WO2015014513A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit leuchtstoffrad und anregungsstrahlungsquelle - Google Patents

Beleuchtungsvorrichtung mit leuchtstoffrad und anregungsstrahlungsquelle Download PDF

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lighting device
radiation
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Ulrich Hartwig
Klaus Finsterbusch
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Osram GmbH
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    • H04N9/3161—Modulator illumination systems using laser light sources

Definitions

  • the invention is based on a lighting device with an excitation radiation source and a phosphor wheel for converting at least part of the excitation radiation into wavelength-converted radiation, the latter usually in the visible range of the electro ⁇ magnetic spectrum ("conversion light").
  • Such lighting device can be used especially as a light-generating unit in a projek ⁇ gate, for example, for video projectors or data projectors.
  • the invention also relates to a method for operating the lighting device according to the invention.
  • lighting devices for projection applications which have a disc-shaped phosphor wheel with one or more phosphors.
  • These lighting devices comprise here a source of excitation radiation which excites the phosphor to emit light having a wavelength of theisstrahlungs- different wavelength (Wellenlän ⁇ gene conversion of the excitation radiation by means of fluorescent).
  • the phosphors are arranged aufei ⁇ ner side of the phosphor wheel aufei ⁇ following one another in the rotational direction, so that the light emitted by the respective phosphor light (converted light) time lent generated sequentially and the imaging system is supplied.
  • the excitation radiation source used is preferably lasers, for example laser diodes.
  • the technology is also known as LARP ("Laser Activated Remote Phosphor").
  • the document CN 102385233 A shows aumpssvor ⁇ direction for a projector with an excitation laser, a phosphor wheel for wavelength conversion of the excitation laser light in conversion light and a filter wheel, for the spectral filtering of the conversion light.
  • the excitation laser light is directed onto the phosphor wheel with the aid of a dichroic mirror.
  • the conversion light reflected back from the phosphor wheel passes through the dichroic mirror and impinges on the filter wheel.
  • the excitation laser light can pass through a transparency segment in the phosphor wheel and is fed to the dichroic mirror via a wrap-around loop.
  • the dichroic mirror reflects the excitation laser light to the filter wheel.
  • the filter wheel and the phosphor wheel are arranged on a common axis and thus rotate synchronously at the same speed. In this way the conversion of light sequentially generated by a phosphor segment of Leuchtstoffrads from a supply parent filter segment of the filter wheel is spectrally gefil ⁇ tert.
  • the document EP 2 530 520 AI discloses a lighting ⁇ device for use in a projector.
  • the illumination device has a phosphor wheel which is coated on one side and which consists of a transparent circular disc-shaped carrier material, the front is coated to three quarters with different phosphors.
  • the uncoated quarter serves as a transparent segment.
  • the laser radiation is blasted through and deflected by mirrors on the back of the phosphor wheel.
  • the laser beam passes through the transparent carrier material and excites a blue phosphor applied behind it on the front in a quarter segment to emit blue light.
  • the blue phosphor conversion he ⁇ thus follows in transmission.
  • the other two quarter segments are coated with green phosphor.
  • the green fluorescent conversion takes place here in reflection.
  • a reflection layer is he ⁇ conducive between each phosphor layer and the transparent support material, so that the converted from the respective fluorescent light can be emitted from the front side and combined in a common direction. Otherwise, a portion of the converted light would be lost through the transparent substrate in the opposite direction.
  • the blue phosphor segment transmission mode
  • red light is mixed in by a separate light emitting diode (LED).
  • a lighting device for use in a projector.
  • a phosphor wheel runs in egg ⁇ nem slot in a curved reflector through its focal point.
  • the phosphor wheel has bilateral, ie on both sides the usually circular carrier disk of the phosphor wheel, a phosphor provided with area. This should he be ⁇ höht the light intensity of the arrangement.
  • two separate excitation radiation sources are provided for this purpose, with each of the two sides of the phosphor wheel being irradiated through corresponding openings in the reflector in the region of the focal point with the aid of one excitation radiation source each.
  • the object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and to specify a lighting device, in particular a lighting device for projection applications, with the most efficient, compact and cost-effective design possible.
  • Another aspect of the invention is the ability to generate a time-sequenti ⁇ elle sequence of differently filtered light conversion even without filter, but with Minim ⁇ least a static filter, in contrast to the prior art.
  • aumpssvorrich ⁇ tung comprising an excitation radiation source for the emission of excitation radiation, a Leuchtstoffrad comprising a carrier substrate having a front and ei ⁇ ner back, wherein the Leuchtstoffrad is arranged in a Strah ⁇ beam path of the excitation radiation so that the Excitation radiation can reach the front
  • the phosphor wheel further comprises: at least one arranged on the front phosphor for irradiation with excitation radiation and Wavelength conversion of the excitation radiation in wavelength-converted radiation, at least one disposed on the back of phosphor for irradiation with excitation radiation, and wavelength conversion of the excitation radiation in wavelength-converted radiation, egg ⁇ NEN first transparent for the excitation radiation range which is adapted that the excitation radiation reach the back can
  • the Be ⁇ lighting device further comprises an optical device which is adapted to deflect the irradiating the front side of the support substrate and through its first transmissive region radiating excitation radiation to
  • the object is achieved in terms of their aspects for operating the lighting device according to the invention by a method having the features of the independent method claim.
  • the features described below for the inventive lighting ⁇ device and its possible embodiments, advantages and modes of operation apply, where applicable, in an analogous manner for the inventive method and vice versa.
  • the basic idea of the present invention is to provide in each case at least one phosphor on both sides of a disc-shaped phosphor wheel, that is to say both on the "front side” and on the opposite “back side”, and to excite these two-sided phosphors sequentially in time, ie Front and back of this "bilateral Leuchtstoff ⁇ wheel" alternately to be irradiated with the excitation radiation.
  • the conversion of the excitation radiation into conversion light preferably takes place from a shorter wavelength to a longer wavelength ("down conversion"), since this requires no additional energy.
  • the wavelength of the radiation Anre ⁇ supply is therefore shorter than the wavelengths of light conversion in this case.
  • the excitation radiation of the excitation radiation source may comprise a blue laser radiation and / or blue-violet and / or ultraviolet laser radiation.
  • a blue laser radiation as excitation radiation has the advantage that a part can be used unconverted as blue light (wrap-around light path).
  • a blue phosphor for the blue light channel is not necessary in this case.
  • a suitable laser device may in particular comprise ⁇ Minim least a semiconductor laser, in particular diode lasers or laser diode. Also, a plurality of similar and / or different laser diodes can be operated in groups together, eg as a stack ("laser stack") or matrix.
  • the wavelength conversion can be based, for example, on fluorescence or phosphorescence.
  • the phosphor regions may be the same or different on the front side and on the rear side of the carrier substrate of the phosphor wheel, depending on the application.
  • the phosphors on the front and back as well as at least one permeable region of the support substrate that is provided for irradiating the back print ⁇ te be formed as an annular segments ⁇ .
  • the two-sided annular segments can be arranged on the front or back on different radii. This gives you more freedom for the different design of the phosphor segments. If the two-sided annular segments are at the same radius, the phosphor segments on both sides are necessarily the same size for the same angular extent.
  • the carrier substrate on a first permeable for at ⁇ excitation radiation area.
  • the excitation radiation striking the front side can be deflected through the permeable region and onto the rear side.
  • the excitation radiation is irradiated temporally sequentially onto the front side or rear side of the phosphor wheel.
  • an additional path for the excitation radiation ⁇ provided that excitation radiation is blue light and the Leuchtstoffrad comprises two further transit permeable segment (Wrap-Around-light path).
  • one or both conversion light paths comprise a static filter (wavelength or polarization filter).
  • a chronologically sequential sequence of differently filtered conversion light is possible even without a filter wheel, instead with at least one static filter.
  • a green fluorescent ⁇ and on the back of Leuchtstoffrads a yellow phosphor may be provided on the front side.
  • the broadband conver- Although the spectrum of the yellow phosphor has its center of gravity in the yellow spectral range, it also has wing-like edge regions in the red spectral range. Therefore, for example, the yellow light converted at the rear can be filtered by a suitable filter to red light. The green light converted on the front can be filtered differently or remain spectrally unfiltered.
  • a yellow phosphor and on the back of the phosphor wheel a green and a red phosphor can be provided on the front.
  • a suitably designed band-stop filter which filters out the longer wavelengths of the green conversion light and the shorter wavelengths of the red conversion light, the spectrum of the rear conversion light can be changed so that the color space spanned thereby is widened.
  • static filters at locations can be arranged, at which the light is nearly pa rallel ⁇ .
  • steep filter edges can be converted by dichroic layers.
  • no spoke effect caused by a filter wheel passesage of the excitation beam through the transition rotating from one to the other color filter segment) occurs.
  • the first or even each region which is permeable to the excitation radiation in the phosphor wheel can be formed by an opening in the carrier substrate, for example in the form of a perforated circular ring segment.
  • the opening can also be filled with transparent or translucent material.
  • the carrier substrate may optionally have second and third excitation radiation transmissive regions which are preferred for a wrap-around light path for that in this case blue excitation light are provided.
  • the two additional transmissive regions are designed such that the excitation radiation irradiating the front side of the carrier substrate can radiate through the second transmissive region of the carrier substrate.
  • the first and / or another or also each permeable region can also be provided with a color or polarization filter or a polarization-rotating optical element.
  • the optical device may comprise a dichroic mirror rule, which branches the light emitted from a phosphor on the back of the support substrate of the Leuchtstoffrads conversion light from the opposing Anre ⁇ supply radiation.
  • the dichroic mirror is reflective for the excitation radiation and designed to be transmissive for the opposite rear-side conversion light. In this case, the back side ⁇ conversion light therefore no longer have to go through are directed back through the first permeable portion of the carrier substrate.
  • the optical device preferably comprises at least one optical element which acts as a deflection mirror for the excitation radiation and the rear-side conversion light.
  • a filter element can be arranged in the beam path of the conversion light emitted by the rear side of the carrier substrate, ie in the rear-side conversion light path.
  • the filter element can be designed as a wavelength and / or polarization-dependent filter.
  • an optical element can be arranged in the beam path between excitation radiation source and front side of the carrier substrate of the phosphor wheel, ie in the front-side conversion light path, which branches off the conversion light in a direction different from the opposite excitation radiation direction.
  • the op ⁇ diagram element can be designed as a dichroic mirror that transmits the excitation radiation and reflects the light conversion or vice versa.
  • the spectrum of the conversion light can also be changed as needed by this dichroic mirror.
  • an optical integrator for feeding in and spatially homogenizing the conversion light and optionally in addition to the excitation light can be provided.
  • the lighting device described above may be used in a projector, for example.
  • the light sequentially generated is usually directed into ei ⁇ NEN optical integrator and from there to an imaging unit.
  • the imaging unit is synchronized with the phosphor wheel.
  • the color sub-images are projected onto a projection surface by means of projection optics.
  • a method for operating the lighting device according to the invention comprises the following method steps :
  • Front Panel conversion phase irradiating the min ⁇ least one disposed on the front side of the carrier substrate of the rotating Leuchtstoffrads phosphor with the excitation radiation,
  • Back conversion phase irradiating the ers ⁇ th permeable segment from the front with deflection of the excitation radiation and the transmitted excitation radiation on the at least one disposed on the backside of the support substrate of the rotating Leuchtstoffrads phosphor.
  • the front and sequentially generated due to the rotating Leuchtstoffrads back conversion light and op ⁇ tional addition the blue excitation light can be via optical elements, such as deflection and / or dense roitician mirror and lenses, merged into a common Rich ⁇ processing and, for example, in an opti ⁇ controlled integrator.
  • FIG. 1 shows a lighting device with a double-sided phosphor wheel according to a first embodiment ⁇ example
  • FIG. 2a shows the front side of the phosphor wheel according to FIG.
  • FIG. 3 shows the illumination device according to FIG. 1 with optical lenses
  • FIG. 4 shows a lighting device with a double-sided phosphor wheel according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a lighting device with a double-sided phosphor wheel in a variant adapted for 3D projection
  • 6a shows the front side of the phosphor wheel according to FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a lighting device 100 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the optical lenses for beam shaping customary in such devices are not shown in FIG. 1 (see however FIG. 3).
  • the optical beam paths are indicated only schematically.
  • the illumination device 100 has a laser device 101 as an excitation radiation source.
  • the Laservor ⁇ device 101 is adapted to emit laser light in the blue spectral range, as this is a suitable excitation wavelength on the one hand for most phosphors. On the other hand, this enables the use of the unconverted blue laser light (wrap-around light path) as a blue light channel (B), for example for ei ⁇ ne RGB Proj etechnischsillon.
  • the emission wavelength of the blue laser radiation 1 is preferably in the range of, for example, approximately 400-470 nm.
  • the excitation radiation source 101 may be formed, for example, as a laser diode matrix having a plurality of laser diodes.
  • the Leuchtstoffrad 102 has a circular disk-shaped Trä ⁇ gersubstrat 7 having a perpendicular thereto and centered reasonable arranged axis of rotation 8.
  • the carrier substrate 7 is made of metal, for example, in order to be able to dissipate the lost heat from the phosphor conversion.
  • FIGS. 2a 2b overall accepted that the Leuchtstoffrad 102 in a schematic representation, showing specifically the front 5 and back print ⁇ te 6.
  • Front ⁇ side 5 of the support substrate 7 of the phosphor wheel 102 has an annular region which is divided into six annular segments 5a-5e and 5a ⁇ .
  • the three segments 5a, 5a and 5b ⁇ are made transparent for the blue laser light 1 in the form of through holes in the metallic support substrate.
  • 5c-5e segments are coated with phosphor, wherein ⁇ play for sequential wavelength conversion of the blue laser light 1 in yellow (using Yellow ⁇ phosphor), green (using green fluorescent) or cyan-colored light (by means CyanleuchtStoff).
  • the phosphor segments 5c to 5e can have the same phosphor or else different ones.
  • the irradiated from the laser light 1 while the rear Konversi ⁇ onsphase plane rear side 6 of the support substrate 7 of the Leuchtstoffrads 102 also has an annular area which is divided into six annular segments 6a-6e and 6a ⁇ .
  • the segment 6c is, for example, with one Gelblendstoff coated.
  • the phosphor segments 6d and 6e may have the same phosphor or under Kunststoffli ⁇ che. In operation, the blue laser light 1 strikes during a corresponding rotation phase of the rotating one
  • the backscattered converted light 2 converted from the just irradiated phosphor segment of the front side is reflected by the dichroic mirror 10 out of the laser light path 1 towards the light output L for the further application Use.
  • the spectrum of the converted light 2 can be influenced in a targeted manner by the design of the spectral properties of the dichroic mirror 10, the light color thus being changed as needed.
  • the dichroic mirror 10 may be reflective to the blue laser light 1 and transmissive to the converted light 2. Then La ⁇ serlichtetti 101 and the light output L should places tau ⁇ rule and the tilt angle of the dichroic mirror 10 to be adjusted (not shown).
  • the blue laser light 1 strikes the transparent segment 5b (or 6b) during a corresponding rotation phase of the rotating phosphor wheel 102, it is deflected by two mirrors 11, 12 onto the rear side of the phosphor wheel. During this rear conversion phase, the redirected blue laser light 1 strikes the rotating backside phosphor segments 6c. 6e.
  • the converted light 3 (rear conversion light) backscattered by the backside phosphor segments 6c-6e travels the same light path back to the dichroic mirror 10, where it is reflected out of the laser light path 1 toward the light output L.
  • a wavelength filter 9 is preferably arranged in the rear-side light path in order to modify the spectrum of the back-converted light 3 in the desired manner, ie to obtain light 4 with changed light color after passing through the wavelength filter 9.
  • converted from the yellow fluorescent segment 6c broadband conversion light can be filtered by the wavelength filter 9 to red light (the Konversionslichtspekt ⁇ rum of the yellow phosphor has indeed in the yellow areas of the spectrum ⁇ rich its center of gravity, but has on both sides erielar ⁇ term edge regions in this way green or red areas of the spectrum ⁇ rich in on).
  • the spectrum of the rear and optionally converted Filtered ⁇ th light 4 may be further modified by the suitably designed spectral characteristics of the dichroic mirror 10 as desired in addition.
  • Meets the blue laser light 1 while a corresponding ⁇ the rotation phase of the rotary Leuchtstoffrads 102 on the front side of the transparent segment 5a or after a 180 ° rotation of the Leuchtstoffrads 102 to the trans ⁇ parente segment 5a radiates it therethrough is via the two mirrors 11, 12 on the back other trans ⁇ parent segment 6a ⁇ (or 6a) deflected and radiates through This also back to the front of the phosphor wheel 102.
  • About another mirror 13, the again through the phosphor wheel 102 through it stray ⁇ ing blue laser light 1 is directed back to the dichroic mirror 10 and passes through this to the light output L ("Wrap-Around" Light path for the blue laser light 1).
  • FIG. 3 shows the device 100, which has already been shown in simplified form in FIG. 1, here now with optical lenses for beam shaping.
  • the laser device 101 is formed, for example, as an 8 by 4 matrix of blue laser diodes 103 including primary lenses.
  • Each of the 8 rows of 4 laser diodes is assigned a staircase mirror element 104, which deflects the blue laser light by 90 ° in the direction of the phosphor wheel 102.
  • the cross-sectional area of the laser beam is compressed.
  • a homogenizer 202 is arranged in order to achieve the most uniform possible power density distribution of the blue laser light 1 on the phosphor segments of the phosphor wheel 102.
  • the collimated and homogenized laser light is focused by means of a focusing lens group 203 on the front side of the phosphor wheel 102 (the laser focus does not necessarily have to be exactly on the front side).
  • This focusing lens group 203 also collects and collimates that on the front side of the phosphor wheel 102 of FIG the phosphor segments 5c-5e converted Retired ⁇ scattered light (front-side conversion light) that is coupled out by the dichroic mirror 10 to the light output L.
  • a focusing lens 204 finally focuses the coupled-out light into a rod-shaped optical integrator 205.
  • the laser light focused from the front side of the phosphor wheel 102 through a light-transmissive segment is collimated by another lens group 206.
  • This lens group 206 also serves to focus the converted light (rear conversion light) backscattered by a phosphor segment on the back surface of the phosphor wheel 102 through a transmissive segment.
  • the further light path of the rear-converted light then corresponds to demjeni ⁇ gene of the front-converted light.
  • Another focusing lens group 207 focuses the laser light collimated by the other lens group 206 onto the back surface of the phosphor wheel 102.
  • This further focusing lens group 207 also serves - similar to the focusing lens group 203 on the front side - which has converted from the phosphor segments on the back side of the phosphor wheel 102 to collect and collapse returning light.
  • the focusing lens 207 further still, the blue laser light from the rear side to focus ⁇ by a Sieren licht fashionläs ⁇ Siges segment of Leuchtstoffrads 102 therethrough is used.
  • This transmitted blue laser light is collimated via a further lens system 208 and the dichroic mirror 10 to ⁇ recycled via a deflecting mirror 13 ( "wrap-around" light path).
  • the wrap-around light path may be passed around the "upper" end of the phosphor wheel (not shown, therefore, for further explanation with reference to Fig. 1).)
  • the light path of the laser light into a light path for the backside irradiation and a light path to split the Umstrahlung of Leuchtstoffrads is polarized laser light pre see ⁇ .
  • the deflection mirror 12 is designed polarization-dependent for the laser light, beispiels- example for S-polarized light reflective and polarized for P- light transmissive.
  • a translucent segment in the phosphor wheel is provided with a ⁇ / 2 filter, S-polarized blue laser light is then first converted into P-polarized light in the ⁇ / 2 filter segment and is then transmitted by the mirror 12.
  • Das P-polarized blue light is of an additional order ⁇ steering mirror to the Leu
  • the fuel wheel 102 is guided around and steered via an offset deflection mirror 13 onto the dichroic mirror 10.
  • the mirrors 11 and 12 on the back of the phosphor ⁇ wheel 102 and the wavelength filter 9 may alternatively be replaced by a dichroic coated elliptical reflector and / or suitable dichroic coated free-form reflector (not shown).
  • the transparent for the blue laser light segments be Kgs ⁇ NEN also be partially equipped with color or polarization filters or polarization-rotating optical elements.
  • both the blue laser light and the converted light can be further manipulated.
  • 4 shows a schematic representation of a lighting device 110 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the light path for the rear-converted light 3, 4 is varied from the structure shown in FIG.
  • the mirror 11 is now ⁇ dichroic as a (second) mirror (high reflection (HR) 445-470 nm, and anti-reflection (AR) 480-750 nm) ⁇ out leads, which reflects the blue laser light Conver ⁇ oriented (and however, light 4 filtered by the wavelength filter 9 is transmitted.
  • HR high reflection
  • AR anti-reflection
  • the rear-converted light 4 does not pass through the phosphor wheel 102 in this Vari ⁇ ante. Rather, the back-converted light 4 is deflected away from the laser light path 1 via the second dichroic mirror 11 ⁇ .
  • a deflection mirror 14 and a further (third) dichroic mirror 15 are provided for the spatial merging of the converted light originating from the front and rear.
  • the deflecting mirror 14 deflects the front-side converted light 2 and the blue laser light 1 from the wrap-around light path to the reflection side of the third dichroic mirror 15.
  • the rear-converted light 4 is transmitted via the transmission side of the third dichroic mirror 15 with the blue Laser light 1 and the front side converted light 2 merged.
  • the front-side converted light 2 and the rear-converted light 4 can be spectrally filtered independently of each other.
  • the spectral filtering of the back-converted light 4 can be carried out by the wavelength filter 9 and / or the spectral properties of the second dichroic mirror 11 ⁇ .
  • the illumination device 110 is adapted to generate a temporal sequence of red and green converted light with a phosphor wheel.
  • a green phosphor and provided on the back page ⁇ a yellow phosphor may for example be on the front of Leuchtstoffrads.
  • the green light converted on the front side can be spectrally changed as required by the first dichroic mirror 10.
  • the converged yellow light originating from the rear side is filtered by the second dichroic mirror 11 ⁇ to red light.
  • the illumination device 110 can be used in particular for 3D projection displays.
  • the user requires spectacles which are matched with the spectral properties or polarization properties of the exciting laser light and the filters or dichroic mirrors.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a lighting device 120, which essentially corresponds to the lighting device 110 shown in FIG. 4, but is specially adapted to the aforementioned interference filter method for 3D projection.
  • the excitation radiation source 121 comprises two laser types which emit laser radiation with two different laser wavelengths, for example 450 nm and 465 nm, wherein the two laser types are switched electronically sequentially. Since the laser light is narrow-band enough, no wave ⁇ length filters are required.
  • the first dichroic mirror 10 is designed to be transparent to the laser light (AR 445 nm - 470 nm). The filters of the 3D glasses only let through the respectively provided for the left and right eye Wel ⁇ len nurse.
  • the front side converted light is adjusted to ei ⁇ ne first filter characteristic of a 3D glasses (e.g., B. for the right eye).
  • the first dichroic mirror ⁇ cal is reflective designed with the first Filtercha ⁇ rakteriding 10, that match the first filter of the 3D glasses.
  • the converted on the front side 5 of the filter wheel 102 light 2a is thus seen from the first dichroic mirror 10 reflects according to the first Filtercharakte ⁇ roxid.
  • the thus filtered, the front side kon ⁇ verted 2b light passes through the deflection mirror 14 to the third dichroic mirror 15, which is also excluded reflective according to the first filter characteristic and the filtered sets, on face converted light reflected 2b spectrally not changed.
  • the rear-converted light is finally adapted to a second filter characteristic of a 3D glasses (eg for the left eye).
  • This second Filtercharak ⁇ terumbling is therefore complementary to the first filter characteristic in the above-stated meaning.
  • the wavelength filter 9 is provided with the same coating as the first and third dichroic mirrors 10 and 15 and arranged at an angle of 45 ° in the light path of the back konver ⁇ - oriented light 3.
  • the WEL reflected lendorfnfilter 9 according to the first Filtercharakte ⁇ rumbling away a portion of the back converted light 3 which is received by an absorber sixteenth
  • the part of the rear-converted light 4 corresponding to the inverted spectrum is, on the other hand, transmitted by the wavelength filter 9, matching the second filter of the 3D glasses.
  • the back-converted light 4 filtered in accordance with the second filter characteristic passes through the second dichroic mirror 11 (HR 445-470 nm and AR 480-750 nm) and is transmitted via the third dichroic mirror 15 (transmissive for inverted spectrum, corresponding to the second filter characteristic). is spatially merged with the blue laser light path (having two laser wavelengths) and the front-converted light 2b filtered according to the first filter characteristic.
  • the first dichroic mirror mirror 10 highly reflective (HR) for 470 nm -700 nm from ⁇ perform and execute only the third dichroic mirror 15 imprinting element as a filter characteristic.
  • HR highly reflective
  • the dichroic mirror 15 sequentially appear all intended light colors filtered with the appropriate filter characteristic.
  • two projection devices two DMD, LCD and Optics
  • 5 a and the double filtering provided there show a suitable phosphor wheel 5 in schematic front and rear view, respectively.
  • Front and back are each divided into six nikringför ⁇ shaped segments 5a-5e and 5a ⁇ and 6a-6e and 6a ⁇ ⁇ .
  • the three segments 5a, 5a and 5b, and ⁇ 6a, 6a and 6b are ⁇ transparently ⁇ leads for the blue laser light.
  • the segments 5c-5e and 6c-6e are coated with green, yellow and red phosphor.
  • the phosphor divisions are the same or at most slightly different on the front and back to possibly compensate for different losses.
  • the angular positions of the mirrors are shown only as an example at 45 ° to the incident light beam and can also be chosen differently.
  • the invention proposes a lighting device (100) with an excitation radiation source (101) and an side phosphor wheel (102). On both sides of the two-sided phosphor wheel (102), ie both on the front side (5) and on the opposite rear side (6), in each case at least one phosphor is provided.
  • the two-sided phosphors are sequentially excited in time.
  • at least one transmissive region is provided in the rotating phosphor wheel, through which the excitation radiation can radiate and can be directed by means of optics (11, 12) onto the phosphor on the rear side (6).

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Abstract

Die Erfindung schlägt eine Beleuchtungsvorrichtung (100) mit einer Anregungsstrahlungsquelle (101) und einem beidseitigen Leuchtstoffrad (102) vor. Auf beiden Seiten des beidseitigen Leuchtstoffrads (102), also sowohl auf der Vorderseite (5) als auch auf der gegenüberliegenden Rückseite (6), ist jeweils mindestens ein Leuchtstoff vorgesehen. Die beidseitigen Leuchtstoffe werden zeitlich sequentiell angeregt. Dazu ist mindestens ein durchlässiger Bereich in dem rotierenden Leuchtstoffrad vorgesehen, durch den die Anregungsstrahlung hindurch strahlen und mittels einer Optik (11, 12) auf den Leuchtstoff auf der Rückseite (6) gelenkt werden kann.

Description

Beschreibung
Beleuchtungsvorrichtung mit Leuchtstoffrad und Anregungs- strahlungsquelle
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Anregungsstrahlungsquelle und einem Leuchtstoffrad zur Umwandlung zumindest eines Teils der Anregungsstrahlung in wellenlängenumgewandelte Strahlung, letztere üblicherweise im sichtbaren Bereich des elektro¬ magnetischen Spektrums („Konversionslicht").
Eine derartige Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere einsetzbar als Licht erzeugende Einheit in einem Projek¬ tor, z.B. für Videoprojektoren oder Datenprojektoren.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise dem Dokument US 2010/0245777 AI, sind Beleuchtungsvorrichtungen für Projektionsanwendungen bekannt, welche ein scheibenförmiges Leuchtstoffrad mit einem oder mehreren Leuchtstoffen aufweisen. Diese Beleuchtungsvorrichtungen umfassen dabei eine Anregungsstrahlungsquelle, die den Leuchtstoff zur Emission von Licht mit einer von der Anregungsstrahlungs- wellenlänge verschiedenen Wellenlänge anregt (Wellenlän¬ genkonversion der Anregungsstrahlung mittels Leuchtstoff) . Üblicherweise sind die Leuchtstoffe auf ei¬ ner Seite des Leuchtstoffrads in Rotationsrichtung aufei¬ nander folgend angeordnet, so dass das von dem jeweiligen Leuchtstoff emittierte Licht (konvertiertes Licht) zeit- lieh sequentiell erzeugt und dem bildgebenden System zugeführt wird.
Als Anregungsstrahlungsquelle werden vorzugsweise Laser, beispielsweise Laserdioden, eingesetzt. In diesem Fall ist die Technologie auch unter der Bezeichnung LARP ("Laser Activated Remote Phosphor") bekannt.
Die Schrift CN 102385233 A zeigt eine Beleuchtungsvor¬ richtung für eine Projektor mit einem Anregungslaser, einem Leuchtstoffrad zur Wellenlängenumwandlung des Anre- gungslaserlichts in Konversionslicht und einem Filterrad, zur spektralen Filterung des Konversionslichts. Das Anregungslaserlicht wird mit Hilfe eines dichroitischen Spiegels auf das Leuchtstoffrad gelenkt. Das vom Leuchtstoffrad zurückgestrahlte Konversionslicht passiert den dichroitischen Spiegel und trifft auf das Filterrad. Durch ein Transparenzsegment im Leuchtstoffrad kann das Anregungslaserlicht passieren und wird über eine Wrap- Around-Schleife dem dichroitischen Spiegel zugeführt. Der dichroitische Spiegel reflektiert das Anregungslaserlicht zum Filterrad. Das Filterrad und das Leuchtstoffrad sind auf einer gemeinsamen Achse angeordnet und drehen so synchron mit der gleichen Geschwindigkeit. Auf diese Weise wird das sequentiell von einem Leuchtstoffsegment des Leuchtstoffrads erzeugte Konversionslicht von einem zu- geordneten Filtersegment des Filterrads spektral gefil¬ tert .
Die Schrift EP 2 530 520 AI offenbart eine Beleuchtungs¬ vorrichtung für die Verwendung in einem Projektor. Die Beleuchtungsvorrichtung weist ein einseitig beschichtetes Leuchtstoffrad auf, das aus einem transparenten kreis- scheibenförmigen Trägermaterial besteht, dessen Vorderseite zu dreiviertel mit verschiedenen Leuchtstoffen beschichtet ist. Das unbeschichtete Viertel dient als transparentes Segment. Durch dieses transparente Segment wird die Laserstrahlung hindurch gestrahlt und über Spiegel auf die Rückseite des Leuchtstoffrads umgelenkt. Dort passiert der Laserstrahl das transparente Trägermaterial und regt einen dahinter auf der Vorderseite in einem Viertelsegment aufgebrachten Blauleuchtstoff zur Emission von blauem Licht an. Die Blauleuchtstoffkonversion er¬ folgt also in Transmission. Die anderen beiden Viertelsegmente sind mit Grünleuchtstoff beschichtet. Die Grün¬ leuchtstoffkonversion erfolgt hier in Reflexion. Allerdings ist zwischen jeder LeuchtstoffSchicht und dem transparenten Trägermaterial eine Reflexionsschicht er¬ forderlich, damit das vom jeweiligen Leuchtstoff konvertierte Licht von der Vorderseite abgestrahlt und in einer gemeinsamen Richtung zusammengeführt werden kann. Andernfalls würde ein Teil des konvertierten Lichts durch das transparente Substrat hindurch in die entgegengesetzte Richtung verloren gehen. Zumindest für das Blauleuchtstoffsegment (Transmissionsmodus) muss die Reflexi¬ onsschicht zudem durchlässig für die Laserstrahlung sein. Für den Rotlichtkanal wird rotes Licht von einer separa- ten Leuchtdiode (LED) zugemischt.
Die Schrift US 2012/0243205 AI offenbart ebenfalls eine Beleuchtungsvorrichtung für die Verwendung in einem Projektor. In einer Variante läuft ein Leuchtstoffrad in ei¬ nem Schlitz in einem gekrümmten Reflektor und zwar durch dessen Brennpunkt. Das Leuchtstoffrad weist beidseitig, d.h. sowohl auf der einen als auch auf der anderen Seite der üblicherweise kreisförmigen Trägerscheibe des Leuchtstoffrads , einen mit Leuchtstoff versehenen Bereich auf. Dadurch soll die Lichtintensität der Anordnung er¬ höht werden. Allerdings sind dazu zwei separate Anre- gungsstrahlungsquellen vorgesehen, wobei jede der beiden Seiten des Leuchtstoffrads durch entsprechende Öffnungen im Reflektor hindurch im Bereich des Brennpunkts mit Hilfe je einer Anregungsstrahlungsquelle bestrahlt wird.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nach- teile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eine Beleuchtungsvorrichtung für Projektionsanwendungen, mit möglichst effizienter, kompakter und kostengünstiger Ausgestaltung anzugeben. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Möglichkeit, im Unterschied zum Stand der Technik eine zeitlich sequenti¬ elle Abfolge von unterschiedlich gefiltertem Konversionslicht auch ohne Filterrad, sondern mit mindes¬ tens einem statischen Filter zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsvorrich¬ tung, umfassend eine Anregungsstrahlungsquelle für die Emission von Anregungsstrahlung, ein Leuchtstoffrad, umfassend ein Trägersubstrat mit einer Vorderseite und ei¬ ner Rückseite, wobei das Leuchtstoffrad in einem Strah¬ lengang der Anregungsstrahlung so angeordnet ist, dass die Anregungsstrahlung auf die Vorderseite gelangen kann, und wobei das Leuchtstoffrad weiterhin Folgendes umfasst: mindestens einen auf der Vorderseite angeordneten Leuchtstoff zur Bestrahlung mit Anregungsstrahlung und Wellenlängenumwandlung der Anregungsstrahlung in wellenlängenumgewandelte Strahlung, mindestens einen auf der Rückseite angeordneten Leuchtstoff zur Bestrahlung mit Anregungsstrahlung und Wellenlängenumwandlung der Anre- gungsstrahlung in wellenlängenumgewandelte Strahlung, ei¬ nen ersten für die Anregungsstrahlung durchlässigen Bereich, der dafür ausgelegt ist, dass die Anregungsstrahlung auf die Rückseite gelangen kann, und wobei die Be¬ leuchtungsvorrichtung weiterhin eine optische Vorrichtung umfasst, die dafür ausgelegt ist, die die Vorderseite des Trägersubstrats bestrahlende und durch dessen ersten durchlässigen Bereich hindurch strahlende Anregungsstrahlung auf die Rückseite des Trägersubstrats umzulenken.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Außerdem wird die Aufgabe hinsichtlich ihrer Aspekte zum Betreiben der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Die im Folgenden für die erfindungsgemäße Beleuchtungs¬ vorrichtung und deren Ausgestaltungsmöglichkeiten beschriebenen Merkmale, Vorteile und Funktionsweisen gelten, soweit anwendbar, in analoger Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf beiden Seiten eines scheibenförmigen Leuchtstoffrads , also sowohl auf der „Vorderseite" als auch auf der gegenüberliegenden „Rückseite", jeweils mindestens einen Leuchtstoff vorzusehen und diese beidseiti- gen Leuchtstoffe zeitlich sequentiell anzuregen, d.h. Vorder- und Rückseite dieses „beidseitigen Leuchtstoff¬ rads" abwechselnd mit der Anregungsstrahlung zu bestrahlen .
Die Umwandlung der Anregungsstrahlung in Konversionslicht erfolgt bevorzugt von einer kürzeren Wellenlänge zu einer längeren Wellenlänge ("Down Conversion" ) , da dies keine zusätzliche Energie benötigt. Die Wellenlänge der Anre¬ gungsstrahlung ist in diesem Fall also kürzer als die Wellenlängen des Konversionslichts. Beispielsweise kann die Anregungsstrahlung der Anregungsstrahlungsquelle eine blaue Laserstrahlung und/oder blauviolette und/oder ultraviolette Laserstrahlung umfassen.
Eine blaue Laserstrahlung als Anregungsstrahlung hat den Vorteil, dass ein Teil unkonvertiert als Blaulicht mit verwendet werden kann (Wrap-Around-Lichtpfad) . Ein Blau¬ leuchtstoff für den Blaulichtkanal ist in diesem Fall al¬ so nicht erforderlich.
Als Anregungsstrahlungsquelle sind Laser aufgrund der da¬ mit möglichen hohen Leistungsdichten besonders bevorzugt. Eine geeignete Laservorrichtung kann insbesondere mindes¬ tens einen Halbleiterlaser, insbesondere Diodenlaser oder Laserdiode, umfassen. Auch können mehrere gleichartige und/oder unterschiedliche Laserdioden in Gruppen zusammen betrieben werden, z.B. als Stapel ("laser Stack") oder Matrix.
Unter einem Leuchtstoff kann jeglicher, insbesondere fes¬ te, Stoff verstanden werden, welcher die Wellenlängenumwandlung ermöglicht. Die Wellenlängenumwandlung kann beispielsweise auf Fluoreszenz oder Phosphoreszenz beruhen. Die Leuchtstoffbereiche können auf der Vorderseite und auf der Rückseite des Trägersubstrats des Leuchtstoffrads gleich oder auch unterschiedliche sein - je nach Anwendungsfall . Vorzugsweise sind die Leuchtstoffe auf der Vorder- bzw. Rückseite sowie der mindestens eine durchlässige Bereich des Trägersubstrats, der für die Bestrahlung der Rücksei¬ te vorgesehen ist, als kreisringförmige Segmente ausge¬ bildet . Die beidseitigen kreisringförmigen Segmente können auf der Vorderseite bzw. Rückseite auch auf unterschiedlichen Radien angeordnet sein. Dadurch gewinnt man mehr Freiraum für die unterschiedliche Auslegung der LeuchtstoffSegmente . Sind die beidseitigen kreisringförmigen Segmente auf demselben Radius, sind die Leuchtstoffsegmente auf beiden Seiten bei gleicher Winkelausdehnung zwangsweise gleich groß .
Um nicht nur die Vorder- sondern auch die Rückseite des Leuchtstoffrads mit der Anregungsstrahlung bestrahlen zu können, weist das Trägersubstrat einen ersten für die An¬ regungsstrahlung durchlässigen Bereich auf. Dadurch kann die auf die Vorderseite treffende Anregungsstrahlung durch den durchlässigen Bereich hindurch und auf die Rückseite umgelenkt werden. Auf diese Weise wird die An- regungsstrahlung zeitlich sequentiell auf die Vorderseite bzw. Rückseite des Leuchtstoffrads gestrahlt. Mit Hilfe von beidseitig auf dem Leuchtstoffrad aufgebrachten Leuchtstoffen, beispielsweise in Form von LeuchtstoffSeg¬ menten, resultiert so sowohl ein vorderseitiger Konversi- onslichtpfad als auch ein rückseitiger Konversionslicht¬ pfad .
Durch eine entsprechende Segmentaufteilung des Leuchtstoffrades , also mindestens ein durchlässiges Seg- ment sowie beidseitig je mindestens ein LeuchtstoffSeg¬ ment, können drei verschiedene Lichtpfade in einer be¬ stimmten zeitlichen Abfolge durchlaufen werden: o ein Pfad für das Anregungslicht, das abwechselnd die Vorderseite bzw. Rückseite bestrahlt (vorder- bzw. rückseitiger Anregungslichtpfad) ,
o ein Pfad für das von einem Leuchtstoffsegment auf der Vorderseite konvertierte Licht (vorderseitiger Konversionslichtpfad) ,
o ein Pfad für das von einem Leuchtstoffsegment auf der Rückseite konvertierte Licht (rückseitiger Kon¬ versionslichtpfad) .
o Optional: ein zusätzlicher Pfad für die Anregungs¬ strahlung, sofern diese Anregungsstrahlung blaues Licht ist und das Leuchtstoffrad zwei weitere durch- lässige Segment aufweist (Wrap-Around-Lichtpfad) .
Vorzugsweise weist einer oder beide Konversionslichtpfade ein statisches Filter (Wellenlängen- oder Polarisationsfilter) auf. Aufgrund der zwei Konversionslichtpfade ist im Unterschied zum Stand der Technik eine zeitlich se- quentielle Abfolge von unterschiedlich gefiltertem Konversionslicht auch ohne Filterrad, stattdessen mit mindestens einem statischen Filter möglich.
Beispielsweise kann auf der Vorderseite ein Grün¬ leuchtstoff und auf der Rückseite des Leuchtstoffrads ein Gelbleuchtstoff vorgesehen sein. Das breitbandige Konver- sionsspektrum des Gelbleuchtstoffs hat zwar im gelben Spektralbereich seinen Schwerpunkt, weist aber flügelartige Randbereiche auch in den roten Spektralbereich hinein auf. Deshalb kann beispielsweise das auf der Rücksei- te konvertierte gelbe Licht durch ein geeignetes Filter zu rotem Licht gefiltert werden. Das auf der Vorderseite konvertierte grüne Licht kann unterschiedlich gefiltert werden oder auch spektral ungefiltert bleiben.
In einer weiteren Ausführung kann auf der Vorderseite ein Gelbleuchtstoff und auf der Rückseite des Leuchtstoffrads ein Grün- und ein Rotleuchtstoff vorgesehen sein. Jetzt kann mit Hilfe eines geeignet ausgelegten Bandsperrfilters, das die längeren Wellenlängen des grünen Konversionslichts und die kürzeren Wellenlängen des roten Konver- sionslichts ausfiltert, das Spektrum des rückseitigen Konversionslichts so verändert werden, dass der damit aufgespannte Farbraum erweitert wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem Stand der Technik besteht unter anderem darin, dass kein zweites Rad (=Filterrad) mit dem Leuchtstoffrad synchro¬ nisiert werden muss. Außerdem können statische Filter an Stellen angeordnet werden, an denen das Licht nahezu pa¬ rallel ist. Dadurch sind steile Filterkanten durch dich- roitische Schichten umsetzbar. Weiterhin tritt bei der erfindungsgemäßen Lösung mit einem oder mehreren statischen Filtern kein durch ein Filterrad bedingter Spokeeffekt (Durchgang des Anregungsstrahls durch den hindurch rotierenden Übergang von einem zum anderen Farbfiltersegment) auf. Der erste oder auch jeder für die Anregungsstrahlung durchlässige Bereich im Leuchtstoffrad kann durch eine Öffnung im Trägersubstrat gebildet sein, beispielsweise in Form eines durchbrochenen Kreisringsegments. Die Öff- nung kann auch mit transparentem oder transluzentem Material ausgefüllt sein.
Während der erste für die Anregungsstrahlung durchlässige Bereich für die Bestrahlung eines LeuchtstoffSegments auf der Rückseite des Leuchtstoffrads vorgesehen ist, kann das Trägersubstrat optional einen zweiten und dritten für die Anregungsstrahlung durchlässigen Bereich aufweisen, die für einen Wrap-Around-Lichtpfad für das in diesem Fall vorzugweise blaue Anregungslicht vorgesehen sind. Die beiden zusätzlichen durchlässigen Bereiche sind so ausgelegt, dass die die Vorderseite des Trägersubstrats bestrahlende Anregungsstrahlung durch den zweiten durchlässigen Bereich des Trägersubstrats hindurch strahlen kann. Mit Hilfe der optischen Vorrichtung wird die hindurch strahlende Anregungsstrahlung auf die Rückseite des Leuchtstoffrades umgelenkt und strahlt so durch den drit¬ ten durchlässigen Bereich des Trägersubstrats hindurch, d.h. gelangt erneut auf die Vorderseite des Leuchtstoff¬ rades. Dort kann sie mittels geeigneter optischer Elemente zum Lichtausgang bzw. mit den beidseitigen Konversi- onslichtpfaden zusammen geführt werden. Für weitere Details sei auf die Ausführungsbeispiele verwiesen.
Der erste und/oder ein weiterer oder auch jeder durchlässige Bereich kann auch mit einem Färb- oder Polarisationsfilter oder einem polarisationsdrehenden optischen Element versehen sein. Die optische Vorrichtung kann so ausgelegt sein, dass das von einem Leuchtstoff auf der Rückseite des Trägersub¬ strats emittierte Konversionslicht (= „rückseitige Konversionslicht") durch den ersten durchlässigen Bereich des Leuchtstoffrads zurück hindurch strahlt. In diesem Fall läuft das rückseitige Konversionslicht also den Lichtpfad der Anregungsstrahlung über dieselben optischen Elemente der optischen Vorrichtung in entgegengesetzter Richtung zurück. Auf diese Weise kann das rückseitige Konversionslicht mittels der optischen Vorrichtung durch den ersten durchlässigen Bereich hindurch auf die Vorderseite des Leuchtstoffrads zurückgelenkt und so auf den vorderseitigen Konversionslichtpfad eingekoppelt werden, also zeitlich sequentiell zum vorderseitigen Konversionslicht. Dadurch wird der vorderseitige Konver¬ sionslichtpfad also abwechselnd vom vorderseitigen bzw. rückseitigen Konversionslicht genutzt.
Alternativ kann die optische Vorrichtung einen dichroiti- schen Spiegel umfassen, der das von einem Leuchtstoff auf der Rückseite des Trägersubstrats des Leuchtstoffrads emittierte Konversionslicht von der gegenläufigen Anre¬ gungsstrahlung abzweigt. Zu diesem Zweck ist der dichroi- tische Spiegel für die Anregungsstrahlung reflektierend und für das gegenläufige rückseitige Konversionslicht transmittierend ausgelegt. In diesem Fall muss das rück¬ seitige Konversionslicht also nicht mehr durch den ersten durchlässigen Bereich des Trägersubstrats hindurch zurück gelenkt werden.
Die optische Vorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens ein optisches Element, das für die Anregungsstrahlung und das rückseitige Konversionslicht als Umlenkspiegel wirkt. Im Strahlengang des von der Rückseite des Trägersubstrats emittierten Konversionslichts, d.h. im rückseitigen Konversionslichtpfad, kann ein Filterelement angeordnet sein. Das Filterelement kann als Wellenlängen- und/oder polarisationsabhängiges Filter ausgelegt sein.
Zur Auskopplung des vorderseitigen Konversionslichts kann im Strahlengang zwischen Anregungsstrahlungsquelle und Vorderseite des Trägersubstrats des Leuchtstoffrads , d.h. im vorderseitigen Konversionslichtpfad, ein optisches Element angeordnet sein, das das Konversionslicht in eine von der gegenläufigen Anregungsstrahlungsrichtung verschiedene Richtung abzweigt. Zu diesem Zweck kann das op¬ tische Element als dichroitischer Spiegel ausgelegt sein, der die Anregungsstrahlung transmittiert und das Konversionslicht reflektiert oder umgekehrt. Das Spektrum des Konversionslicht kann durch diesen dichroitischen Spiegel auch bedarfsweise verändert werden.
Außerdem kann ein optischer Integrator zum Einspeisen und räumlichen Homogenisieren des Konversionslichts und op- tional zusätzlich des Anregungslichts vorgesehen sein.
Die vorstehend beschriebene Beleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise in einem Projektor verwendet werden. Dazu wird das sequentiell erzeugte Licht üblicherweise in ei¬ nen optischen Integrator gelenkt und von dort auf eine bildgebende Einheit. Für die sequentielle Erzeugung der Farbteilbilder ist die bildgebende Einheit mit dem Leuchtstoffrad synchronisiert. Die Farbteilbilder werden mittels eine Projektionsoptik auf eine Projektionsfläche proj iziert . Ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst folgende Verfahrensschrit¬ te :
Vorderseitige Konversionsphase: Bestrahlen des min¬ destens einen auf der Vorderseite des Trägersubstrats des rotierenden Leuchtstoffrads angeordneten Leuchtstoffs mit der Anregungsstrahlung,
Rückseitige Konversionsphase: Durchstrahlen des ers¬ ten durchlässigen Segments von der Vorderseite mit der Anregungsstrahlung und Umlenkung der durchgelassenen Anregungsstrahlung auf den mindestens einen auf der Rückseite des Trägersubstrats des rotierenden Leuchtstoffrads angeordneten Leuchtstoff.
Falls als Anregungsstrahlung blaues Licht verwendet wird, kann noch folgender Verfahrensschritt hinzukommen:
• Wrap-Around-Phase : Durchstrahlen des zweiten durchlässigen Segments von der Vorderseite kommend mit der Anregungsstrahlung, Umlenkung der durchgelassenen Anregungsstrahlung auf das dritte durchlässige Segment, Durchstrahlen des dritten durchlässigen Segments von der Rückseite kommend mit der umgelenkten Anregungsstrahlung.
Das aufgrund des rotierenden Leuchtstoffrads sequentiell erzeugte vorder- und rückseitige Konversionslicht und op¬ tional zusätzlich das blaue Anregungslicht werden über optische Elemente, beispielsweise Umlenk- und/oder dich- roitische Spiegel sowie Linsen, in eine gemeinsame Rich¬ tung zusammengeführt und beispielsweise in einen opti¬ schen Integrator gelenkt. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfin¬ dung, sowohl hinsichtlich der Vorrichtungs- als auch der Verfahrensaspekte, ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem beidseitigen Leuchtstoffrad gemäß einem ersten Ausführungs¬ beispiel,
Fig. 2a die Vorderseite des Leuchtstoffrads gemäß Fig.
1,
Fig. 2b die Rückseite des Leuchtstoffrads gemäß Fig. 1,
Fig. 3 die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Fig. 1 mit optischen Linsen,
Fig. 4 eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem beidseitigen Leuchtstoffrad gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem beidseitigen Leuchtstoffrad in einer für 3D-Proj ektion an- gepassten Variante,
Fig. 6a die Vorderseite des Leuchtstoffrads gemäß Fig.
Fig. 6b die Rückseite des Leuchtstoffrads gemäß Fig. 5. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Gleiche oder gleichartige Merkmale können im Folgenden der Einfachheit halber auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Beleuch- tungsvorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der besseren Übersicht wegen sind die bei derartigen Vorrichtungen üblichen optischen Linsen zur Strahlformung in Fig. 1 nicht eingezeichnet (siehe hierzu aber Fig. 3) . Außerdem sind die optischen Strahlengänge nur schematisch angedeutet.
Die Beleuchtungsvorrichtung 100 weist eine Laservorrichtung 101 als Anregungsstrahlungsquelle auf. Die Laservor¬ richtung 101 ist dazu ausgelegt, Laserlicht im blauen Spektralbereich zu emittieren, da dies einerseits für die meisten Leuchtstoffe eine geeignete Anregungswellenlänge darstellt. Andererseits ermöglicht dies die Nutzung des unkonvertierten blauen Laserlichts (Wrap-Around- Lichtpfad) als Blaulichtkanal (B) , beispielsweise für ei¬ ne RGB-Proj ektionseinheit . Die Emissionswellenlänge der blauen Laserstrahlung 1 liegt vorzugsweise im Bereich von z.B. ca. 400-470 nm. Die Anregungsstrahlungsquelle 101 kann beispielsweise als Laserdiodenmatrix ausgebildet sein, welche eine Mehrzahl an Laserdioden aufweist.
Das blaue Laserlicht 1 (=Anregungslicht ) wird - nachdem es einen dichroitischen Spiegel 10 passiert hat - mittels eines optischen Linsensystems (in Fig. 1 nicht darge¬ stellt) auf ein Leuchtstoffrad 102 fokussiert. Das Leuchtstoffrad 102 weist ein kreisscheibenförmiges Trä¬ gersubstrat 7 mit einer dazu senkrecht und mittig ange- ordneten Drehachse 8 auf. Das Trägersubstrat 7 besteht beispielsweise aus Metall, um die Verlustwärme von der Leuchtstoffkonversion gut abführen zu können.
Im Folgenden wird nun auch Bezug auf die Fig. 2a, 2b ge- nommen, die das Leuchtstoffrad 102 in schematischer Darstellung zeigen, und zwar die Vorderseite 5 bzw. Rücksei¬ te 6. Die während der vorderseitigen Konversionsphase von dem auftreffenden Laserlicht 1 bestrahlte plane Vorder¬ seite 5 des Trägersubstrats 7 des Leuchtstoffrads 102 weist einen kreisringförmigen Bereich auf, der in sechs kreisringförmige Segmente 5a-5e und 5a λ unterteilt ist. Die drei Segmente 5a, 5a λ und 5b sind für das blaue Laserlicht 1 transparent ausgeführt und zwar in Form von Durchgangsöffnungen im metallischen Trägersubstrat. Die Segmente 5c-5e sind mit Leuchtstoff beschichtet, bei¬ spielsweise für die sequentielle Wellenlängenumwandlung des blauen Laserlichts 1 in gelbes (mittels Gelb¬ leuchtstoff) , grünes (mittels Grünleuchtstoff) bzw. cyan- farbenes Licht (mittels CyanleuchtStoff) . Je nach ge- wünschter Farblichtsequenz können die LeuchtstoffSegmente 5c bis 5e den gleichen Leuchtstoff aufweisen oder auch unterschiedliche. Die während der rückseitigen Konversi¬ onsphase von dem Laserlicht 1 bestrahlte plane Rückseite 6 des Trägersubstrats 7 des Leuchtstoffrads 102 weist ebenfalls einen kreisringförmigen Bereich auf, der in sechs kreisringförmige Segmente 6a-6e und 6a λ unterteilt ist. Die drei Segmente 6a, 6a λ und 6b (=Rückseite der Durchgangsöffnungen) sind die Pendants zu den drei Seg¬ menten 5a, 5a λ und 5b der Vorderseite und sind deshalb notwendigerweise ebenfalls transparent für das blaue Laserlicht 1. Das Segment 6c ist beispielsweise mit einem Gelbleuchtstoff beschichtet. Je nach gewünschter Farb¬ lichtsequenz können die Leuchtstoffsegmente 6d und 6e den gleichen Leuchtstoff aufweisen oder auch unterschiedli¬ che . Im Betrieb trifft das blaue Laserlicht 1 während einer entsprechenden Rotationsphase des rotierenden
Leuchtstoffrads 102 auf ein Leuchtstoffsegment 5c, 5d, 5e auf der Vorderseite 5 des Leuchtstoffrads 102. Das von dem gerade bestrahlten Leuchtstoffsegment der Vorderseite wellenlängenumgewandelte zurückgestreute konvertierte Licht 2 wird vom dichroitischen Spiegel 10 aus dem Laserlichtpfad 1 heraus reflektiert hin zum Lichtausgang L für die anwendungsgemäße weitere Nutzung. Dabei kann das Spektrum des konvertierten Lichts 2 durch die Auslegung der spektralen Eigenschaften des dichroitischen Spiegels 10 gezielt beeinflusst, die Lichtfarbe somit bedarfsweise verändert werden.
Alternativ kann der dichroitische Spiegel 10 für das blaue Laserlicht 1 reflektierend und für das konvertierte Licht 2 transmittierend ausgeführt sein. Dann müssen La¬ serlichtquelle 101 und der Lichtausgang L die Plätze tau¬ schen und der Kippwinkel des dichroitischen Spiegels 10 angepasst werden (nicht dargestellt) .
Trifft das blaue Laserlicht 1 während einer entsprechen- den Rotationsphase des rotierenden Leuchtstoffrads 102 auf das transparente Segment 5b (bzw. 6b), wird es über zwei Spiegel 11, 12 auf die Rückseite des Leuchtstoffrads umgelenkt. Während dieser rückseitigen Konversionsphase trifft das umgelenkte blaue Laserlicht 1 auf die sich hindurch drehenden rückseitigen Leuchtstoffsegmente 6c- 6e . Das von den rückseitigen LeuchtstoffSegmenten 6c-6e zurückgestreute konvertierte Licht 3 (rückseitiges Konversionslicht) läuft denselben Lichtpfad zurück bis zum dichroitischen Spiegel 10, wo es aus dem Laserlicht- pfad 1 heraus in Richtung Lichtausgang L reflektiert wird .
Bevorzugt ist in dem rückseitigen Lichtpfad ein Wellenlängenfilter 9 angeordnet, um das Spektrum des rückseitig konvertierten Lichts 3 in gewünschter Weise zu modifizie- ren, d.h. nach dem Passieren des Wellenlängenfilters 9 Licht 4 mit veränderter Lichtfarbe zu erhalten. Insbesondere kann auf diese Weise beispielsweise das von dem Gelbleuchtstoffsegment 6c konvertierte breitbandige Konversionslicht mit Hilfe des Wellenlängenfilters 9 zu rotem Licht gefiltert werden (das Konversionslichtspekt¬ rum des Gelbleuchtstoffs hat zwar im gelben Spektralbe¬ reich seinen Schwerpunkt, weist aber beidseitig flügelar¬ tige Randbereiche in den grünen bzw. roten Spektralbe¬ reich hinein auf) . Wie schon für den Lichtpfad für das vorderseitig konvertierte Licht 2 erwähnt, kann das Spektrum des rückseitig konvertierten und ggf. gefilter¬ ten Lichts 4 zusätzlich durch die geeignet ausgelegten spektralen Eigenschaften des dichroitischen Spiegels 10 wunschgemäß weiter modifiziert werden. Trifft das blaue Laserlicht 1 während einer entsprechen¬ den Rotationsphase des rotierenden Leuchtstoffrads 102 vorderseitig auf das transparente Segment 5a oder nach einer 180° Drehung des Leuchtstoffrads 102 auf das trans¬ parente Segment 5a strahlt es dort hindurch, wird über die zwei Spiegel 11, 12 auf das rückseitige andere trans¬ parente Segment 6a λ (bzw. 6a) umgelenkt und strahlt durch dieses ebenfalls hindurch wieder auf die Vorderseite des Leuchtstoffrads 102. Über einen weiteren Spiegel 13 wird das erneut durch das Leuchtstoffrad 102 hindurch strah¬ lende blaue Laserlicht 1 auf den dichroitischen Spiegel 10 zurückgelenkt und gelangt durch diesen hindurch zum Lichtausgang L („Wrap-Around" Lichtpfad für das blaue Laserlicht 1 ) .
Fig. 3 zeigt die bereits in Fig. 1 vereinfacht gezeigte Vorrichtung 100, hier nun mit optischen Linsen für die Strahlformung. Die Laservorrichtung 101 ist beispielsweise als 8 mal 4 Matrix aus blauen Laserdioden 103 inklusive Primärlinsen ausgebildet. Jeder der 8 Reihen ä 4 Laserdioden ist ein Treppenspiegelelement 104 zugeordnet, das das blaue Laserlicht um 90° in Richtung Leuchtstoff- rad 102 umlenkt. Außerdem wird auf diese Weise die Querschnittsfläche des Laserstrahlenbündels komprimiert. Eine nachgeschaltete erste optische Linsengruppe 201 kom¬ primiert das Laserstrahlenbündel weiter und kollimiert es . Unmittelbar nach der ersten Linsengruppe 201 ist ein Homogenisator 202 angeordnet, um eine möglichst gleichförmige Leistungsdichteverteilung des blauen Laserlichts 1 auf den LeuchtstoffSegmenten des Leuchtstoffrades 102 zu erzielen. Das kollimierte und homogenisierte Laserlicht wird mit Hilfe einer Fokussierlinsengruppe 203 auf die Vorderseite des Leuchtstoffrads 102 fokussiert (der Laserfokus muss nicht notwendigerweise genau auf der Vorderseite liegen) . Diese Fokussierlinsengruppe 203 sammelt und kollimiert auch das auf der Vorderseite des Leuchtstoffrads 102 von den LeuchtstoffSegmenten 5c-5e konvertierte zurückge¬ streute Licht (vorderseitiges Konversionslicht) , das vom dichroitischen Spiegel 10 zum Lichtausgang L ausgekoppelt wird. Eine Fokussierlinse 204 fokussiert das ausgekoppel- te Licht schließlich in einen stabförmigen optischen Integrator 205 hinein.
Das von der Vorderseite des Leuchtstoffrades 102 her durch ein lichtdurchlässiges Segment hindurch fokussierte Laserlicht wird durch eine weitere Linsengruppe 206 kollimiert. Diese Linsengruppe 206 dient außerdem dazu, das auf der Rückseite des Leuchtstoffrads 102 von einem Leuchtstoffsegment zurückgestreute konvertierte Licht (rückseitiges Konversionslicht) durch ein durchlässiges Segment hindurch zu fokussieren. Der weitere Lichtweg des rückseitig konvertierten Lichts entspricht dann demjeni¬ gen des vorderseitig konvertierten Lichts.
Eine weitere Fokussierlinsengruppe 207 fokussiert das von der weiteren Linsengruppe 206 kollimierte Laserlicht auf die Rückseite des Leuchtstoffrads 102. Diese weitere Fokussierlinsengruppe 207 dient auch dazu - ähnlich wie bei der Fokussierlinsengruppe 203 auf der Vorderseite -, das auf der Rückseite des Leuchtstoffrads 102 von den LeuchtstoffSegmenten konvertierte zurücklaufende Licht zu sammeln und zu kollimieren. Schließlich dient die weitere Fokussierlinsengruppe 207 auch noch dazu, das blaue Laserlicht von der Rückseite her durch ein lichtdurchläs¬ siges Segment des Leuchtstoffrads 102 hindurch zu fokus¬ sieren. Dieses transmittierte blaue Laserlicht wird über ein weiteres Linsensystem 208 kollimiert und über einen Umlenkspiegel 13 auf den dichroitischen Spiegel 10 zu¬ rückgeführt („Wrap-Around" Lichtpfad). Der Wrap-Around-Lichtpfad kann alternativ auch um das „obere" Ende des Leuchtstoffrads herumgeführt werden (nicht dargestellt; deshalb nachfolgende Erläuterung mit Bezugnahme auf Fig. 1) . Um den Lichtpfad des Laserlichts in einen Lichtpfad für die Bestrahlung der Rückseite und einen Lichtpfad für die Umstrahlung des Leuchtstoffrads aufspalten zu können, ist polarisiertes Laserlicht vorge¬ sehen. Außerdem ist der Umlenkspiegel 12 für das Laserlicht polarisationsabhängig ausgeführt, beispiels- weise für S-polarisiertes Licht reflektierend und für P- polarisiertes Licht transmittierend. Für die zeitlich se¬ quentielle Änderung der Polarisation ist ein lichtdurchlässiges Segment im Leuchtstoffrad mit einem λ/2-Filter versehen. S-polarisiertes blaues Laserlicht wird dann zu- nächst im λ/2-Filter-Segment in P-polarisiertes Licht überführt und nun vom Spiegel 12 transmittiert . Das P- polarisierte blaue Licht wird von einem zusätzlichen Um¬ lenkspiegel um das Leuchtstoffrad 102 herumgeführt und über einen versetzten Umlenkspiegel 13 auf den dichroiti- sehen Spiegel 10 gelenkt.
Die Spiegel 11 und 12 auf der Rückseite des Leuchtstoff¬ rades 102 und das Wellenlängenfilter 9 können alternativ auch durch einen dichroitisch beschichteten elliptischen Reflektor und/oder geeigneten dichroitisch beschichteten Freiformreflektor ersetzen werden (nicht dargestellt) .
Die für das blaue Laserlicht transparenten Segmente kön¬ nen auch teilweise mit Färb- oder Polarisationsfiltern oder polarisationsdrehenden optischen Elementen ausgestattet sein. So kann sowohl das blaue Laserlicht als auch das konvertierte Licht weiter manipuliert werden. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung 110 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist der Lichtpfad für das rückseitig konvertierte Licht 3, 4 gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau variiert. Der Spiegel 11 λ ist nun als (zweiter) dichroitischer Spiegel (Hohe Reflexion (HR) 445-470 nm und Anti-Reflexion (AR) 480 - 750 nm) ausge¬ führt, der das blaue Laserlicht reflektiert, das konver¬ tierte (und durch den Wellenlängenfilter 9 gefilterte) Licht 4 jedoch transmittiert . Das rückseitig konvertierte Licht 4 durchläuft das Leuchtstoffrad 102 in dieser Vari¬ ante nicht. Vielmehr wird das rückseitig konvertierte Licht 4 vom Laserlichtpfad 1 über den zweiten dichroiti- schen Spiegel 11 λ weggelenkt. Für die räumliche Zusammen- führung des von der Vorder- und Rückseite stammenden konvertierten Lichts ist ein Umlenkspiegel 14 und ein weite¬ rer (dritter) dichroitischer Spiegel 15 vorgesehen. Der Umlenkspiegel 14 lenkt das vorderseitig konvertierte Licht 2 und das blaue Laserlicht 1 vom Wrap-Around- Lichtpfad auf die Reflexionsseite des dritten dichroiti- schen Spiegels 15. Das rückseitig konvertierte Licht 4 wird über die Transmissionsseite des dritten dichroiti- schen Spiegels 15 mit dem blauen Laserlicht 1 und dem vorderseitig konvertierten Licht 2 zusammengeführt. In- nerhalb der durch den dritten dichroitischen Spiegel 15 vorgegebenen Spektralbereiche können das vorderseitig konvertierte Licht 2 und das rückseitig konvertierte Licht 4 unabhängig voneinander spektral gefiltert werden. Die spektrale Filterung des rückseitig konvertierten Lichts 4 kann durch das Wellenlängenfilter 9 und/oder die spektralen Eigenschaften des zweiten dichroitischen Spiegels 11 λ erfolgen. Die Beleuchtungsvorrichtung 110 ist beispielsweise dazu geeignet, eine zeitliche Sequenz aus rotem und grünem konvertiertem Licht mit einem Leuchtstoffrad zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise auf der Vorderseite des Leuchtstoffrads ein Grünleuchtstoff und auf der Rück¬ seite ein Gelbleuchtstoff vorgesehen sein. Das auf der Vorderseite konvertierte grüne Licht kann bedarfsweise durch den ersten dichroitischen Spiegel 10 spektral verändert werden. Das von der Rückseite stammende konver- tierte gelbe Licht wird durch den zweiten dichroitischen Spiegel 11 λ zu rotem Licht gefiltert.
Außerdem kann die Beleuchtungsvorrichtung 110 insbesondere für 3D Projektionsdarstellungen genutzt werden. Dabei benötigt der Anwender eine Brille, die abgestimmt ist mit den spektralen Eigenschaften oder Polarisationseigenschaften des anregenden Laserlichts und der Filter bzw. dichroitischen Spiegel.
Bei der Nutzung spezieller Eigenschaften des Lichts (Wellenlänge, Polarisation) werden für das linke und das rechte Teilbild, also für das linke und für das rechte Auge, komplementäre Filter in die 3D-Brille eingesetzt. Komplementär bedeutet hier, dass die durch den 3D- Projektor emittierten Bildinhalte für das rechte und für das linke Auge durch die jeweils eingesetzten Brillenfil- ter decodiert werden können, so dass beim Betrachter ein 3D-Effekt entsteht. Dabei können unterschiedliche Verfah¬ ren angewandt werden, wie das Interferenzfilterverfahren (z.B. Dolby® 3D) , das Shutterbrillenverfahren (z.B. XPAND 3D) oder das Polfilterverfahren (z.B. RealD 3D) . Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung 120, die im wesentlichen der in Fig. 4 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung 110 entspricht, aber speziell auf das zuvor erwähnte Interferenzfilterverfah- ren für 3D Projektion angepasst ist.
Dabei werden unter anderem zwei unterschiedliche Wellen¬ längen für das blaue Laserlicht verwendet. Hierzu umfasst die Anregungsstrahlungsquelle 121 zwei Lasertypen, die Laserstrahlung mit zwei unterschiedlichen Laserwellenlän- gen emittieren, z.B. 450 nm und 465 nm, wobei die beiden Lasertypen elektronisch sequentiell geschaltet werden. Da das Laserlicht schmalbandig genug ist, sind keine Wellen¬ längenfilter erforderlich. Der erste dichroitische Spiegel 10 ist transparent für das Laserlicht ausgelegt (AR 445 nm - 470 nm) . Die Filter der 3D-Brille lassen nur die für das linke bzw. rechte Auge jeweils vorgesehene Wel¬ lenlänge durch.
Außerdem wird das vorderseitig konvertierte Licht auf ei¬ ne erste Filtercharakteristik einer 3D-Brille (z. B. für das rechte Auge) angepasst. Dazu ist der erste dichroiti¬ sche Spiegel 10 reflektierend mit der ersten Filtercha¬ rakteristik ausgelegt, d.h. passend zum ersten Filter der 3D-Brille. Das auf der Vorderseite 5 des Filterrades 102 konvertierte Licht 2a wird also von dem ersten dichroiti- sehen Spiegel 10 entsprechend der ersten Filtercharakte¬ ristik reflektiert. Das so gefilterte, vorderseitig kon¬ vertierte Licht 2b gelangt über den Umlenkspiegel 14 auf den dritten dichroitischen Spiegel 15, der ebenfalls gemäß der ersten Filtercharakteristik reflektierend ausge- legt ist und das gefilterte, vorderseitig konvertierte Licht 2b spektral nicht weiter verändert reflektiert. Das rückseitig konvertierte Licht wird schließlich auf eine zweite Filtercharakteristik einer 3D-Brille (z. B. für das linke Auge) angepasst. Diese zweite Filtercharak¬ teristik ist also zur ersten Filtercharakteristik im oben erklärten Sinne komplementär. Dazu ist das Wellenlängenfilter 9 mit der gleichen Beschichtung wie der erste und dritte dichroitische Spiegel 10 bzw. 15 versehen und in einem Winkel von 45° im Lichtpfad des rückseitig konver¬ tierten Lichts 3 angeordnet. Dadurch reflektiert das Wel- lenlängenfilter 9 entsprechend der ersten Filtercharakte¬ ristik einen Teil des rückseitig konvertierten Lichts 3 weg, der von einem Absorber 16 aufgenommen wird. Der dem invertierten Spektrum entsprechende Teil des rückseitig konvertierten Lichts 4 wird von dem Wellenlängenfilter 9 hingegen transmittiert , passend zum zweiten Filter der 3D-Brille. Das so gemäß der zweiten Filtercharakteristik gefilterte, rückseitig konvertierte Licht 4 passiert den zweiten dichroitischen Spiegel 11 (HR 445 - 470 nm und AR 480 - 750 nm) und wird über den dritten dichroitischen Spiegel 15 ( transmittierend für invertiertes Spektrum, entsprechend der zweiten Filtercharakteristik) mit dem blauen Laserlichtpfad (mit zwei Laserwellenlängen) und dem gemäß der ersten Filtercharakteristik gefilterten , vorderseitig konvertierten Licht 2b räumlich zusammenge- führt.
Alternativ ist es auch möglich, auf den Wellenlängenfilter 9 zu verzichten, den ersten dichroitischen Spiegel- Spiegel 10 hochreflektierend (HR) für 470 nm -700 nm aus¬ zuführen und nur den dritten dichroitischen Spiegel 15 als Filtercharakteristik aufprägendes Element auszuführen. Auf beiden Seiten des dichroitischen Spiegels 15 er- scheinen dann sequenziell alle vorgesehenen Lichtfarben, gefiltert mit der entsprechenden Filtercharakteristik. Mit Hilfe zweier Projektionsvorrichtungen (zwei DMD, LCD und Optik), auf jeder Auskoppelseite des dichroitischen Spiegels 15 jeweils eine, kann erreicht werden, dass al¬ les Licht für die Projektion genutzt wird.
Zur Unterscheidung der beiden für eine 3D-Proj ektion notwendigen Kanäle, kann auch mit Polarisationsfiltern gearbeitet werden. Die Fig. 6a, b zeigen ein für die Beleuchtungsvorrichtung 120 aus Fig. 5 und die dort vorgesehene Doppelfilterung (sowohl das vorder- als auch rückseitig konvertierte Licht wird spektral gefiltert) geeignetes Leuchtstoffrad 5 in schematischer Vorder- bzw. Rückansicht. Vorder- und Rückseite sind jeweils in sechs kreisringför¬ mige Segmente 5a-5e und 5a λ bzw. 6a-6e und 6a λ unter¬ teilt. Die drei Segmente 5a, 5a λ und 5b bzw. 6a, 6a λ und 6b sind für das blaue Laserlicht 1 transparent ausge¬ führt. Die Segmente 5c-5e bzw. 6c-6e sind mit Grün-, Gelb- und Rotleuchtstoff beschichtet. Vorzugsweise sind auf der Vorder-und Rückseite die Leuchtstoffaufteilungen gleich oder allenfalls leicht unterschiedlich, um gegebenenfalls unterschiedliche Verluste auszugleichen.
In den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen sind die Winkelstellungen der Spiegel nur beispielhaft zu 45° zum einfallenden Lichtstrahl dargestellt und können auch anders gewählt werden.
Die Erfindung schlägt eine Beleuchtungsvorrichtung (100) mit einer Anregungsstrahlungsquelle (101) und einem beid- seitigen Leuchtstoffrad (102) vor. Auf beiden Seiten des beidseitigen Leuchtstoffrads (102), also sowohl auf der Vorderseite (5) als auch auf der gegenüberliegenden Rückseite (6), ist jeweils mindestens ein Leuchtstoff vorge- sehen. Die beidseitigen Leuchtstoffe werden zeitlich sequentiell angeregt. Dazu ist mindestens ein durchlässiger Bereich in dem rotierenden Leuchtstoffrad vorgesehen, durch den die Anregungsstrahlung hindurch strahlen und mittels einer Optik (11, 12) auf den Leuchtstoff auf der Rückseite (6) gelenkt werden kann.

Claims

- 2S
Ansprüche
Beleuchtungsvorrichtung (100; 110; 120), umfassend a. eine Anregungsstrahlungsquelle (101; 121) für die Emission von Anregungsstrahlung (1), b. ein Leuchtstoffrad (102), umfassend ein Träger¬ substrat (7) mit einer Vorderseite (5) und einer Rückseite (6), wobei das Leuchtstoffrad (102) in einem Strahlengang der Anregungsstrahlung (1) so angeordnet ist, dass die Anregungsstrahlung (1) auf die Vorderseite (5) gelangen kann, und wobei das Leuchtstoffrad (102) weiterhin Folgendes um- fasst : i. mindestens einen auf der Vorderseite (5) an¬ geordneten Leuchtstoff zur Bestrahlung mit Anregungsstrahlung (1) und Wellenlängenumwandlung der Anregungsstrahlung in wellenlängenumgewandelte Strahlung (2), ii. mindestens einen auf der Rückseite (6) ange¬ ordneten Leuchtstoff zur Bestrahlung mit Anregungsstrahlung (1) und Wellenlängenumwand¬ lung der Anregungsstrahlung in wellenlängenumgewandelte Strahlung (3) ,
iii. einen ersten für die Anregungsstrahlung (1) durchlässigen Bereich (5b, 6b) , der dafür ausgelegt ist, dass die Anregungsstrahlung auf die Rückseite (6) gelangen kann, c. und wobei die Beleuchtungsvorrichtung (100; 110;
120) weiterhin eine optische Vorrichtung (11, 12) umfasst, die dafür ausgelegt ist, die die Vorder¬ seite (5) des Trägersubstrats (7) bestrahlende und durch dessen ersten durchlässigen Bereich (5b, 6b) hindurch strahlende Anregungsstrahlung (1) auf die Rückseite (6) des Trägersubstrats (7) umzulenken . 2. Beleuchtungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die optische Vorrichtung (11, 12) so ausgelegt ist, dass die von einem Leuchtstoff auf der Rückseite (6) des Trägersubstrats (7) emittierte wellenlängenumge¬ wandelte Strahlung (3) entgegen der Anregungsstrah- lung (1) zurück durch den ersten durchlässigen Bereich (5b, 6b) des Leuchtstoffrads (102) hindurch strahlt .
Beleuchtungsvorrichtung (110; 120) nach Anspruch 1, wobei die optische Vorrichtung einen dichroitischen Spiegel (11 λ) umfasst, der die von einem Leuchtstoff auf der Rückseite (6) des Trägersubstrats (7) emit¬ tierte wellenlängenumgewandelte Strahlung (3) trans- mittiert .
Beleuchtungsvorrichtung (100; 110; 120) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die optische Vor¬ richtung mindestens ein optisches Element umfasst, das für die Anregungsstrahlung (1) und die von einem Leuchtstoff auf der Rückseite (6) des Trägersubstrats (7) emittierte wellenlängenumgewandelte Strahlung (3) als Umlenkspiegel (11; 12) wirkt.
5. Beleuchtungsvorrichtung (100; 110; 120) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem im Strahlengang der von der Rückseite (6) des Trägersubstrats (7) emittierten wellenlängenumgewandelten Strahlung angeordneten Filterelement (9).
6. Beleuchtungsvorrichtung (100; 110; 120) nach Anspruch 5, wobei das Filterelement (9) als wellenlängen- und/oder polarisationsabhängiges Filter ausgelegt ist .
Beleuchtungsvorrichtung (100; 110; 120) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem im Strahlengang zwischen Anregungsstrahlungsquelle (101; 121) und Vorderseite (5) des Trägersubstrats (7) des Leuchtstoffrads (102) angeordneten optischen Elements (10), das dafür ausgelegt ist, die Anregungsstrahlung (1) zu transmittieren und die wellenlängenumgewandel¬ te Strahlung (2, 4) zu reflektieren oder umgekehrt.
8. Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Trägersubstrat (7) einen zweiten und einen dritten für die Anregungsstrahlung durchlässigen Bereich (5a, 6a; 5a 6a λ) umfasst und die Beleuchtungsvorrichtung (100) so ausgelegt ist, dass die die Vorderseite (5) des Trägersubstrats (7) bestrahlende Anregungsstrahlung (1) durch den zweiten durchlässigen Bereich (5a, 6a) hindurch strahlen kann, mit Hilfe der optischen Vorrichtung (11, 12) auf die Rückseite (6) des Trägersubstrats (7) umge¬ lenkt wird und durch den dritten durchlässigen Bereich (6a, 6ax)hindurch strahlt.
9. Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anregungsstrahlungsquelle (101) eine Laserdiodenmatrix (103) umfasst.
Beleuchtungsvorrichtung (100; 110; 120) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste oder je¬ der durchlässige Bereich (5a, 6a; 5a 6a 5b, 6b) durch eine Öffnung im Trägersubstrat (7) gebildet ist .
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Öffnung mit transparentem oder transluzentem Material ausgefüllt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste durchlässige Bereich und/oder ein weiterer oder jeder durchlässige Bereich mit einem Färb- oder Polarisationsfilter oder einem polarisationsdrehenden optischen Element versehen ist .
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung (100; 110; 120) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend folgende Verfahrensschritte:
• Vorderseitige Konversionsphase: Bestrahlen des mindestens einen auf der Vorderseite (5) des Trä¬ gersubstrats (7) des rotierenden Leuchtstoffrads (102) angeordneten Leuchtstoffs mit der Anre¬ gungsstrahlung (1),
• Rückseitige Konversionsphase: Durchstrahlen des ersten durchlässigen Segments (5b, 6b) von der Vorderseite (5) mit der Anregungsstrahlung (1) und Umlenkung der durchgelassenen Anregungsstrahlung (1) auf den mindestens einen auf der Rückseite (6) des Trägersubstrats (7) des rotierenden Leuchtstoffrads (102) angeordneten Leuchtstoff.
Verfahren nach Anspruch 13 mit folgendem zusätzlichen Verfahrensschritt :
• Wrap-Around-Phase : Durchstrahlen des zweiten durchlässigen Segments (5a, 6a) von der Vorderseite (5) kommend mit der Anregungsstrahlung (1), Umlenkung der durchgelassenen Anregungsstrahlung (1) auf das dritte durchlässige Segment (5a 6a λ) und Durchstrahlen des dritten durchlässigen Segments von der Rückseite (6) kommend mit der umgelenkten Anregungsstrahlung.
15. Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Projektor für Datenoder Videoprojektion.
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