fokussiert.
Der zweite dichroitische Spiegel 62 ist zwischen der dritten Linsengruppe 73 und der vierten Linsengruppe 74 angeordnet.
5 zeigt den dritten Strahlengang 13 des dritten Farbkanals 5. Der dritte Strahlengang ist so ausgeführt, dass das dritte Licht 23 durch den ersten und den zweiten dichroitischen Spiegel 61, 62 transmittiert wird. Der erste und zweite Spiegel 61, 62 sind dazu für den jeweiligen Einfallswinkel der Strahlung, hier 45°, als Kurzpass ausgebildet. Die relevante Kante des Kurzpasses liegt zwischen λ₃ und λ₁ für den ersten Spiegel bzw. zwischen λ₃ und λ₂ für den zweiten Spiegel. Gegebenenfalls können der erste und zweite Spiegel zwei gleiche Bauteile sein. Hier sind der erste 61 und der zweite dichroitische Spiegel 62 unter 45° zur Ausbreitungsrichtung des ersten und zweiten Primärlichts 31, 32 angeordnet. Der erste und der zweite Strahlengang sind so ausgebildet, dass das erste 21 und das zweite Sekundärlicht 22 den jeweiligen dichroitischen Spiegel senkrecht zum entsprechenden Primärlicht verlassen.
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hier wird das dritte Licht 23 an dem dritten Spiegel 63 reflektiert und das erste 21 und zweite Sekundärlicht 22 durch den dritten in diesem Fall dichroitisch ausgebildeten Spiegel 63 transmittiert. Der dritte Spiegel 63 ist als Langpass oder als Bandpass ausgebildet.
7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. In diesem Beispiel ist die dritte Festkörperlichtquelle 43 zum Emittieren eines dritten Primärlichts mit einer Zentralwellenlänge λ₆ ausgebildet. Der dritte Farbkanal 5 umfasst einen dritten photolumineszenzfähigen Körper 53, welcher dazu ausgebildet ist, durch Bestrahlung mit dem dritten Primärlicht 33 das dritte Licht 23, hier als drittes Sekundärlicht der Wellenlänge λ₃, zu emittieren. In diesem Fall kann die dritte Festkörperlichtquelle als eine Festkörperlasersichtquelle, beispielsweise als Diodenlaser oder Scheibenlaser oder Laserkristall oder Faserlaser, oder eine Lichtemitterdiode (LED) oder Superlumineszenzdiode ausgeführt sein.
8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Die multispektrale Lichtquelle 1 umfasst einen Farbsensor 6, dessen Meßgröße 10 an einen Regler 7 mit drei Stellgliedern übertragen wird. Die Stellglieder geben jeweils eine Stellgröße 9 aus zum Regeln eines jeden Farbkanals. Somit kann die spektrale Zusammensetzung der Ausgangsstrahlung 2 geregelt werden. Mittels eines Auskoppelspiegels 8 wird ein geringer Teil der Ausgangsstrahlung 2 zum Detektieren auf den Farbsensor gelenkt. Es kann eine Führungsgröße (nicht dargestellt) an den Regler übergeben werden.
Die in allen Figuren einheitlich verwendeten Bezugszeichen sind Folgende:

1: Lichtquelle
2: Ausgangsstrahlung
3: Erster Farbkanal
4: Zweiter Farbkanal
5: Dritter Farbkanal
6: Farbsensor
7: Regler und Stellglied
8: Auskoppelspiegel
9: Stellgrößen
10: Messgröße
11: Erster Strahlengang
12: Zweiter Strahlengang
13: Dritter Strahlengang
14: Ausgangsstrahlengang
21: Erstes Sekundärlicht
22: Zweites Sekundärlicht
23: Drittes Licht
31: Erstes Primärlicht
32: Zweites Primärlicht
33: Drittes Primärlicht
41: Erste Festkörperlichtquelle
42: Zweite Festkörperlichtquelle
43: Dritte Festkörperlichtquelle
51: Erster photolumineszenzfähiger Körper
52: Zweiter photolumineszenzfähiger Körper
53: Dritter photolumineszenzfähiger Körper
61: Erster dichroitischer Spiegel
62: Zweiter dichroitischer Spiegel
63: Dritter Spiegel
71: Erste Linsengruppe, erste Einzellinse
72: Zweite Linsengruppe, zweite Einzellinse
73: Dritte Linsengruppe, dritte Einzellinse
74: Vierte Linsengruppe, vierte Einzellinse
75: Fünfte Linsengruppe, fünfte Einzellinse
76: Sechste Linsengruppe, sechste Einzellinse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3193503 A1 [0002]
EP 3409011 A1 [0003]
US 8608329 A1 [0004]
EP 2530520 A1 [0005]
EP 1024539 A2 [0006]

Claims

Multispektrale Lichtquelle (1) zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung (2), umfassend • wenigstens einen ersten Farbkanal (3) mit einem ersten Strahlengang (11) zum Bereitstellen eines ersten Sekundärlichts (21), • einen zweiten Farbkanal (4) mit einem wenigstens abschnittsweise vom ersten Strahlengang (11) verschiedenen zweiten Strahlengang (12) zum Bereitstellen eines zweiten Sekundärlichts (22) und • einen dritten Farbkanal (5) mit einem wenigstens abschnittsweise vom ersten (11) und zweiten Strahlengang (12) verschiedenen dritten Strahlengang (13) zum Bereitstellen eines dritten Lichts (23), wobei der erste Farbkanal (3) Folgendes umfasst: • eine erste Festkörperlichtquelle (41), aus der ein erstes Primärlicht (31) emittierbar ist, • einen ersten photolumineszenzfähigen Körper (51) wobei aus dem ersten photolumineszenzfähigen Körper (51) durch Bestrahlung mit dem ersten Primärlicht (31) das erste Sekundärlicht (21) emittierbar ist, • einen für das erste Primärlicht (31) und das zweite Sekundärlicht (22) transmittierend und für das erste Sekundärlicht (21) reflektierend ausgebildeten ersten dichroitischen Spiegel (61), der im ersten Strahlengang (11) zwischen der ersten Festkörperlichtquelle (41) und dem ersten photolumineszenzfähigen Körper (51) angeordnet ist, wobei der erste Strahlengang (11) derart ausgebildet ist, dass das erste Sekundärlicht (21) vom ersten dichroitischen Spiegel (61) reflektierbar ist, und der zweite Farbkanal (4) folgendes umfasst: • eine zweite Festkörperlichtquelle (42) aus der ein zweites Primärlicht emittierbar ist, • einen zweiten photolumineszenzfähigen Körper (52), wobei aus dem zweiten photolumineszenzfähigen Körper (52) durch Bestrahlung mit dem zweiten Primärlicht (32) das zweite Sekundärlicht (22) emittierbar ist, • einen für das zweite Primärlicht (32) transmittierend und für das zweite Sekundärlicht (22) reflektierend ausgebildeten zweiten dichroitischen Spiegel (62) der im zweiten Strahlengang (12) zwischen der zweiten Festkörperlichtquelle (42) und dem zweiten photolumineszenzfähigen Körper (52) angeordnet und ist, wobei der zweite Strahlengang (12) derart ausgebildet ist, dass das zweite Sekundärlicht (22) vom zweiten dichroitischen Spiegel (62) reflektierbar ist, und der dritte Farbkanal (5) folgendes umfasst: • eine dritte Festkörperlichtquelle (43), wobei in der Ausgangsstrahlung (2) das erste Sekundärlicht (21), das zweite Sekundärlicht (22) und das dritte Licht (23) überlagerbar sind, wobei das zweite Sekundärlicht (22) durch den ersten dichroitischen Spiegel (61) transmittierbar ist.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, • dass das dritte Licht (23) aus der dritten Festkörperlichtquelle (43) emittierbar ist oder • dass ein drittes Primärlicht aus der dritten Festkörperlichtquelle (43) emittierbar ist und der dritte Farbkanal (5) einen dritten photolumineszenzfähigen Körper (53) umfasst, wobei aus dem dritten photolumineszenzfähigen Körper (53) durch Bestrahlung mit dem dritten Primärlicht (33) das dritte Licht (23) emittierbar ist.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Licht (23) durch den ersten und/oder den zweiten dichroitischen Spiegel (61, 62), transmittierbar ist.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Farbkanal (5) einen dritten Spiegel (63) umfasst, an welchem das dritte Licht (23) reflektierbar ist und dass entweder das erste (21) und zweite Sekundärlicht (22) durch den dritten dichroitischen Spiegel (63) transmittierbar sind, oder dass das dritte Licht (23) durch den zweiten (62) und ersten dichroitischen Spiegel (61) transmittierbar ist.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite dichroitische Spiegel (61, 62) unter 45° zur Ausbreitungsrichtung des ersten und/oder zweiten Primärlichts (31, 32) angeordnet ist und/oder, dass das erste und/oder das zweite Sekundärlicht (21, 22) den jeweiligen dichroitischen Spiegel senkrecht zum entsprechenden Primärlicht verlässt.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite und/oder der dritte photolumineszenzfähige Körper (51, 52, 53) ortsfest angeordnet und/oder frei von beweglichen Teilen ist.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die multispektrale Lichtquelle als eine Weißlichtquelle ausgebildet ist und/oder dass sie einen Farbsensor (6) und wenigstens einen Regler mit wenigstens drei Stellgliedern (7) zum Regeln der spektralen Zusammensetzung der Ausgangsstrahlung (2) umfasst.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sekundärlicht (22) eine kleinere Wellenlänge als das erste Sekundärlicht (21) und/oder das dritte Licht (23) eine kleinere Wellenlänge als das zweite Sekundärlicht (22) aufweist und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der erste bis dritte Farbkanal (3, 4, 5) als ein Rotkanal, ein Grünkanal und ein Blaukanal ausgebildet sind.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlengang (11) außerdem eine Abbildungsoptik (71, 72) umfasst, mit welcher das erste Primärlicht (31) auf den ersten photolumineszenzfähigen Körper (51) abbildbar ist.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik eine erste Linsengruppe (71) und eine zweite Linsengruppe (72) umfasst und die erste Festkörperlichtquelle (41) in der Brennebene der ersten Linsengruppe (71) angeordnet ist und das erste Primärlicht (31) mittels der zweiten Linsengruppe (72) auf den ersten photolumineszenzfähigen Körper (51) fokussierbar ist und der erste dichroitische Spiegel (61) zwischen der ersten Linsengruppe (71) und der zweiten Linsengruppe (72) angeordnet ist.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite und/oder der dritte photolumineszenzfähige Körper (51, 52, 53) fluoreszenzfähig und/oder phosphoreszenzfähig ist.
Multispektrale Lichtquelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Festkörperlichtquelle (41, 42, 43) jeweils als eine LED, als eine Laserdiode oder als ein Lichtaustrittsende einer Lichtleitfaser ausgebildet sind.