WO2014009289A1 - Lighting device - Google Patents

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WO2014009289A1
WO2014009289A1 PCT/EP2013/064307 EP2013064307W WO2014009289A1 WO 2014009289 A1 WO2014009289 A1 WO 2014009289A1 EP 2013064307 W EP2013064307 W EP 2013064307W WO 2014009289 A1 WO2014009289 A1 WO 2014009289A1
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light
tir
lighting device
laser
phosphor
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PCT/EP2013/064307
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Inventor
Sergey Khrushchev
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Osram Gmbh
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    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/12—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of emitted light
    • F21S41/125—Coloured light
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/32—Optical layout thereof
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    • F21S41/365—Combinations of two or more separate reflectors successively reflecting the light
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/70—Prevention of harmful light leakage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2101/00—Point-like light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the invention relates to a lighting device according to the preamble of claim 1.
  • Such a lighting device is disclosed for example in US 2011/0084609 AI.
  • This document describes a lighting device with improved safety for the user.
  • a light sensor is provided in the lighting device that detects reflected at the light wavelength conversion element light and detects in this manner, the presence or absence of the light wavelength conversion element and a shutdown of the laser light source in the case of the absence of the light wavelength conversion member veran ⁇ initiated.
  • the illumination device has at least one laser light source and at least one optical system in which light from the at least one laser light source and at least one light wavelength conversion element.
  • the at least one optic is designed as a TIR optic.
  • TIR optics the abbreviation "TIR” stands for “total internal reflection”
  • TIR optics therefore refers to an optic in which light rays strike the interface from the optically denser medium to the optically thinner medium at an angle of incidence greater than the critical angle of total reflection and thus totally reflected at this interface, so that no transition takes place in the optical thinner medium.
  • the op ⁇ table denser medium is, for example, sapphire, glass or transparent plastic material of the optics and the optically thinner material to air or vacuum.
  • the at least one optical wavelength conversion element according to the invention arranged on a surface of the TIR optics so on occurs that light emitted from the at least ei ⁇ NEN laser light source and coupled into the at least one TIR optic light at this surface in the light wavelength conversion member.
  • the at least one laser ⁇ light source and so on ⁇ aligned with each other at least one TIR optics that occurs on the aforementioned surface in the at least one Lichtwellendorfnkonversi- onselement overflowed light having angles of incidence on this surface, which is equal to or greater than a critical angle ⁇ , which is defined as follows:
  • nl is the refractive index of air and n2 is the index Bre ⁇ monitoring the at least one TIR optics at the pre ⁇ called surface.
  • the illumination device according to the invention thus does not require additional sensors or control mechanisms, to prevent the release of the human eye Surgicaldli ⁇ cher laser radiation.
  • the TIR optics of the Invention ⁇ proper illumination device of sapphire, glass or transparent plastic or transparent ceramic or transparent crystal in order to keep losses due Lichtab ⁇ absorption as low as possible.
  • the at least one optical wavelength conversion element of the lighting device according to the invention advantageously comprises phosphor which at least converts the light emitted from the Minim ⁇ least a laser light source electromagnetic radiation proportionally in electromagnetic Strah ⁇ lung with a different wavelength.
  • He phosphor ⁇ enables in a simple manner a conversion of Lichtwel- lenus of light emitted from the at least one laser light source.
  • the chemical composition of the phosphor and the concentration of the phosphor can influence the wavelength of the converted light and the relative proportions of converted and unconverted light.
  • At least one Lichtwel- leninkonversionselement loading ⁇ illumination unit comprising at least one Lichtwel- leninkonversionselement loading ⁇ illumination unit according to the invention additionally adhesive for fixing the phosphor.
  • adhesive of the phosphor can be fixed directly on a surface, for example, egg ⁇ ner surface of the TIR optics.
  • the phosphor of the light wavelength conversion element is arranged as a phosphor coating on egg ⁇ ner surface of the TIR optics.
  • the phosphor is formed for example as a phosphor mixture or as a single phosphor and arranged in one or meh ⁇ eral layers on a surface of the TIR optics.
  • the TIR optic advantageously consists of a transparent material with good heat conduction. Therefore, according to the most preferred embodiments of the invention, the TIR optic is sapphire. The heating of the phosphor caused by the laser light can thereby be dissipated via the sapphire material and the holding device of the TIR optics to the environment.
  • a mirrored metal layer is arranged on the abovementioned phosphor coating. This metal layer serves as a reflector for the light coupled into the light wavelength conversion element and increases the path length of the light in the light wavelength conversion element or in the phosphor coating. This increases the proportion of converted light.
  • the mirrored metal surface can be used as an electrical contact for closing or interrupting a power supply for the at least one laser light source.
  • mirrored metal layer in a power supply for the power supply of the at least one laser light source, so that in the case of lack of Lichtwel- leninkonversionselements the power supply is interrupted and thus no power supply of the at least one laser light source takes place.
  • the at least one laser light source is advantageously designed as a fiber laser or laser diode in order to achieve, with simple means, that the illumination device according to the invention comes as close as possible to the ideal of a point light source.
  • the at least one laser light source of the invention shown SEN illumination device is preferably designed as Laserdi ⁇ ode, the electromagnetic radiation from the wavelength range of 380 nm to 490 nm, that is, light from the spectral region of blue light generated.
  • the at least one Lichtwellenlienkon- version element of the lighting device according to the invention configured such that a part of the generated by the at least one laser diode electromagnetic radiation upon passing the at least one Lichtwel- lennostinkonversionselements in electromagnetic Strah ⁇ lung with a dominant wavelength from the wavelength range of 560 nm to 590 nm is converted.
  • the lighting device according to the invention is characterized as a white light source versatile ⁇ bar.
  • the TIR optics of the illumination device according to the invention is advantageously formed rotationally symmetrical with respect to a rotation axis and rotatably supported about the ⁇ se rotation axis.
  • Characterized ⁇ size the heat distribution and the light distribution of the coupled-in the TIR optics by means of laser light sources of heat and light can be homogenized.
  • the illumination device according to the invention preferably serves as a source of white light in a vehicle headlight or in other projection applications, for example in microscopy or endoscopy.
  • Figure 1 is a schematic representation of the illumination ⁇ device according to the first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of the illustrated in Figure 1 lighting device without Lichtwelleninkonversionselernent
  • Figure 3 is a schematic representation of the illumination ⁇ device according to the second embodiment of the invention
  • FIG. 4 A schematic representation of the illumination device depicted in FIG. 3 without light wavelength conversion element
  • the illumination device comprises a TIR optical system 1, a light wavelength conversion element 2 and four laser diodes 3, of which only one is shown in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • the illumination device comprises an operating device (not shown) for the laser diodes 3 and Garvor ⁇ directions (not shown) for the TIR optics 1 and the laser diodes.
  • the TIR optics 1 is made of sapphire and has a Bre ⁇ chung index n2 of 1.76.
  • the TIR optics 1 is formed in one piece and has a circular disk-shaped base portion 11 and a seamlessly thereto subsequently ⁇ sequent frustoconical portion 12 constituting the base portion 11, on its side facing away from the frustoconical portion 12 side, a first end surface 110 of the TIR lens system 1 of ,
  • the frustoconical portion 12 of the TIR optic 1 forms, on its side remote from the circular disk-shaped base portion 11 side, a second end face 120 of the TIR optics 1.
  • the second Stirnflä ⁇ surface 120 is parallel to the first end face 110 angeord ⁇ net and has a smaller area than the first Helical surface 110.
  • the diameter of the base portion 11 ent ⁇ speaks the largest diameter of the frustoconical portion 12.
  • the second end surface 120 of the TIR lens system 1 corresponds to the top surface of the frustoconical portion 12 and at its base of the truncated cone-like portion 12 leads smoothly into the circular discs ⁇ shaped base portion 11 of the TIR optics 1 on.
  • the lateral surface 121 of the frustoconical portion 12 of the TIR optic 1 forms an angle of 135 ° with the second end face 120 and is arranged at an angle of 45 ° to the first end face 110.
  • the light wavelength conversion element 2 consists of phosphor 21, which is fixed by means of silicone adhesive 20 on the second end face 120 of the TIR optics 1.
  • the phosphor 21, together with the silicone adhesive 20 has a phosphor coating on the TIR optics 1, which is the second end face 120 of the TIR optics 1 completely from ⁇ covers.
  • the refractive index of the silicone adhesive 20 is 1.5.
  • the phosphor layer 21 is covered by a verapt ⁇ te metal layer 22nd That is, the luminous ⁇ material layer 21 is arranged in the manner of a sandwich between the TIR optics 1 and the metal layer 22.
  • the phosphor layer 21 is formed of cerium-doped yttrium-aluminum garnet (YAG: Ce). This phosphor is a so-called yellow fluorescent substance, the light from the violet and blue spectral range, corresponding to the wavelength range from 380 nm to 490 nm, in yellow Light with a dominant wavelength in the range of 560 nm to 590 nm converted.
  • YAG cerium-doped yttrium-aluminum garnet
  • the four laser diodes 3 of the illumination device according to the first embodiment of the invention are each designed to generate light having a wavelength from the spectral range of the violet and blue light, corresponding to the wavelength range from 380 nm to 490 nm.
  • each of the four laser diodes 3 can be followed by a collimator lens (not shown), which parallelises the light emitted by the respective laser diode 3.
  • the four identically formed laser diodes 3 are arranged at the corners of a fictive square and aligned such that the light emitted by the laser diodes 3 light impinges with a incidence angle of zero degrees on the lateral surface 121 of the frustoconical portion 12 of the TIR optics 1.
  • the course of the light beams is schematically illustrated by means of two light beams L 1, L 2 emitted by one of the four laser diodes 3.
  • the light beams LI, L2 emitted by the laser diode 3 run parallel and impinge on the lateral surface 121 of the TIR optical system 1 at an angle of incidence of zero degrees.
  • the light rays LI, L2 are reflected back into the TIR optics by total reflection, because the angle of incidence of the light rays LI, L2 at the first end face 110 is greater than the critical angle ⁇ is the total reflection of the TIR optic 1 for the passage of light into air.
  • the light rays LI, L2 also strike the second face at the same angle of incidence. Area 120 of the TIR optics 1 on. When hitting the second end face 120 of the TIR optic 1, the light rays LI, L2 pass into the light wavelength conversion element 2 with a refraction angle which is greater than their angle of incidence on the second end face 120. Due to the high compared to air refractive index of the Sili ⁇ konklebers 20 no total reflection of the light beams LI, L2 takes place at the second end face 120th Upon penetration into the phosphor layer 21, the light rays LI, L2 are scattered on the phosphor particles, and a part of the light is converted into yellow light. The mirrored metal layer 22 reflects both portions of the light back towards the TIR optics 1.
  • the TIR optics 1 can rely on the ERS th end face 110th Due to the scattering on the phosphor particles of the phosphor layer 21 and the reflection on the metal layer 22, white mixed light impinges on the first end face 110 of the TIR optics 1 which are smaller than the abovementioned critical angle ⁇ which corresponds to the angle of total reflection of the TIR optics. Optics 1 for the passage of light from the material of the TIR optics 1 in air corresponds.
  • the white light-mixing ⁇ therefore exits at the first end face 110 of the TIR optics. 1 This situation is not shown in FIG.
  • the first end face 110 has a size in the range of 0.1 mm 2 to 5 mm 2 and serves as a light source, which is arranged for example in the focus of a reflector, insbesonde ⁇ re a motor vehicle headlight reflector.
  • the light beams LI, L2 strike the first end face 110 and the second end face 120 of the TIR optics 1 at an angle of incidence of 45 ° in each case.
  • the refractive angle of the light beams LI, L2 calculated on the transition from the TIR optic 1 into the silicone adhesive 20 is 56.1 °, calculated according to the snelliuschen law of refraction.
  • FIG. 2 shows the illumination device according to the first exemplary embodiment of the invention without light wavelength conversion element 2.
  • Feh ⁇ lens of the light wavelength conversion element 2 that is in the case of a partially or completely detached phosphor coating
  • the light beams LI, L2 can therefore leave the TIR optics 1 neither at the first end face 110 nor at the second end face 120.
  • the reflective metal layer 22 (Fig. 1) is preferably connected as an electrical contact in a circuit for power ⁇ supply of the laser diodes 3 such that in the case of absence of the light wavelength conversion element 2 of this circuit is open and thus the Laserdi ⁇ diodes are switched off 3.
  • FIG. 3 schematically illustrates a lighting device according to the second exemplary embodiment of the invention.
  • the illumination device comprises a TIR optic 1 ', a light wavelength conversion element 2' and four laser diodes 3 ', of which only one is shown in FIG. 3 for the sake of clarity.
  • the illumination device comprises a Radiovorrich- device (not shown) for the laser diode 3 'and Hal ⁇ tevortechniken (not shown) for the TIR optics 1' and the laser diode 3 '.
  • the TIR optic 1 ' is made of sapphire and has a refractive index n2 of 1.76.
  • the TIR optic 1 ' is designed in one piece and has a circular disk-shaped base section 11' and a conical section 12 'adjoining it.
  • the base portion 11 'bil ⁇ det, on its side facing away from the conical portion 12' side, an end face 110 'of the TIR optics 1' from.
  • the lateral surface 121 'of the conical portion 12' of the TIR optic 1 ' is arranged at an angle of 45 ° to the end face 110'.
  • the opening angle of the conical portion 12 ' is 90 °.
  • the Lichtwellenlän- is genkonversionselement 2' arranged and fixed on the Stirnflä ⁇ surface 110 '.
  • the light wavelength conversion element 2 ' consists of phosphor 21', which is fixed by means of silicone adhesive on the end face 110 'of the TIR optics 1'.
  • the phosphor 21 ', together with the silicone adhesive 20' forms a phosphor coating on the end face 110 'of the TIR optics 1'.
  • the refractive index of the silicone adhesive 20 'be ⁇ carries 1.5.
  • the phosphor layer 21 ' is formed of cerium-doped yttrium-aluminum garnet (YAG: Ce). This phosphor is a so-called yellow phosphor which converts light from the violet and blue spectral regions corresponding to the wavelength range of 380 nm to 490 nm into yellow light having a dominant wavelength in the range of 560 nm to 590 nm.
  • the four laser diodes 3 'of the lighting device according to the second embodiment of the invention are each ⁇ wells designed such that they generate light having a Wel ⁇ lenide from the spectral range of the violet and blue light, corresponding to the wavelength range of 380 nm to 490 nm.
  • the four laser diodes 3 ' may optionally each have a collimator lens (not shown) arranged according to ⁇ , which parallelizes the light emitted by the respective laser diode 3'.
  • the four identically formed laser diodes 3 ' are arranged at the corners of a notional square and aligned such that the light emitted by the laser diode 3' with a light Incident angle of zero degrees on the lateral surface 121 'of the conical portion 12' of the TIR optics 1 'meets.
  • FIG. 3 diagrammatically shows the course of the light beams on the basis of two light beams LI ', L2' which are emitted by one of the four laser diodes 3 '.
  • the light beams LI ', L2' emitted by the laser diode 3 ' run parallel and impinge on the lateral surface 121' of the TIR optical system 1 'with an angle of incidence of zero degrees.
  • the light beams LI ', L2' pass into the silicone adhesive 20 'at a refraction angle which is greater than their angle of incidence on the end face 110'.
  • the angle of incidence of the light rays LI ', L2' on the end face 110 'of the TIR optics 1' is greater than the critical angle ⁇ of the total reflection of the TIR optics 1 'for the passage of the light in air. Due to the comparatively high Brechungsin ⁇ dex of the silicone adhesive 20 'is at the end face 110' no total reflection of the light beams LI ', L2' instead.
  • the light beams LI', L2 'scattered by the phosphor particles and a part of the light is kon ⁇ vertiert in yellow light.
  • the light is deflected in many of ⁇ Kunststoffliche directions so that white light, so-called white mixed light, which is a mixture of non-converted blue light and Converted yellow light, the light wavelength conversion member 2' by scattering by the phosphor particles of the phosphor layer 21 on its with leaves the phosphor layer 21 'side provided.
  • white mixed light which is a mixture of non-converted blue light and Converted yellow light
  • the with the light wavelength conversion element 2 'provided end face 110' has a size in the range of 1 mm 2 to 5 mm 2 and serves as a light source, which is arranged in ⁇ example in the focus of a reflector, in particular a motor vehicle headlight reflector.
  • FIG. 4 shows the illumination device according to the second exemplary embodiment of the invention without light wavelength conversion element 2 '. In the case of the absence of the light wavelength conversion element 2 ', that is in the case of a partially or completely detached phosphor coating, the light rays LI', L2 'at the portions of the end face 110' of the TIR optics
  • the invention is not limited to the above in more detail erläu ⁇ failed embodiments of the invention.
  • laser diodes 3, 3 ' which emit blue light
  • laser diodes can be used which, for example, emit ultraviolet radiation which is converted into white or colored light by means of at least one light wavelength conversion element.
  • different laser diodes can be used to ⁇ that emit light of different colors and are ordered so check that the colored light of the Laserdio ⁇ the mixes to form white light.
  • the TIR optics 1, 1 ' according to the first and second embodiments of the invention can be rotatably mounted around the truncated cone axis of the truncated cone or the cone axis of the tapered ⁇ portion 12, 12' of the TIR optics 1, 1 'to the light coupling to homogenize the TIR optics and the heat distribution in the TIR optics.
  • TIR optics 1, 1 instead of the TIR optics 1, 1 'according to the preferred embodiments, other forms of TIR optics may be used. Furthermore, the TIR optic does not necessarily consist of sapphire. Glass, transparent plastics and transparent ceramics are alternative Ma ⁇ terialien for the TIR optics.
  • the phosphor does not necessarily have to be fixed to the TIR optic with glue.
  • the phosphor can be blown up or sintered, for example or be fixed by means of hydrogen bonds on the TIR optics.
  • the phosphor layer can be electrophoretically deposited onto a is on the TIR optics ⁇ brought indium tin oxide layer (ITO layer).
  • the angle of incidence of the laser light on the TIR optics need not be zero degrees, as in the two embodiments. There are also other angles of incidence mög ⁇ Lich. In addition, the laser radiation may also have a certain divergence. Collimator lenses are, as mentioned above, optional.

Abstract

The invention relates to a lighting device with at least one laser light source (3; 3'), at least one TIR optical system (1; 1') into which light from the at least one laser light source (3; 3') is coupled, and at least one light wavelength conversion element (2; 2') which is arranged on a surface (120; 110') of the TIR optical system (1; 1') such that light emitted from the at least one laser light source (3; 3') and coupled into the at least one TIR optical system (1; 1') is transferred into the light wavelength conversion element (2; 2') via said surface (120; 110'). The at least one laser light source (3; 3') and the at least one TIR optical system (1; 1') are oriented relative to each other such that the light being transferred into the at least one light wavelength conversion element (2; 2') via the aforementioned surface (120; 110') is incident on said surface (120; 110') at angles of incidence which are greater or equal to a threshold angle Θ defined as follows: Θ = arcsin [n1/n2], wherein n1 is the refractive index of air, and n2 is the refractive index of the at least one TIR optical system at the specified surface.

Description

Beleuchtungseinrichtung  lighting device
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a lighting device according to the preamble of claim 1.
I . Stand der Technik I. State of the art
Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der US 2011/0084609 AI offenbart. Diese Schrift be- schreibt eine Beleuchtungseinrichtung mit verbesserter Sicherheit für den Anwender. Zu diesem Zweck ist in der Beleuchtungseinrichtung ein Lichtsensor vorgesehen, der am Lichtwellenlängenkonversionselement reflektiertes Licht detektiert und auf diese Weise die Präsenz oder das Fehlen des Lichtwellenlängenkonversionselement feststellt und eine Abschaltung der Laserlichtquelle im Fall des Fehlens des Lichtwellenlängenkonversionselements veran¬ lasst. Such a lighting device is disclosed for example in US 2011/0084609 AI. This document describes a lighting device with improved safety for the user. To this end, a light sensor is provided in the lighting device that detects reflected at the light wavelength conversion element light and detects in this manner, the presence or absence of the light wavelength conversion element and a shutdown of the laser light source in the case of the absence of the light wavelength conversion member veran ¬ initiated.
I I . Darstellung der Erfindung I i. Presentation of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Be- leuchtungseinrichtung mit vereinfachten Sicherheitsmaßnahmen bereitzustellen.  It is an object of the invention to provide a generic lighting device with simplified safety measures.
Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteil¬ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängi- gen Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by a lighting device having the features of claim 1. Particularly advantageous ¬ embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt mindestens eine Laserlichtquelle und mindestens eine Optik, in die Licht von der mindestens einen Laserlichtquelle eingekoppelt wird, sowie mindestens ein Lichtwellenlän- genkonversionselement . Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Optik als TIR-Optik ausgebildet. In dem Begriff TIR- Optik steht die Abkürzung "TIR" für "total internal re- flexion" und der Begriff "TIR-Optik" bezeichnet daher eine Optik, bei der Lichtstrahlen auf die Grenzfläche vom optisch dichteren Medium zum optisch dünneren Medium unter einem Einfallswinkel größer als der kritische Winkel der Totalreflexion auftreffen und somit an dieser Grenz- fläche total reflektiert werden, so dass kein Übertritt in das optische dünnere Medium stattfindet. Bei dem op¬ tisch dichteren Medium handelt es sich beispielsweise um Saphir, Glas- oder durchsichtiges Kunststoffmaterial der Optik und bei dem optisch dünneren Material um Luft oder Vakuum. The illumination device according to the invention has at least one laser light source and at least one optical system in which light from the at least one laser light source and at least one light wavelength conversion element. According to the invention, the at least one optic is designed as a TIR optic. In the term TIR optics, the abbreviation "TIR" stands for "total internal reflection", and the term "TIR optics" therefore refers to an optic in which light rays strike the interface from the optically denser medium to the optically thinner medium at an angle of incidence greater than the critical angle of total reflection and thus totally reflected at this interface, so that no transition takes place in the optical thinner medium. The op ¬ table denser medium is, for example, sapphire, glass or transparent plastic material of the optics and the optically thinner material to air or vacuum.
Außerdem ist erfindungsgemäß das mindestens eine Licht- wellenlängenkonversionselement auf einer Oberfläche der TIR-Optik derart angeordnet, dass von der mindestens ei¬ nen Laserlichtquelle emittiertes und in die mindestens eine TIR-Optik eingekoppeltes Licht an dieser Oberfläche in das Lichtwellenlängenkonversionselement übertritt. Ferner sind erfindungsgemäß die mindestens eine Laser¬ lichtquelle und die mindestens eine TIR-Optik derart zu¬ einander ausgerichtet, dass das an der vorgenannten Ober- fläche in das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversi- onselement übertretende Licht mit Einfallswinkeln auf diese Oberfläche auftritt, die größer oder gleich einem Grenzwinkel Θ sind, der folgendermaßen definiert ist: In addition, the at least one optical wavelength conversion element according to the invention arranged on a surface of the TIR optics so on occurs that light emitted from the at least ei ¬ NEN laser light source and coupled into the at least one TIR optic light at this surface in the light wavelength conversion member. Further, according to the invention the at least one laser ¬ light source and so on ¬ aligned with each other at least one TIR optics that occurs on the aforementioned surface in the at least one Lichtwellenlängenkonversi- onselement overflowed light having angles of incidence on this surface, which is equal to or greater than a critical angle Θ, which is defined as follows:
ΘΘ
Figure imgf000004_0001
wobei nl der Brechungsindex von Luft ist und n2 der Bre¬ chungsindex der mindestens einen TIR-Optik an der vorge¬ nannten Oberfläche ist. Der Brechungsindex nl für Luft besitzt einen Wert von nl=l, 000292. Durch diese Maßnahmen ist gewährleistet, dass das auf die vorgenannte Oberfläche, die als Grenzfläche zwischen der TIR-Optik und dem Lichtwellenlängenkonversionselement ausgebildet ist, auftreffende Licht nur dann die TIR- Optik an dieser Oberfläche verlassen kann, wenn das Lichtwellenlängenkonversionselement auf dieser Oberfläche angeordnet ist. Im Fall des Fehlens des Lichtwellenlän- genkonversionselements oder des Fehlens eines Teils des Lichtwellenlängenkonversionselements oder falls sich zwi¬ schen der TIR-Optik und dem Lichtwellenlängenkonversions- element ein Spalt gebildet haben sollte, wird das Licht an der vorgenannten Oberfläche in die TIR-Optik zurück reflektiert, weil der oben genannte Grenzwinkel Θ dem Grenzwinkel für Totalreflexion der TIR-Optik beim Übertritt des Lichts von dem Material der TIR-Optik in Luft entspricht. Ist hingegen auf der vorgenannten Oberfläche das Lichtwellenlängenkonversionselement angeordnet, so sind die Bedingungen für eine Totalreflexion des Lichts an dieser Oberfläche bzw. Grenzfläche nicht erfüllt und das Licht kann die TIR-Optik an dieser Oberfläche verlas- sen, um in das Lichtwellenlängenkonversionselement über¬ zutreten. Dadurch kann kein Licht, ohne Übertritt in das Lichtwellenlängenkonversionselement , die TIR-Optik ver¬ lassen .
Figure imgf000004_0001
wherein nl is the refractive index of air and n2 is the index Bre ¬ monitoring the at least one TIR optics at the pre ¬ called surface. The refractive index nl for air has a value of nl = 1, 000292. These measures ensure that the incident on the aforementioned surface, which is formed as an interface between the TIR optics and the Lichtwellenlängenkonversionselement incident light only the TIR optics can leave on this surface, when the light wavelength conversion element is arranged on this surface. In the case of the absence of the light wavelength conversion element or the absence of a portion of the light wavelength conversion element or if there Zvi ¬ rule the TIR optics and the Lichtwellenlängenkonversions- element, a gap has formed should the light at the above-mentioned surface in the TIR optic is reflected back because the abovementioned critical angle Θ corresponds to the limit angle for total reflection of the TIR optics when the light passes from the material of the TIR optic in air. If, however, on the aforesaid surface of the light wavelength conversion element is arranged, so the conditions for total reflection of light at that surface and interface are not met and the light may TIR optics at that surface of alighting to zutreten in the light wavelength conversion element via ¬. As a result, no light, without passing into the light wavelength conversion element, the TIR optics ver ¬ leave.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung benötigt so- mit keine zusätzlichen Sensoren oder Kontrollmechanismen, um das Freisetzen von für das menschliche Auge schädli¬ cher Laserstrahlung zu verhindern. The illumination device according to the invention thus does not require additional sensors or control mechanisms, to prevent the release of the human eye schädli ¬ cher laser radiation.
Vorteilhafterweise besteht die TIR-Optik der erfindungs¬ gemäßen Beleuchtungseinrichtung aus Saphir, Glas oder durchsichtigem Kunststoff oder durchsichtiger Keramik oder durchsichtigem Kristall, um Verluste durch Lichtab¬ sorption möglichst gering zu halten. Advantageously, the TIR optics of the Invention ¬ proper illumination device of sapphire, glass or transparent plastic or transparent ceramic or transparent crystal in order to keep losses due Lichtab ¬ absorption as low as possible.
Das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung umfasst vorteilhafter Weise Leuchtstoff, der die von der mindes¬ tens einen Laserlichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest anteilig in elektromagnetische Strah¬ lung mit anderer Wellenlänge konvertiert. Leuchtstoff er¬ möglicht auf einfache Weise eine Konversion der Lichtwel- lenlänge des von der mindestens einen Laserlichtquelle emittierten Lichts. Über die chemische Zusammensetzung des Leuchtstoffs und die Konzentration des Leuchtstoffs können die Wellenlänge des konvertierten Lichts und die relativen Anteile von konvertiertem und nicht konvertier- tem Licht beeinflusst werden. The at least one optical wavelength conversion element of the lighting device according to the invention advantageously comprises phosphor which at least converts the light emitted from the Minim ¬ least a laser light source electromagnetic radiation proportionally in electromagnetic Strah ¬ lung with a different wavelength. He phosphor ¬ enables in a simple manner a conversion of Lichtwel- lenlänge of light emitted from the at least one laser light source. The chemical composition of the phosphor and the concentration of the phosphor can influence the wavelength of the converted light and the relative proportions of converted and unconverted light.
Vorteilhafterweise umfasst das mindestens einen Lichtwel- lenlängenkonversionselement der erfindungsgemäßen Be¬ leuchtungseinrichtung zusätzlich Klebstoff zur Fixierung des Leuchtstoffs. Mittels Klebstoff kann der Leuchtstoff unmittelbar auf einer Oberfläche, beispielsweise auf ei¬ ner Oberfläche der TIR-Optik, fixiert werden. Advantageously, comprising at least one Lichtwel- lenlängenkonversionselement loading ¬ illumination unit according to the invention additionally adhesive for fixing the phosphor. By means of adhesive of the phosphor can be fixed directly on a surface, for example, egg ¬ ner surface of the TIR optics.
Vorzugsweise ist der Leuchtstoff des Lichtwellenlängen- konversionselements als Leuchtstoffbeschichtung auf ei¬ ner Oberfläche der TIR-Optik angeordnet. Dadurch können auf einfache Weise über die Schichtdicke und die Konzent¬ ration des Leuchtstoffs in der Beschichtung die relativen Anteile von mittels des Leuchtstoff konvertiertem und nicht konvertiertem Licht beeinflusst werden. Der Leucht- stoff ist beispielsweise als Leuchtstoffgemisch oder als einzelner Leuchtstoff ausgebildet und in einer oder meh¬ reren Schichten auf einer Oberfläche der TIR-Optik angeordnet. Durch das Aufbringen des Leuchtstoffs in Form ei¬ ner Leuchtstoffbeschichtung unmittelbar auf einer Ober- fläche der TIR-Optik entstehen keine Lichtverluste durch einen separaten Träger für den Leuchtstoff. Um eine gute Kühlung der Leuchtstoffbeschichtung auf der TIR-Optik zu ermöglichen, besteht die TIR-Optik vorteilhafter Weise aus einem durchsichtigen Material mit guter Wärmeleitung. Gemäß den besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung besteht die TIR-Optik daher aus Saphir. Die von dem Laserlicht verursachte Erwärmung des Leuchtstoffs kann dadurch über das Saphirmaterial und die Haltevorrichtung der TIR-Optik an die Umgebung abgeführt werden. Vorteilhafter Weise ist auf der vorgenannten Leuchtstoff- beschichtung eine verspiegelte Metallschicht angeordnet. Diese Metallschicht dient als Reflektor für das in das Lichtwellenlängenkonversionselement eingekoppelte Licht und erhöht die Weglänge des Lichts in dem Lichtwellenlän- genkonversionselement bzw. in der Leuchtstoffbeschichtung. Dadurch wird der Anteil des konvertierten Lichts erhöht. Außerdem ist die verspiegelte Metallfläche als elektrischer Kontakt zum Schließen oder Unterbrechen einer Stromversorgung für die mindestens eine Laserlicht- quelle nutzbar. Beispielsweise ist es möglich, die ver- spiegelte Metallschicht in eine Stromzuführung für die Energieversorgung der mindestens einen Laserlichtquelle zu integrieren, so dass im Fall des Fehlens des Lichtwel- lenlängenkonversionselements die Stromzuführung unterbro- chen ist und damit keine Energieversorgung der mindestens einen Laserlichtquelle stattfindet. Preferably, the phosphor of the light wavelength conversion element is arranged as a phosphor coating on egg ¬ ner surface of the TIR optics. Thereby can the relative proportions of converted by the phosphor and the unconverted light can be influenced in a simple manner over the layer thickness and the concent ration ¬ of the phosphor in the coating. The phosphor is formed for example as a phosphor mixture or as a single phosphor and arranged in one or meh ¬ eral layers on a surface of the TIR optics. By the application of the phosphor in the form ei ¬ ner phosphor coating directly on an upper surface of the TIR optics are no losses of light by a separate support for the phosphor. In order to allow a good cooling of the phosphor coating on the TIR optics, the TIR optic advantageously consists of a transparent material with good heat conduction. Therefore, according to the most preferred embodiments of the invention, the TIR optic is sapphire. The heating of the phosphor caused by the laser light can thereby be dissipated via the sapphire material and the holding device of the TIR optics to the environment. Advantageously, a mirrored metal layer is arranged on the abovementioned phosphor coating. This metal layer serves as a reflector for the light coupled into the light wavelength conversion element and increases the path length of the light in the light wavelength conversion element or in the phosphor coating. This increases the proportion of converted light. In addition, the mirrored metal surface can be used as an electrical contact for closing or interrupting a power supply for the at least one laser light source. For example, it is possible to to integrate mirrored metal layer in a power supply for the power supply of the at least one laser light source, so that in the case of lack of Lichtwel- lenlängenkonversionselements the power supply is interrupted and thus no power supply of the at least one laser light source takes place.
Die mindestens eine Laserlichtquelle ist in vorteilhafter Weise als Faserlaser oder Laserdiode ausgebildet, um mit einfachen Mitteln zu erreichen, dass die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung dem Ideal einer Punktlichtquelle möglichst nahe kommt. The at least one laser light source is advantageously designed as a fiber laser or laser diode in order to achieve, with simple means, that the illumination device according to the invention comes as close as possible to the ideal of a point light source.
Die mindestens eine Laserlichtquelle der erfindungsgemä¬ ßen Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise als Laserdi¬ ode ausgebildet, die elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm, das heißt, Licht aus dem Spektralbereich des blauen Lichts, erzeugt. Zusätzlich ist das mindestens eine Lichtwellenlängenkon- versionselement der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung derart ausgebildet, dass ein Teil der von der mindestens einen Laserdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung beim Passieren des mindestens einen Lichtwel- lenlängenkonversionselements in elektromagnetische Strah¬ lung mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert wird. Da- durch wird ein gewisser Anteil des von der mindestens ei¬ nen Laserdiode erzeugten blauen Lichts in gelbes Licht konvertiert, so dass die erfindungsgemäße Beleuchtungs¬ einrichtung weißes Licht emittiert, das eine Mischung aus nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist. Die relativen Anteile von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht und die Farbtemperatur des weißen Mischlichts können beispielsweise über die Leuchtstoffkonzentration oder die LeuchtstoffZu¬ sammensetzung im Lichtwellenlängenkonversionselement ge¬ steuert werden. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist dadurch als Weißlichtquelle vielseitig einsetz¬ bar . The at least one laser light source of the invention shown SEN illumination device is preferably designed as Laserdi ¬ ode, the electromagnetic radiation from the wavelength range of 380 nm to 490 nm, that is, light from the spectral region of blue light generated. In addition, the at least one Lichtwellenlängenkon- version element of the lighting device according to the invention configured such that a part of the generated by the at least one laser diode electromagnetic radiation upon passing the at least one Lichtwel- lenlängenkonversionselements in electromagnetic Strah ¬ lung with a dominant wavelength from the wavelength range of 560 nm to 590 nm is converted. DA by a certain proportion of the blue light generated by the at least ei ¬ NEN laser diode is converted into yellow light, so that the inventive lighting ¬ device emitting white light which is a mixture of non-converted blue light and Converted yellow light. The relative proportions of unconverted Converted yellow light and blue light and the color temperature of the white mixed light can ge ¬ be controlled for example via the phosphor concentration or LeuchtstoffZu ¬ composition in the light wavelength conversion member. The lighting device according to the invention is characterized as a white light source versatile ¬ bar.
Die TIR-Optik der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist vorteilhafter Weise rotationssymmetrisch bezüglich einer Rotationsachse ausgebildet und drehbar um die¬ se Rotationsachse gelagert. Dadurch können die Wärmever¬ teilung und die Lichtverteilung der mittels der Laserlichtquellen in die TIR-Optik eingekoppelten Wärme und des Lichts homogenisiert werden. The TIR optics of the illumination device according to the invention is advantageously formed rotationally symmetrical with respect to a rotation axis and rotatably supported about the ¬ se rotation axis. Characterized ¬ size the heat distribution and the light distribution of the coupled-in the TIR optics by means of laser light sources of heat and light can be homogenized.
Vorzugsweise dient die erfindungsgemäße Beleuchtungsein¬ richtung als Weißlichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer oder in anderen Projektionsanwendungen, wie beispielsweise in der Mikroskopie oder Endoskopie. The illumination device according to the invention preferably serves as a source of white light in a vehicle headlight or in other projection applications, for example in microscopy or endoscopy.
III. Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleIII. Description of the preferred embodiments
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to preferred exemplary embodiments. Show it:
Figur 1 Eine schematische Darstellung der Beleuchtungs¬ einrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung Figure 1 is a schematic representation of the illumination ¬ device according to the first embodiment of the invention
Figur 2 Eine schematische Darstellung der in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung ohne Licht- wellenlängenkonversionselernent Figur 3 Eine schematische Darstellung der Beleuchtungs¬ einrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung Figure 2 is a schematic representation of the illustrated in Figure 1 lighting device without Lichtwellenlängenkonversionselernent Figure 3 is a schematic representation of the illumination ¬ device according to the second embodiment of the invention
Figur 4 Eine schematische Darstellung der in Figur 3 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung ohne Licht- wellenlängenkonversionselernent FIG. 4 A schematic representation of the illumination device depicted in FIG. 3 without light wavelength conversion element
In Figur 1 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darge¬ stellt. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine TIR- Optik 1, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 2 und vier Laserdioden 3, von denen in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nur eine abgebildet ist. Außerdem umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine Betriebsvorrichtung (nicht abgebildet) für die Laserdioden 3 sowie Haltevor¬ richtungen (nicht abgebildet) für die TIR-Optik 1 und die Laserdioden 3. 1 shows schematically a lighting device according to the first embodiment of the invention provides Darge ¬. The illumination device comprises a TIR optical system 1, a light wavelength conversion element 2 and four laser diodes 3, of which only one is shown in FIG. 1 for the sake of clarity. In addition, the illumination device comprises an operating device (not shown) for the laser diodes 3 and Haltevor ¬ directions (not shown) for the TIR optics 1 and the laser diodes. 3
Die TIR-Optik 1 besteht aus Saphir und besitzt einen Bre¬ chungsindex n2 von 1,76. Die TIR-Optik 1 ist einstückig ausgebildet und besitzt einen kreisscheibenförmigen Basisabschnitt 11 sowie einen sich nahtlos daran anschlie¬ ßenden kegelstumpfförmigen Abschnitt 12. Der Basisabschnitt 11 bildet, an seiner vom kegelstumpfförmigen Abschnitt 12 abgewandten Seite, eine erste Stirnfläche 110 der TIR-Optik 1 aus. Der kegelstumpfartige Abschnitt 12 der TIR-Optik 1 bildet, an seiner vom kreisscheibenförmigen Basisabschnitt 11 abgewandten Seite, eine zweite Stirnfläche 120 der TIR-Optik 1 aus. Die zweite Stirnflä¬ che 120 ist parallel zur ersten Stirnfläche 110 angeord¬ net und besitzt eine kleinere Fläche als die erste Stirn- fläche 110. Der Durchmesser des Basisabschnitts 11 ent¬ spricht dem größten Durchmesser des kegelstumpfartigen Abschnitts 12. Somit entspricht die zweite Stirnfläche 120 der TIR-Optik 1 der Deckfläche des kegelstumpfartigen Abschnitts 12 und an seiner Grundfläche geht der kegel- stumpfartige Abschnitt 12 nahtlos in den kreisscheiben¬ förmigen Basisabschnitt 11 der TIR-Optik 1 über. Die Mantelfläche 121 des kegelstumpfartigen Abschnitts 12 der TIR-Optik 1 bildet einen Winkel von 135° mit der zweiten Stirnfläche 120 und ist in einem Winkel von 45° zu der ersten Stirnseite 110 angeordnet. Auf der zweiten Stirn¬ fläche 120 der TIR-Optik 1 ist das Lichtwellenlängenkon- versionselement 2 angeordnet und auf der zweiten Stirn¬ fläche 120 fixiert. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 2 besteht aus Leuchtstoff 21, der mittels Silikonkleber 20 auf der zweiten Stirnfläche 120 der TIR-Optik 1 fixiert ist. Der Leuchtstoff 21 bildet zusammen mit dem Silikonkleber 20 eine Leuchtstoffbeschichtung auf der TIR-Optik 1, welche die zweite Stirnseite 120 der TIR-Optik 1 vollständig ab¬ deckt. Der Brechungsindex des Silikonklebers 20 beträgt 1,5. Die LeuchtstoffSchicht 21 ist durch eine verspiegel¬ te Metallschicht 22 abgedeckt. Das heißt, die Leucht¬ stoffschicht 21 ist nach Art eines Sandwich zwischen der TIR-Optik 1 und der Metallschicht 22 angeordnet. Die LeuchtstoffSchicht 21 wird von mit Zer dotiertem Yttrium- Aluminium-Granat (YAG:Ce) gebildet. Dieser Leuchtstoff ist ein sogenannter Gelbleuchtstoff, der Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich, entsprechend dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm, in gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge im Bereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert. The TIR optics 1 is made of sapphire and has a Bre ¬ chung index n2 of 1.76. The TIR optics 1 is formed in one piece and has a circular disk-shaped base portion 11 and a seamlessly thereto subsequently ¬ sequent frustoconical portion 12 constituting the base portion 11, on its side facing away from the frustoconical portion 12 side, a first end surface 110 of the TIR lens system 1 of , The frustoconical portion 12 of the TIR optic 1 forms, on its side remote from the circular disk-shaped base portion 11 side, a second end face 120 of the TIR optics 1. The second Stirnflä ¬ surface 120 is parallel to the first end face 110 angeord ¬ net and has a smaller area than the first Helical surface 110. The diameter of the base portion 11 ent ¬ speaks the largest diameter of the frustoconical portion 12. Thus, the second end surface 120 of the TIR lens system 1 corresponds to the top surface of the frustoconical portion 12 and at its base of the truncated cone-like portion 12 leads smoothly into the circular discs ¬ shaped base portion 11 of the TIR optics 1 on. The lateral surface 121 of the frustoconical portion 12 of the TIR optic 1 forms an angle of 135 ° with the second end face 120 and is arranged at an angle of 45 ° to the first end face 110. On the second end 120 of the TIR surface ¬ optics 1 is the Lichtwellenlängenkon- version element 2 disposed and fixed on the second end surface ¬ 120th The light wavelength conversion element 2 consists of phosphor 21, which is fixed by means of silicone adhesive 20 on the second end face 120 of the TIR optics 1. The phosphor 21, together with the silicone adhesive 20 has a phosphor coating on the TIR optics 1, which is the second end face 120 of the TIR optics 1 completely from ¬ covers. The refractive index of the silicone adhesive 20 is 1.5. The phosphor layer 21 is covered by a verspiegel ¬ te metal layer 22nd That is, the luminous ¬ material layer 21 is arranged in the manner of a sandwich between the TIR optics 1 and the metal layer 22. The phosphor layer 21 is formed of cerium-doped yttrium-aluminum garnet (YAG: Ce). This phosphor is a so-called yellow fluorescent substance, the light from the violet and blue spectral range, corresponding to the wavelength range from 380 nm to 490 nm, in yellow Light with a dominant wavelength in the range of 560 nm to 590 nm converted.
Die vier Laserdioden 3 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind jeweils derart ausgebildet, dass sie Licht mit einer Wellenlänge aus dem Spektralbereich des violetten und blauen Lichts, entsprechend dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm, erzeugen. Den vier Laserdioden 3 kann optional jeweils eine Kollimatorlinse (nicht abgebildet) nachge- ordnet sein, die das von der jeweiligen Laserdiode 3 emittierte Licht parallelisiert . Die vier gleichartig ausgebildeten Laserdioden 3 sind an den Ecken eines fiktiven Quadrats angeordnet und derart ausgerichtet, dass das von den Laserdioden 3 emittierte Licht mit einem Ein- fallswinkel von Null Grad auf die Mantelfläche 121 des kegelstumpfartigen Abschnitts 12 der TIR-Optik 1 trifft. The four laser diodes 3 of the illumination device according to the first embodiment of the invention are each designed to generate light having a wavelength from the spectral range of the violet and blue light, corresponding to the wavelength range from 380 nm to 490 nm. Optionally, each of the four laser diodes 3 can be followed by a collimator lens (not shown), which parallelises the light emitted by the respective laser diode 3. The four identically formed laser diodes 3 are arranged at the corners of a fictive square and aligned such that the light emitted by the laser diodes 3 light impinges with a incidence angle of zero degrees on the lateral surface 121 of the frustoconical portion 12 of the TIR optics 1.
In Figur 1 ist der Verlauf der Lichtstrahlen anhand von zwei Lichtstrahlen LI, L2, die von einer der vier Laserdioden 3 emittiert werden, schematisch dargestellt. Die von der Laserdiode 3 emittierten Lichtstrahlen LI, L2 verlaufen parallel und treffen mit einem Einfallswinkel von Null Grad auf die Mantelfläche 121 der TIR-Optik 1 auf. An der ersten Stirnfläche 110 der TIR-Optik, die an die umgebende Luft angrenzt, werden die Lichtstrahlen LI, L2 durch Totalreflexion in die TIR-Optik zurück reflektiert, weil der Einfallswinkel der Lichtstrahlen LI, L2 an der ersten Stirnfläche 110 größer als der Grenzwinkel Θ der Totalreflexion der TIR-Optik 1 für den Übertritt des Lichts in Luft ist. Die Lichtstrahlen LI, L2 treffen unter demselben Einfallswinkel auch auf die zweite Stirn- fläche 120 der TIR-Optik 1 auf. Beim Auftreffen auf die zweite Stirnfläche 120 der TIR-Optik 1 treten die Licht¬ strahlen LI, L2 mit einem Brechungswinkel, der größer ist als ihr Einfallswinkel auf der zweiten Stirnseite 120, in das Lichtwellenlängenkonversionselement 2 über. Aufgrund des im Vergleich zu Luft hohen Brechungsindex des Sili¬ konklebers 20 findet an der zweiten Stirnfläche 120 keine Totalreflexion der Lichtstrahlen LI, L2 statt. Beim Eindringen in die LeuchtstoffSchicht 21 werden die Licht- strahlen LI, L2 an den LeuchtstoffPartikeln gestreut und ein Teil des Lichts wird in gelbes Licht konvertiert. Die verspiegelte Metallschicht 22 reflektiert beide Anteile des Lichts zurück in Richtung der TIR-Optik 1. Durch Streuung an den LeuchtstoffPartikeln der Leuchtstoff- schicht 21 und Reflexion an der Metallschicht 22 wird das Licht in viele unterschiedliche Richtungen abgelenkt, so dass weißes Licht, sogenanntes weißes Mischlicht, das ei¬ ne Mischung von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist, die TIR-Optik 1 an der ers- ten Stirnfläche 110 verlassen kann. Aufgrund der Streuung an den LeuchtstoffPartikeln der Leuchtstoffschicht 21 und der Reflexion an der Metallschicht 22 trifft weißes Mischlicht unter Winkeln auf die erste Stirnfläche 110 der TIR-Optik 1, die kleiner sind als der oben genannte Grenzwinkel θ , der dem Winkel der Totalreflexion der TIR-Optik 1 für den Übertritt des Lichts von dem Material der TIR-Optik 1 in Luft entspricht. Dieses weiße Misch¬ licht tritt daher an der ersten Stirnfläche 110 aus der TIR-Optik 1 aus. Dieser Sachverhalt ist in Figur 1 nicht dargestellt. Die erste Stirnfläche 110 hat eine Größe im Bereich von 0,1 mm2 bis 5 mm2 und dient als Lichtquelle, die beispielsweise im Fokus eines Reflektors, insbesonde¬ re eines Kraftfahrzeugscheinwerferreflektors angeordnet ist . In FIG. 1, the course of the light beams is schematically illustrated by means of two light beams L 1, L 2 emitted by one of the four laser diodes 3. The light beams LI, L2 emitted by the laser diode 3 run parallel and impinge on the lateral surface 121 of the TIR optical system 1 at an angle of incidence of zero degrees. At the first end face 110 of the TIR optic, which adjoins the surrounding air, the light rays LI, L2 are reflected back into the TIR optics by total reflection, because the angle of incidence of the light rays LI, L2 at the first end face 110 is greater than the critical angle Θ is the total reflection of the TIR optic 1 for the passage of light into air. The light rays LI, L2 also strike the second face at the same angle of incidence. Area 120 of the TIR optics 1 on. When hitting the second end face 120 of the TIR optic 1, the light rays LI, L2 pass into the light wavelength conversion element 2 with a refraction angle which is greater than their angle of incidence on the second end face 120. Due to the high compared to air refractive index of the Sili ¬ konklebers 20 no total reflection of the light beams LI, L2 takes place at the second end face 120th Upon penetration into the phosphor layer 21, the light rays LI, L2 are scattered on the phosphor particles, and a part of the light is converted into yellow light. The mirrored metal layer 22 reflects both portions of the light back towards the TIR optics 1. By scattering on the phosphor particles of the phosphor layer 21 and reflecting on the metal layer 22, the light is deflected in many different directions, so that white light, so-called white mixing light ei ¬ ne mixture of non-converted blue light and yellow light is -converted, the TIR optics 1 can rely on the ERS th end face 110th Due to the scattering on the phosphor particles of the phosphor layer 21 and the reflection on the metal layer 22, white mixed light impinges on the first end face 110 of the TIR optics 1 which are smaller than the abovementioned critical angle θ which corresponds to the angle of total reflection of the TIR optics. Optics 1 for the passage of light from the material of the TIR optics 1 in air corresponds. The white light-mixing ¬ therefore exits at the first end face 110 of the TIR optics. 1 This situation is not shown in FIG. The first end face 110 has a size in the range of 0.1 mm 2 to 5 mm 2 and serves as a light source, which is arranged for example in the focus of a reflector, insbesonde ¬ re a motor vehicle headlight reflector.
Bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung berechnet sich der Grenzwinkel Θ aus dem Brechungsindex nl für Luft und dem Bre¬ chungsindex n2 für das Saphirmaterial der TIR-Optik 1 zu 0=34,6°. Die Lichtstrahlen LI, L2 treffen mit einem Einfallswinkel von jeweils 45° auf die erste Stirnfläche 110 und die zweite Stirnfläche 120 der TIR-Optik 1 auf. Der nach dem snelliuschen Brechungsgesetz berechnete Brechungswinkel der Lichtstrahlen LI, L2 beim Übertritt von der TIR-Optik 1 in den Silikonkleber 20 beträgt 56,1°. With the illumination device in accordance with the first exemplary of the invention, for example approximately the critical angle Θ calculated from the refractive index nl of air and the Bre ¬ chung index n2 of the sapphire material of the TIR optics 1 to 0 = 34.6 °. The light beams LI, L2 strike the first end face 110 and the second end face 120 of the TIR optics 1 at an angle of incidence of 45 ° in each case. The refractive angle of the light beams LI, L2 calculated on the transition from the TIR optic 1 into the silicone adhesive 20 is 56.1 °, calculated according to the snelliuschen law of refraction.
In Figur 2 ist die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ers- ten Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Lichtwellen- längenkonversionselement 2 dargestellt. Im Fall des Feh¬ lens des Lichtwellenlängenkonversionselements 2, das heißt im Fall einer teilweise oder vollständig abgelösten Leuchtstoffbeschichtung, werden die Lichtstrahlen LI, L2 an den Abschnitten der zweiten Stirnfläche 120 der TIR- Optik 1, die keine Leuchtstoffbeschichtung mehr aufweisen, durch Totalreflexion in die TIR-Optik 1 zurück reflektiert, weil der Einfallswinkel der Lichtstrahlen LI, L2 an der zweiten Stirnfläche 120 größer ist als der Grenzwinkel Θ der Totalreflexion der TIR-Optik 1 für den Übergang des Lichts in Luft. Die Lichtstrahlen LI, L2 können daher die TIR-Optik 1 weder an der ersten Stirnfläche 110 noch an der zweiten Stirnfläche 120 verlassen. Dadurch ist gewährleistet, dass im Fall einer teilweise oder vollständig abgelösten Leuchtstoffbeschichtung kein Laserlicht austritt und menschliche Augen schädigt. Die verspiegelte Metallschicht 22 (Fig. 1) ist vorzugsweise als elektrischer Kontakt in einen Stromkreis zur Energie¬ versorgung der Laserdioden 3 geschaltet, so dass im Fall des Fehlens des Lichtwellenlängenkonversionselements 2 dieser Stromkreis unterbrochen ist und somit die Laserdi¬ oden 3 abgeschaltet sind. FIG. 2 shows the illumination device according to the first exemplary embodiment of the invention without light wavelength conversion element 2. In the case of Feh ¬ lens of the light wavelength conversion element 2, that is in the case of a partially or completely detached phosphor coating, the light rays LI, L2 at the portions of the second end face 120 of the TIR optics 1, which have no phosphor coating more, by total reflection in the TIR optics 1 reflected back, because the angle of incidence of the light rays LI, L2 at the second end face 120 is greater than the critical angle Θ of the total reflection of the TIR optics 1 for the passage of light in air. The light beams LI, L2 can therefore leave the TIR optics 1 neither at the first end face 110 nor at the second end face 120. This ensures that in the case of a partially or completely detached phosphor coating no Laser light escapes and damages human eyes. The reflective metal layer 22 (Fig. 1) is preferably connected as an electrical contact in a circuit for power ¬ supply of the laser diodes 3 such that in the case of absence of the light wavelength conversion element 2 of this circuit is open and thus the Laserdi ¬ diodes are switched off 3.
In Figur 3 ist eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine TIR-Optik 1 ' , ein Lichtwellenlängenkonversionselement 2 ' und vier Laserdioden 3 ' , von denen in Figur 3 der Übersichtlichkeit halber nur eine abgebildet ist. Außerdem umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine Betriebsvorrich- tung (nicht abgebildet) für die Laserdioden 3' sowie Hal¬ tevorrichtungen (nicht abgebildet) für die TIR-Optik 1' und die Laserdioden 3 ' . FIG. 3 schematically illustrates a lighting device according to the second exemplary embodiment of the invention. The illumination device comprises a TIR optic 1 ', a light wavelength conversion element 2' and four laser diodes 3 ', of which only one is shown in FIG. 3 for the sake of clarity. In addition, the illumination device comprises a Betriebsvorrich- device (not shown) for the laser diode 3 'and Hal ¬ tevorrichtungen (not shown) for the TIR optics 1' and the laser diode 3 '.
Die TIR-Optik 1 ' besteht aus Saphir und besitzt einen Brechungsindex n2 von 1,76. Die TIR-Optik 1' ist einstü- ckig ausgebildet und besitzt einen kreisscheibenförmigen Basisabschnitt 11' sowie einen sich daran anschließenden kegelförmigen Abschnitt 12'. Der Basisabschnitt 11' bil¬ det, an seiner vom kegelförmigen Abschnitt 12' abgewandten Seite, eine Stirnfläche 110' der TIR-Optik 1' aus. Der kreisscheibenförmige Basisabschnitt 11' und der ke¬ gelförmige Abschnitt 12 ' der TIR-Optik 1 ' gehen an der Grundfläche des kegelförmigen Abschnitts 12 ' nahtlos in¬ einander über. Die Mantelfläche 121' des kegelförmigen Abschnitts 12 ' der TIR-Optik 1 ' ist in einem Winkel von 45° zu der Stirnseite 110' angeordnet. Der Öffnungswinkel des kegelförmigen Abschnitts 12' beträgt 90°. Auf der Stirnfläche 110' der TIR-Optik 1 ist das Lichtwellenlän- genkonversionselement 2 ' angeordnet und auf der Stirnflä¬ che 110' fixiert. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 2 ' besteht aus Leuchtstoff 21', der mittels Silikonkleber auf der Stirnseite 110' der TIR-Optik 1' fixiert ist. Der Leuchtstoff 21' bildet zusammen mit dem Silikonkleber 20' eine Leuchtstoffbeschichtung auf der Stirnseite 110' der TIR- Optik 1'. Der Brechungsindex des Silikonklebers 20' be¬ trägt 1,5. Die LeuchtstoffSchicht 21' wird von mit Zer dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce) gebildet. Dieser Leuchtstoff ist ein sogenannter Gelbleuchtstoff, der Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich, entsprechend dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm, in gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge im Bereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert. The TIR optic 1 'is made of sapphire and has a refractive index n2 of 1.76. The TIR optic 1 'is designed in one piece and has a circular disk-shaped base section 11' and a conical section 12 'adjoining it. The base portion 11 'bil ¬ det, on its side facing away from the conical portion 12' side, an end face 110 'of the TIR optics 1' from. The circular disc-shaped base portion 11 'and the ke ¬ gel section 12' of the TIR optics 1 'go to the base of the conical portion 12' ¬ seamlessly into one another over. The lateral surface 121 'of the conical portion 12' of the TIR optic 1 'is arranged at an angle of 45 ° to the end face 110'. The opening angle of the conical portion 12 'is 90 °. On the end face 110 'of the TIR optic 1, the Lichtwellenlän- is genkonversionselement 2' arranged and fixed on the Stirnflä ¬ surface 110 '. The light wavelength conversion element 2 'consists of phosphor 21', which is fixed by means of silicone adhesive on the end face 110 'of the TIR optics 1'. The phosphor 21 ', together with the silicone adhesive 20' forms a phosphor coating on the end face 110 'of the TIR optics 1'. The refractive index of the silicone adhesive 20 'be ¬ carries 1.5. The phosphor layer 21 'is formed of cerium-doped yttrium-aluminum garnet (YAG: Ce). This phosphor is a so-called yellow phosphor which converts light from the violet and blue spectral regions corresponding to the wavelength range of 380 nm to 490 nm into yellow light having a dominant wavelength in the range of 560 nm to 590 nm.
Die vier Laserdioden 3 ' der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind je¬ weils derart ausgebildet, dass sie Licht mit einer Wel¬ lenlänge aus dem Spektralbereich des violetten und blauen Lichts, entsprechend dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm, erzeugen. Den vier Laserdioden 3' kann optional jeweils eine Kollimatorlinse (nicht abgebildet) nach¬ geordnet sein, die das von der jeweiligen Laserdiode 3' emittierte Licht parallelisiert . Die vier gleichartig ausgebildeten Laserdioden 3' sind an den Ecken eines fiktiven Quadrats angeordnet und derart ausgerichtet, dass das von den Laserdioden 3 ' emittierte Licht mit einem Einfallswinkel von Null Grad auf die Mantelfläche 121' des kegelförmigen Abschnitts 12' der TIR-Optik 1' trifft. The four laser diodes 3 'of the lighting device according to the second embodiment of the invention are each ¬ weils designed such that they generate light having a Wel ¬ lenlänge from the spectral range of the violet and blue light, corresponding to the wavelength range of 380 nm to 490 nm. The four laser diodes 3 'may optionally each have a collimator lens (not shown) arranged according to ¬ , which parallelizes the light emitted by the respective laser diode 3'. The four identically formed laser diodes 3 'are arranged at the corners of a notional square and aligned such that the light emitted by the laser diode 3' with a light Incident angle of zero degrees on the lateral surface 121 'of the conical portion 12' of the TIR optics 1 'meets.
In Figur 3 ist der Verlauf der Lichtstrahlen anhand von zwei Lichtstrahlen LI ' , L2 ' , die von einer der vier La- serdioden 3' emittiert werden, schematisch dargestellt. Die von der Laserdiode 3 ' emittierten Lichtstrahlen LI ' , L2 ' verlaufen parallel und treffen mit einem Einfallswinkel von Null Grad auf die Mantelfläche 121' der TIR-Optik 1' auf. An der Stirnfläche 110' der TIR-Optik 1' treten die Lichtstrahlen LI', L2 ' mit einem Brechungswinkel, der größer ist als ihr Einfallswinkel auf der Stirnfläche 110', in den Silikonkleber 20' über. Der Einfallswinkel der Lichtstrahlen LI', L2 ' auf die Stirnfläche 110' der TIR-Optik 1 ' ist größer als der Grenzwinkel Θ der Total- reflexion der TIR-Optik 1 ' für den Übertritt des Lichts in Luft. Aufgrund des vergleichsweise hohen Brechungsin¬ dex des Silikonklebers 20' findet an der Stirnfläche 110' keine Totalreflexion der Lichtstrahlen LI', L2 ' statt. Beim Eindringen in die LeuchtstoffSchicht 21' werden die Lichtstrahlen LI', L2 ' an den Leuchtstoffpartikeln gestreut und ein Teil des Lichts wird in gelbes Licht kon¬ vertiert. Durch Streuung an den Leuchtstoffpartikeln der LeuchtstoffSchicht 21' wird das Licht in viele unter¬ schiedliche Richtungen abgelenkt, so dass weißes Licht, sogenanntes weißes Mischlicht, das eine Mischung von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist, das Lichtwellenlängenkonversionselement 2' an seiner mit der LeuchtstoffSchicht 21' versehenen Seite verlässt. Dieser Sachverhalt ist in Figur 3 nicht darge- stellt. Die mit dem Lichtwellenlängenkonversionselement 2' versehene Stirnfläche 110' hat eine Größe im Bereich von 1 mm2 bis 5 mm2 und dient als Lichtquelle, die bei¬ spielsweise im Fokus eines Reflektors, insbesondere eines Kraftfahrzeugscheinwerferreflektors angeordnet ist. Bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung berechnet sich der Grenzwinkel Θ aus dem Brechungsindex nl für Luft und dem Bre¬ chungsindex n2 für das Saphirmaterial der TIR-Optik 1 ' zuFIG. 3 diagrammatically shows the course of the light beams on the basis of two light beams LI ', L2' which are emitted by one of the four laser diodes 3 '. The light beams LI ', L2' emitted by the laser diode 3 'run parallel and impinge on the lateral surface 121' of the TIR optical system 1 'with an angle of incidence of zero degrees. At the end face 110 'of the TIR optic 1', the light beams LI ', L2' pass into the silicone adhesive 20 'at a refraction angle which is greater than their angle of incidence on the end face 110'. The angle of incidence of the light rays LI ', L2' on the end face 110 'of the TIR optics 1' is greater than the critical angle Θ of the total reflection of the TIR optics 1 'for the passage of the light in air. Due to the comparatively high Brechungsin ¬ dex of the silicone adhesive 20 'is at the end face 110' no total reflection of the light beams LI ', L2' instead. When entering the phosphor layer 21 ', the light beams LI', L2 'scattered by the phosphor particles and a part of the light is kon ¬ vertiert in yellow light. 'The light is deflected in many of ¬ schiedliche directions so that white light, so-called white mixed light, which is a mixture of non-converted blue light and Converted yellow light, the light wavelength conversion member 2' by scattering by the phosphor particles of the phosphor layer 21 on its with leaves the phosphor layer 21 'side provided. This situation is not shown in FIG. The with the light wavelength conversion element 2 'provided end face 110' has a size in the range of 1 mm 2 to 5 mm 2 and serves as a light source, which is arranged in ¬ example in the focus of a reflector, in particular a motor vehicle headlight reflector. With the illumination device according to the second embodiment of the invention, the critical angle Θ calculated from the refractive index nl of air and the Bre ¬ chung index n2 of the sapphire material of the TIR optics 1 '
0 =34,6°. Die Lichtstrahlen LI', L2 ' treffen mit einem Einfallswinkel von jeweils 45° auf die Stirnfläche 110' der TIR-Optik 1' auf. Der nach dem snelliuschen Brechungsgesetz berechnete Brechungswinkel der Lichtstrahlen LI', L2 ' beim Übertritt von der TIR-Optik 1' in den Silikonkleber 20' beträgt 56,1°. In Figur 4 ist die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Lichtwel- lenlängenkonversionselement 2' dargestellt. Im Fall des Fehlens des Lichtwellenlängenkonversionselements 2 ' , das heißt im Fall einer teilweise oder vollständig abgelösten Leuchtstoffbeschichtung, werden die Lichtstrahlen LI ' , L2 ' an den Abschnitten der Stirnfläche 110' der TIR-Optik0 = 34.6 °. The light beams LI ', L2' impinge on the end face 110 'of the TIR optics 1' at an angle of incidence of 45 ° in each case. The refractive angle of the light beams LI ', L2' calculated according to the snelliuschen law of refraction when passing from the TIR optics 1 'in the silicone adhesive 20' is 56.1 °. FIG. 4 shows the illumination device according to the second exemplary embodiment of the invention without light wavelength conversion element 2 '. In the case of the absence of the light wavelength conversion element 2 ', that is in the case of a partially or completely detached phosphor coating, the light rays LI', L2 'at the portions of the end face 110' of the TIR optics
1 ' , die keine Leuchtstoffbeschichtung mehr aufweisen, durch Totalreflexion in die TIR-Optik 1 ' zurück reflektiert, weil der Einfallswinkel der Lichtstrahlen LI', L2 ' an der Stirnfläche 110' größer ist als der Grenzwinkel Θ der Totalreflexion der TIR-Optik 1 ' für den Übergang des Lichts in Luft. Die Lichtstrahlen LI', L2 ' können daher die TIR-Optik 1' an der Stirnfläche 110' nicht verlassen. Die Erfindung beschränkt nicht auf die oben näher erläu¬ terten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beispielsweise können statt der Laserdioden 3, 3', die blaues Licht emittieren, Laserdioden verwendet werden, die zum Bei- spiel ultraviolette Strahlung emittieren, die mittels mindestens eines Lichtwellenlängenkonversionselements in weißes oder farbiges Licht konvertiert wird. Alternativ können auch unterschiedliche Laserdioden verwendet wer¬ den, die verschiedenfarbiges Licht emittieren und so an- geordnet sind, dass sich das farbige Licht der Laserdio¬ den zu weißem Licht mischt. Als weitere Alternative kön¬ nen statt der Laserdioden 3, 3' auch Faserlichtquellen, insbesondere Faserlaser verwendet werden. 1 ', which no longer have a phosphor coating, is reflected back into the TIR optics 1' by total reflection because the angle of incidence of the light rays LI ', L2' on the end face 110 'is greater than the critical angle Θ of the total reflection of the TIR optic 1'. for the transition of light into air. The light beams LI ', L2' can therefore not leave the TIR optic 1 'on the end face 110'. The invention is not limited to the above in more detail erläu ¬ failed embodiments of the invention. For example, instead of the laser diodes 3, 3 ', which emit blue light, laser diodes can be used which, for example, emit ultraviolet radiation which is converted into white or colored light by means of at least one light wavelength conversion element. Alternatively, different laser diodes can be used to ¬ that emit light of different colors and are ordered so check that the colored light of the Laserdio ¬ the mixes to form white light. Be used as a further alternative Kings ¬ nen instead of laser diodes 3, 3 'and fiber light sources, in particular fiber lasers.
Die TIR-Optiken 1, 1' gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung können um die Kegelstumpfachse des kegelstumpfartigen bzw. die Kegelachse des ke¬ gelförmigen Abschnitts 12, 12' der TIR-Optik 1, 1' drehbar gelagert sein, um die Lichteinkopplung in die TIR- Optik und die Wärmeverteilung in der TIR-Optik zu homogenisieren . The TIR optics 1, 1 'according to the first and second embodiments of the invention can be rotatably mounted around the truncated cone axis of the truncated cone or the cone axis of the tapered ¬ portion 12, 12' of the TIR optics 1, 1 'to the light coupling to homogenize the TIR optics and the heat distribution in the TIR optics.
Anstelle der TIR-Optiken 1, 1' gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen können auch andere Formen von TIR- Optiken verwendet werden. Weiterhin muss die TIR-Optik nicht unbedingt aus Saphir bestehen. Glas, durchsichtiger Kunststoff und durchsichtige Keramik sind alternative Ma¬ terialien für die TIR-Optik. Instead of the TIR optics 1, 1 'according to the preferred embodiments, other forms of TIR optics may be used. Furthermore, the TIR optic does not necessarily consist of sapphire. Glass, transparent plastics and transparent ceramics are alternative Ma ¬ terialien for the TIR optics.
Der Leuchtstoff muss nicht unbedingt mittels Klebstoff auf der TIR-Optik fixiert sein. Alternativ kann der Leuchtstoff beispielsweise aufgesprengt oder aufgesintert oder mittels Wasserstoffbrückenverbindungen auf der TIR- Optik fixiert sein. Als weitere Alternativ kann die LeuchtstoffSchicht auch auf einer auf der TIR-Optik ange¬ brachten Indium-Zinnoxid-Schicht ( ITO-Schicht ) elektro- phoretisch abgeschieden sein. The phosphor does not necessarily have to be fixed to the TIR optic with glue. Alternatively, the phosphor can be blown up or sintered, for example or be fixed by means of hydrogen bonds on the TIR optics. As a further alternative, the phosphor layer can be electrophoretically deposited onto a is on the TIR optics ¬ brought indium tin oxide layer (ITO layer).
Der Einfallswinkel des Laserlichts auf die TIR-Optik muss nicht, wie bei den beiden Ausführungsbeispielen, Null Grad betragen. Es sind auch andere Einfallswinkel mög¬ lich. Außerdem darf die Laserstrahlung auch eine gewisse Divergenz aufweisen. Kollimatorlinsen sind, wie bereits oben erwähnt, optional. The angle of incidence of the laser light on the TIR optics need not be zero degrees, as in the two embodiments. There are also other angles of incidence mög ¬ Lich. In addition, the laser radiation may also have a certain divergence. Collimator lenses are, as mentioned above, optional.

Claims

Ansprüche claims
Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Laserlichtquelle (3; 3') und mindestens einer Optik (1; 1 ' ) , in die Licht von der mindestens einen Laser¬ lichtquelle (3; 3') eingekoppelt wird, sowie min¬ destens einem Lichtwellenlängenkonversionselement dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Optik (1; 1') als TIR-Optik ausgebildet ist und das mindestens eine LichtwellenlängenkonversionselementLighting unit having at least one laser light source (3; 3 ') and at least one optical system (1; 1') into which light from the at least one laser ¬ light source (3; 3 ') is coupled, and min ¬ least in a light wavelength conversion element by the at least one optical system (1; 1 ') is designed as a TIR optical system and the at least one optical wavelength conversion element
(2; 2') auf einer Oberfläche (120; 110') der TIR- Optik (1; 1') derart angeordnet ist, dass von der mindestens einen Laserlichtquelle (3; 3') emittier¬ tes und in die mindestens eine TIR-Optik (1; 1') eingekoppeltes Licht an dieser Oberfläche (120; 110') in das Lichtwellenlängenkonversionselement'Is arranged such that, of the at least one laser light source (3; 3) (2; 2') on a surface (120; 110; ') of the TIR optics (1: 1)' emittier ¬ tes and in the at least one TIR Optics (1, 1 ') coupled light at this surface (120, 110') in the light wavelength conversion element
(2; 2') übertritt, wobei die mindestens eine Laser¬ lichtquelle (3; 3') und die mindestens eine TIR- Optik (1; 1') derart zueinander ausgerichtet sind, dass das an der vorgenannten Oberfläche (120; 110') in das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversi- onselement (2; 2') übertretende Licht mit Einfalls¬ winkeln auf diese Oberfläche (120; 110') auftrifft, die größer oder gleich einem Grenzwinkel Θ sind, der wie folgt definiert ist:
Figure imgf000021_0001
(2; 2 ') crossing, wherein the at least one laser ¬ light source (3; 3') and the at least one TIR optics (1; 1 ') are aligned to one another such that (at the aforesaid surface 120; 110' ) in the at least one Lichtwellenlängenkonversi- onselement (2; '() on passing light having incidence angles ¬ on this surface 120; 110' 2) is incident, which are greater than or equal to a critical angle Θ, which is defined as follows:
Figure imgf000021_0001
wobei nl der Brechungsindex von Luft ist und n2 der Brechungsindex der mindestens einen TIR-Optik an der vorgenannten Oberfläche ist. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die TIR-Optik (1; 1') aus Saphir, Glas oder durchsichtigem Kunststoff oder durchsichtiger Keramik oder durchsichtigem Kristall besteht. where nl is the refractive index of air and n2 is the refractive index of the at least one TIR optic on the aforementioned surface. Lighting device according to claim 1, wherein the TIR optic (1; 1 ') consists of sapphire, glass or transparent plastic or transparent ceramic or transparent crystal.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Lichtwellenlängenkonver- sionselement (2; 2') Leuchtstoff (21; 21') umfasst. Lighting device according to claim 1 or 2, wherein the at least one Lichtwellenlängenkonver- sion element (2, 2 ') phosphor (21, 21').
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei das mindestens eine LichtwellenlängenkonversionselementLighting device according to claim 3, wherein the at least one light wavelength conversion element
(2; 2') zusätzlich Klebstoff zur Fixierung des Leuchtstoffs umfasst. (2, 2 ') additionally comprises adhesive for fixing the phosphor.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Leuchtstoff als Leuchtstoffbeschichtung auf einer Oberfläche der TIR-Optik ausgebildet ist. Lighting device according to claim 3 or 4, wherein the phosphor is formed as a phosphor coating on a surface of the TIR optics.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei auf der Leuchtstoffbeschichtung (21) eine verspiegelte Metallschicht (22) angeordnet ist . Lighting device according to one of claims 3 to 5, wherein on the phosphor coating (21) a mirrored metal layer (22) is arranged.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine Laserlichtquelle als Faserlaser oder Laserdiode ausgebildet ist. Lighting device according to one of claims 1 to 6, wherein the at least one laser light source is designed as a fiber laser or laser diode.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Laserlichtquelle als Laserdiode (3; 3') ausgebildet ist, die elekt¬ romagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm erzeugt, und wobei das min¬ destens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (2; 2') derart ausgebildet ist, dass ein Teil der von der mindestens einen Laserdiode (3; 3') erzeug¬ ten elektromagnetischen Strahlung beim Passieren des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversions- elements (2; 2') in elektromagnetische Strahlung mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert wird. Lighting device according to one of claims 1 to 7, wherein the at least one laser light source as a laser diode (3, 3 ') is formed, which generates elekt ¬ romagnetische radiation from the wavelength range of 380 nm to 490 nm, and wherein the min ¬ least one light wavelength conversion element 'Is formed such that a portion of the at least one laser diode (3; 3); (2 2)' erzeug ¬ th electromagnetic radiation upon passing the at least one Lichtwellenlängenkonversions- elements (2; 2 ') into electromagnetic radiation with a dominant Wavelength from the wavelength range of 560 nm to 590 nm is converted.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Beleuchtungseinrichtung als Bestandteil eines Fahrzeugscheinwerfers ausgebildet ist . Lighting device according to one of claims 1 to 8, wherein the illumination device is formed as part of a vehicle headlight.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Anspürüche 1 bis 9, wobei die TIR-Optik rotationssymmetrisch bezüglich einer Rotationsachse ausgebildet und dreh¬ bar um ihre Rotationsachse gelagert ist. Lighting device according to one of the detection 1 to 9, wherein the TIR optics is rotationally symmetrical with respect to a rotational axis and rotatably mounted ¬ bar about its axis of rotation.
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