WO2016050682A1 - Behandeln von licht mittels einer optischen einrichtung - Google Patents

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WO2016050682A1
WO2016050682A1 PCT/EP2015/072232 EP2015072232W WO2016050682A1 WO 2016050682 A1 WO2016050682 A1 WO 2016050682A1 EP 2015072232 W EP2015072232 W EP 2015072232W WO 2016050682 A1 WO2016050682 A1 WO 2016050682A1
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light
phosphor
conversion
focusing
optical device
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PCT/EP2015/072232
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Stefan Hadrath
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Osram Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an optical device comprising a light-imaging assembly which is adapted to focus the light-emitting assembly supplied light in at least one focusing spot, wherein the supplied light comprises at least a predetermined wavelength, and a conversion device having at least one phosphor, the designed is to convert light having the at least one predeterminable wavelength in conversion light, wherein the conversion device is arranged such that the at least one phosphor is arranged in the focusing spot of the light-emitting structural unit. Furthermore, the invention relates to a light module with a light source and an optical device.
  • the invention also relates to a method for treating light by means of an optical device comprising the steps of: supplying light to a light-imaging assembly of the optical device, which focuses the light supplied to the light-imaging assembly in at least one focusing spot, wherein the supplied light is at least one predetermined Wavelength, and converting the supplied light having the at least one predetermined wavelength in conversion light by means of at least one phosphor of a conversion device, wherein the conversion device is arranged such that the at least one phosphor is arranged in the focusing spot of the light-emitting assembly.
  • An optical device, a light module and a method for its operation are basically known from US 2010/0245 777 AI.
  • Fluorescent wheel are thus arranged in the rotational direction, that is, in the circumferential direction of the phosphor wheel below, so that of the respective
  • Phosphor emitted light namely the respective conversion light, temporally generated sequentially and an imaging system is supplied.
  • the temporal succession due to the rotation of the phosphor wheel and the selection of the phosphors is such that the impression of white light is generated for the human eye.
  • the actual light source in this document is the laser.
  • the technology based thereon is also known as Laser Activated Remote Phosphor (LARP).
  • the phosphor In order to distribute the light output of the laser light emitted by the laser to the largest possible area of the phosphor and thus, among other things, a thermal stress on the phosphor reduce, the phosphor is usually applied to the rotating in operation phosphor wheel. During normal operation, the phosphor is heated due to the wall of the light. The heat is removed by radiation, convection and heat conduction, for example via a shaft of the phosphor wheel until a steady operating temperature is established. Of the
  • the invention has the object of developing an optical device, a light module and a method for their operation to the effect that at high light output, a more compact design can be achieved.
  • an optical device according to the independent claim 1 and a light module according to the further independent
  • the invention provides that the light-imaging assembly is designed to generate at least two focusing spots, and the conversion device is arranged such that the at least two focusing spots are positioned on the at least one phosphor.
  • Light module side is particularly proposed that the light module comprises an optical device according to the invention.
  • At least two focusing spots are produced by means of the light-imaging assembly, wherein the conversion device is arranged such that the at least two focusing spots are positioned on the at least one phosphor.
  • the invention makes use of the knowledge that the utilization of the phosphor can be significantly improved with several focusing spots.
  • the invention is not limited to two focusing spots, but can provide a plurality of focusing spots, for example three, four or five. It proves to be advantageous if the invention requires only supplied light of a single light source.
  • the optical device generates from the preferably single light source supplied by this light a plurality of focusing spots arranged in common on the phosphor but at different positions.
  • the focusing spots can be arranged in a focusing plane in which the phosphor is arranged.
  • the focusing plane may be formed, for example, perpendicular to an optical axis of the optical device.
  • the phosphor can be subjected to thermal uniformity, wherein high local stresses can be reduced.
  • a more uniform temperature distribution in the phosphor can be achieved, so that based thereon inner voltages of the phosphor can be reduced. The reliability can thus also be improved.
  • At least two phosphors are provided in such a way that substantially white light can be provided in the combination of the conversion light of these phosphors.
  • the phosphors are chosen such that different from white light in a predeterminable manner, colored light can be provided.
  • the type of conversion light can be easily changed or switched by exchanging the phosphor in the area of the focusing spots.
  • several phosphors, preferably with different conversion behavior, adjacent to each other, for example on a support or the like, are arranged.
  • It can be provided with a carrier that this can be moved in a predeterminable manner, so that the focusing spots can be positioned in a correspondingly predeterminable manner to the desired phosphors. It is also possible, as shown below in the embodiment of FIG. 9, to move the optics, rather than the carrier.
  • the light-imaging assembly serves to treat the supplied light, which may be, for example, light from a laser, in particular a laser diode or the like, in such a way that the at least two focusing spots are formed.
  • the focusing spots may also be focal points that can be reached by the light-imaging assembly. However, it can also be provided that the focusing spots are selected to be adapted in accordance with a region of the phosphor to be illuminated.
  • the light-imaging assembly may for this purpose comprise optical focusing elements such as lenses, mirrors, combinations thereof, or the like. Preferably, the focusing spots are arranged adjacent to each other.
  • the at least one phosphor can be arranged in a plane, so that the phosphor can be applied in a simple manner to the supplied light, preferably over a large area.
  • the focusing spots at least predominantly, preferably all, only to a single the phosphors are positioned.
  • the focusing spots are positioned on at least two of the phosphors.
  • the light-imaging assembly may have a corresponding arrangement of lenses and mirrors for the purpose of generating a plurality of focusing spots.
  • the supplied light has at least one predeterminable wavelength.
  • the application of the invention is not limited to light sources that only produce light with a single or a small number of wavelengths.
  • the invention is particularly suitable for light sources that produce a wide range of light.
  • the supplied light can also light emitting diodes,
  • light in the context of this invention is not limited to the visible light, but at the same time includes ultraviolet light and infrared light. This applies to both the supplied light and the conversion light.
  • the invention is particularly advantageously suitable in connection with laser light as supplied light or also in conjunction with light provided by light-emitting diodes as supplied light.
  • the light source may be formed of a single light source, for example a semiconductor laser light source configured, for example, to generate laser light of substantially a single same wavelength.
  • a semiconductor laser light source configured, for example, to generate laser light of substantially a single same wavelength.
  • Semiconductor laser light sources and / or light emitting diodes combined, which generate the supplied light of different wavelengths.
  • the conversion device comprises the at least one phosphor, which is designed to convert the supplied light having the at least one predeterminable wavelength into conversion light.
  • Conversion device may for this purpose have a plurality of phosphors, which also allow a conversion of the supplied light in different conversion light.
  • the Conversion device is arranged for the invention such that the at least one phosphor is arranged in the at least two focusing spots of the light-emitting structural unit.
  • the at least two focusing spots are positioned on the at least one phosphor. If more than two focusing spots are provided, they are of course all positioned on the phosphor.
  • the phosphor is formed of regions of different phosphors, which are preferably arranged adjacent to each other, wherein focusing spots are positioned on at least two of the phosphors.
  • conversion light of at least two different Phosphors are generated at the same time.
  • the phosphor may basically be formed as a disk or applied to a disk-shaped carrier. Such a configuration may also be referred to as a phosphor screen or phosphor wheel.
  • the conversion device can only consist of the phosphor. However, it can also be provided that the conversion device provides a support for the at least one phosphor on which the phosphor is arranged.
  • the carrier can be provided movable, in particular interchangeable, so that for maintenance purposes or for adaptation to particular applications, the phosphor can be changed or replaced in almost any desired manner. This proves to be particularly advantageous when the phosphor is stationary relative to the light-emitting structural unit, that is, preferably arranged rotationally fixed.
  • the phosphor can be arranged on a support of the conversion device.
  • the carrier can - depending on the application - transparent or non-transparent, in particular reflective, be formed.
  • a transparent support may be formed of a suitable material such as sapphire or the like.
  • the at least one phosphor can have, for example, nitride- and / or phosphor-based substances, by means of which a conversion of the supplied light into conversion light of the desired wavelength can be achieved.
  • the conversion device has at least one first and one second phosphor different from the first, wherein one of the focusing spots is positioned on the first and another of the focusing spots is positioned on the second phosphor.
  • the light-imaging assembly have two axicons whose optical axes are aligned coaxially with each other and to a light incident axis of the supplied light, wherein the axicons are arranged such that conical surfaces of the axicons face each other.
  • An axicon is a special conical ground lens.
  • the supplied light such as the laser light
  • the supplied light can be transformed in the form of a light beam into a ring, which serves for example directly for the supply of light to the phosphor. It can thereby be achieved that, by means of further simple optical components, the at least two
  • Focusing spots can be generated by means of which the at least one phosphor can be applied.
  • the light-imaging assembly is designed to generate the focusing spots at least partially on a ring coaxial with the optical axis.
  • This embodiment proves to be particularly advantageous in connection with the Axicons, because they can already provide a light ring, which is preferably coaxial with the optical axis.
  • the dimensioning of the axicon is preferably designed according to the focusing spots to be generated.
  • the axicons by means of the arrangement of the axicons to one another and to the light incident axis of the supplied light, the supplied light is imaged onto a ring.
  • Lenses are preferably arranged at this position, by means of which the light ring generated by the axicons from the supplied light is imaged to the focusing spots.
  • one or more mirrors may also be provided.
  • the conversion device be formed as a conversion disk and have at least one first and one different from the first second phosphor, wherein the at least one first and a second phosphor are arranged radially adjacent to each other on the conversion disc with respect to the optical axis and the light-imaging assembly is formed to set a distance of the axicon to each other along the optical axis such that depending on the set distance, the focusing spots are respectively positioned on the first and / or the second phosphor.
  • an optical unit in which conversion light can be set in any manner by a simple mechanical distance setting.
  • this embodiment uses the effect that a diameter of the light ring generated by these can be adjusted by the distance of the axicon to each other. If the phosphor is arranged in radially adjacent regions with respect to an axis of the light ring generated by the axicon, then by selecting the distance of the axicons the light ring can be adjusted to be provided according to the position of the desired phosphor to be selected. As a result, by means of focusing elements, such as the lenses described above, for example or mirror generation of focus spots on the respective desired phosphor can be achieved.
  • a further embodiment provides that the conversion disc has the at least one first and one second phosphor with respect to the optical axis in a circumferential direction of the conversion disc adjacent to each other.
  • the optical device may additionally comprise optical guidance means for combining the conversion light of the phosphors.
  • This embodiment does not necessarily require that a phosphor screen which rotates with respect to the optical device. However, such a device may be provided. With the invention, it is basically no longer necessary to arrange the phosphor on a rotating phosphor screen.
  • the phosphor according to the invention can thus also be stationary, in particular stationary, with respect to the optical device. Already by providing the at least two focusing spots, a sufficient conversion can be achieved.
  • the light-imaging assembly has a lens arrangement for generating the focusing spots.
  • the lens arrangement is preferably provided such that it generates the at least two focusing spots.
  • the lens arrangement proves to be advantageous in connection with the axicons, wherein the lens arrangement has at least two lenses, which are arranged in the region of the light ring generated by the axicon.
  • the lens arrangement has at least two lenses, which are arranged in the region of the light ring generated by the axicon.
  • the lens arrangement has at least two lenses, which are arranged in the region of the light ring generated by the axicon.
  • Focusing spot on at least one lens associated with this can be generated in a simple manner, in particular also adjustable.
  • the conversion disc is arranged rotationally fixed. In this way, required assembly and storage facilities for a rotatable arrangement of the conversion disc can be avoided. Furthermore, a drive for the conversion disc can be saved, as required, for example, according to the teaching of US 2010/0245 777 AI. Overall, can This saves effort and operation during normal operation of the optical device.
  • the conversion device is designed to be reflective and that the light-imaging unit has an optical supply on the light supply side
  • Separating unit for separating the supplied light from reflected by the conversion device
  • the light-reflecting structural unit can be used both on the light supply side and the light discharge side. Overall, this can be a
  • the optical separation unit By means of the optical separation unit, the supplied light can be separated from the conversion light.
  • the separation unit may include, for example, a dichroic mirror, a chromatic lens, combinations thereof, or the like.
  • the conversion device be an area for
  • the light-imaging assembly comprises a light guide assembly, which is adapted to merge transmitted by the conversion device light with the reflected light from the conversion device.
  • Embodiment has the advantage that a mixed light can be generated, which not only includes the conversion light of the or the phosphors but also an unconverted part of the supplied light.
  • the conversion device For this purpose, it may have a window or an opening through which the part of the supplied light can pass through the conversion device without hitting the phosphor. This can be achieved, for example, by providing a transparent window without phosphor or an opening in the phosphor in the region of the position of one of the focusing spots, in particular for the supplied light.
  • the transmitted transmitted light is deflected such that it can be merged with the conversion light of the or the phosphors.
  • the conversion device in the region of the phosphor is designed such that conversion light is emitted in the direction of the supplied light.
  • the term direction is in this sense not restrictive in exactly the same direction to understand, but rather as an opening in this direction solid angle.
  • the optical device further comprises a light-dissipating assembly for merging light emitted from the conversion device due to the at least two focusing spots, the light-dissipating assembly having an arrangement of two axicons mirrored with respect to the conversion device according to the light-imaging assembly.
  • the conversion device is supplied with the supplied light and on the opposite side, the conversion light is emitted.
  • the conversion light provided by the conversion device may be preferably merged into a common light beam, so that mixed light is provided, which is preferably white light.
  • mixed light which is preferably white light.
  • the light-dissipating unit is designed to set a distance of the axicons along the optical axis as a function of the distance of the axicons of the light-imaging unit, in order to adjust the position of the focusing spots from
  • Phosphor of the conversion device emitted To merge light.
  • This embodiment allows, preferably, a single light beam of supplied light by means of the conversion device in a just such a light beam
  • Conversion light possibly mixed light to convert.
  • the optical device thus makes it possible to provide light in the desired color and / or intensity, in particular for illumination purposes.
  • the light-emitting module conversion device side has a collecting lens arrangement formed according to a number of focusing positions. It can thereby be achieved that the conversion light is combined according to the focusing positions. It can be provided that the collecting lens arrangement according to the desired provision of light does not detect all focusing positions, but only a predefinable selection. In this respect, the collecting lens arrangement can be adjustable by only a predetermined number of
  • Fig. 1 is a schematic principle view of a first
  • Fig. 2 in plan view a schematic representation of a
  • FIG. 3 is a perspective view of a light-imaging assembly of the optical device of FIG. 1;
  • FIG. Fig. 4 is a schematic side view of
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of
  • Fig. 6 is a schematic representation of another
  • Fluorescent disc for use in the optical device of Figure 1, wherein the phosphors are arranged in a ring adjacent to each other, that by means of the focusing spots always only conversion light of a phosphor is generated, and the phosphor screen is designed for a rotating operation;
  • Phosphors are arranged in a ring adjacent to each other, that by means of Focusing spots in when mixed light is always generated white light;
  • FIGS. 6 and 7 Design for a phosphor screen as shown in FIGS. 6 and 7, wherein the phosphor screen is designed for a non-rotating operation and is generated by means of the annularly adjacent to each other arranged phosphors as mixed light white light; 9 shows a schematic representation of a light-imaging
  • FIG. 14 is a schematic representation of another optical one
  • FIG. 1 shows, in a schematic principle view, an optical device 10 according to the invention with a light-imaging assembly 14 which is designed to focus light 16 supplied to light-imaging assembly 14 into eight focusing spots 18, two of which are shown in FIG.
  • the supplied light 16 is in the present case laser light with a wavelength of about 450 nm.
  • the optical device 10 further comprises a conversion device 12, which in the present case has three phosphors 22, 24, 26 and a transmission window 28.
  • the conversion device 12 is presently designed as a phosphor screen, which is rotatably mounted is.
  • Each of the phosphors 22, 24, 26 is configured to convert the supplied light 16 into respective conversion light 64, 66. In the present embodiment, the conversion light of the six other focus points is not shown.
  • the phosphor screen 12 is designed for a conversion device formed on the basis of transmission and arranged such that the phosphors 22, 24, 26 and the transmission window 28 are arranged in the focusing spots 18 of the light-imaging assembly 14.
  • the light-imaging assembly 14 is formed, the present eight focus spots to produce 18, two of which are shown in Fig. 1.
  • the phosphor screen 12 is arranged such that the eight focusing spots 18 are positioned on the phosphors 22, 24, 26 and the transmission window 28.
  • the supplied light 16 is present light of a laser diode, which is not shown in the figures.
  • the laser diode as well as the optical device 10 is part of a light module, not shown.
  • the supplied light 16 is supplied with a light incident axis 20 of the light-imaging assembly 14.
  • Fig. 2 shows the formed as a phosphor screen conversion device 12 schematically in a plan view. It can be seen that the phosphors 22, 24, 26 and the transmission window 28 are arranged adjacent to one another in a ring shape.
  • the phosphor screen 12 is in normal operation in rotation, so that the focusing spots 18 are positioned on the luminescent materials 22, 24, 26 rotating around them and the transmission window 28. With substantially constant rotation of the phosphor screen 12, the positions of the phosphors 22, 24, 26 and the transmission window 28 with respect to the focusing spots 18 change regularly.
  • the light-imaging assembly 14 has two axons 40, 42 whose optical axes 36 are aligned coaxially with one another and with respect to the light incident axis 20 of the light 16 supplied.
  • the axicons 40, 42 are further arranged such that conical surfaces 44, 46 of the axicons 40, 42 face each other. This arrangement of the axicons ensures that the light 16 fed along the light incidence axis 20 is imaged in a ring shape.
  • the light ring produced by the light-imaging assembly 14 corresponds to the annular arrangement of the phosphors 22, 24, 26 and of the transmission window 28 of the phosphor screen 12.
  • the light-imaging assembly 14 has a lens arrangement 34 for generating the focusing spots 18 from the light ring generated by the axicons 40, 42.
  • eight convex lenses 68 are provided for this purpose, two of which are shown in FIG. Each of the convex lenses 68 generates one of the focusing spots 18.
  • the phosphor screen forming the conversion device 12 is present in a direction perpendicular to the arranged on the optical axis 36, not further designated focusing plane, in which the focusing spots 18 are positioned.
  • Focusing spots 18 are presently generated on a coaxial with the optical axis 36 ring (see also Fig. 2).
  • Fig. 3 shows a perspective view of the light-imaging assembly 14 and the beam path caused by them.
  • a diameter of the supplied laser light 16 is shown schematically. This will be along a
  • a representation 70 shows the intensity of the supplied light 16 in cross-section. It can be seen that within a diameter of the supplied light 16 there is a substantially homogeneous light intensity and falls sharply in the region of the outer diameter in the direction of zero.
  • the first axicon 40 redirects the input light 16 to the second axicon 42.
  • the two axicons 40, 42 are coaxially spaced from one another and their conical surfaces 44, 46 face each other.
  • This arrangement of the axicons 40, 42 produces a ring of light as shown in the intensity representation 72 between the second axicon 42 and an optically subsequent lens assembly 34 having lenses 68.
  • the lens arrangement 34 comprises the eight lenses 68 which are arranged in the region of the light ring.
  • the lenses 68 that of the axicons 40, 42 generated annular light on the eight
  • the phosphor pane 12 is designed for transmission.
  • the conversion light 64, 66 is emitted in this embodiment.
  • the conversion light 64, 66 as well as transmitted through the transmission window 28 light is detected and merged to mixed light 30.
  • the mixed light 30 is white light.
  • the light-dissipating assembly 50 has a converging lens assembly 56 associated with each of the focusing spots 18.
  • Group lens arrangement 56 images the conversion light 64, 66 as well as the transmitted light of the phosphor pane 12 to an arrangement of two axons 52, 54.
  • the arrangement of the axons 52, 54 is mirrored with respect to the radiation pattern for the arrangement of the axicon 40, 42 of the light-imaging assembly 14 is formed.
  • the conversion light 64, 66, and the transmitted light of the phosphor screen 12 is brought together into a common light beam, whereby a mixed light 30 is formed.
  • a color combination of the mixed light 30 is selected such that white light is formed as the mixed light 30.
  • the mixed light 30 is fed to a microlens array 30.
  • FIG. 4 shows the phosphor screen 12 of FIG. 2 without the focusing spots 18.
  • Fig. 5 is a schematic vertical sectional view of Fig. 4 in a left upper view, wherein it can be seen that the phosphor screen 12 has a non-designated circular support, which is formed here of sapphire.
  • the phosphors 22, 24, 26 are applied. In the region of the transmission window 28, the sapphire is free of phosphor.
  • FIG. 5 In a lower right-hand illustration of FIG. 5, an enlarged detail is shown. It can be seen that between the sapphire and the phosphor, here the phosphor 26, a dichroic coating 60 is provided. In the region of the transmission window 28, this coating 60 is not provided. Between the sapphire support and the phosphors 22, 24, 26 is disposed a dichroic coating 60 which transmits the short wavelength input light 16, but reflects the converted light 64, 66. This can improve the efficiency of the conversion. In the propagation direction, the sapphire is thus arranged as a carrier in front of the dichroic coating 60 and the respective phosphor 22, 24, 26.
  • the Fign. 6 to 8 show further embodiments of conversion devices 12 in the form of
  • Fluorescent wheels The fluorescent wheels of Figs. 6 to 8 are also constructed basically as explained with reference to FIG. 5. In addition, reference is therefore made to these statements.
  • FIG. 6 shows, in a comparable representation to FIG. 2, a phosphor screen 12 which has annularly adjacent different phosphors 22, 24, 26.
  • transmission windows 28 are provided.
  • the arrangement of the phosphors 22, 24, 26 and the transmission window 28 is such that upon rotation of the phosphor wafer 12, the eight focusing spots 18 always strike the same phosphor or the transmission windows 28. It is in a respective angular position so only each
  • Conversion light of a single phosphor generates or there is a transmission of the supplied light 16.
  • This phosphor wafer 12 is provided for a sequential operation. By a rotation of the phosphor screen 12 ensures that the desired color combination, that is, the sum of temporally changing colors, essentially always remains the same.
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment to FIG. 6, in which, in contrast to the embodiment according to FIG. 6, at least one of the used phosphors 22, 24, 26 and at least one transmission window 28 at a certain angular position of one
  • Focusing spot 18 are acted upon. These Fluorescent disc 12 is intended for non-sequential operation. This phosphor screen 12 is also provided for the rotating operation. Each focus spot 18 therefore results in different conversion light from adjacent ones
  • Focusing spots 18 are also provided here that the sum of the generated light is always white light.
  • FIG. 8 shows a further embodiment for a phosphor screen 12 which is provided for non-rotating operation as well as for non-sequential operation.
  • the focusing spots 18 are always positioned on the same phosphor 22, 24, 26 or the transmission window 28.
  • the sum of the converted light is white light.
  • FIGS. Figures 9 and 10 show schematically another embodiment according to the invention.
  • FIG. 10 shows a phosphor pane 12, which has circumferentially radially adjacent ring areas with phosphor 22, 24, 26 and transmission window 28.
  • the phosphors 22, 24, 26 and the transmission window 28 are arranged adjacent to one another. Radially outwardly therefor, a further phosphor region is provided, in which likewise the phosphors 22, 24, 26 as well as a transmission window 28 are provided. In the present embodiment, however, the angular ranges of Phosphors 22, 24, 26 and the transmission window 28, so that when positioning the focus spots 18 on the respective ring area in total light with different colors is generated.
  • the focusing spots 18 are positioned on the outer ring area.
  • the focusing spots 18 are positioned on the inner ring area.
  • the axicons 40, 42 are mutually adjustable in their distance (FIG. 9).
  • the axicons 40, 42 are widely spaced so as to produce a ring of light which is adapted in diameter to the outer ring region of the phosphor wafer 12 from FIG.
  • eight focus points are generated, which are positioned on the outer ring portion of the phosphor wafer 12 as shown in FIG.
  • the axicons 40, 42 are less spaced apart from the upper illustration. This causes the generated light ring has a smaller diameter.
  • the diameter of the light ring produced in this case corresponds to the inner ring area of the phosphor disk 12 shown in FIG.
  • the lens assembly 34 also indicates this setting condition a matched lens array 34 that also produces eight focus spots positioned on the inner ring area of the phosphor wafer 12.
  • FIG. 11 shows schematically a further embodiment of the invention, in which a separate light-dissipating structural unit, such as the light-dissipating structural unit 50 according to FIG. 1, is not required.
  • the phosphor screen 12 provided in this embodiment is designed to be reflective. That is, the light-imaging assembly 14 serves both to supply the supplied light 16 and to dissipate the conversion light 64, 66.
  • the corresponding light-imaging assembly 14 in this respect again has a structure as shown in FIG. It is therefore additionally referenced in this respect to the comments on Fig. 1.
  • a dichroic mirror 32 is provided on the input side, which is reflective for the supplied light 16 but transmissive to the conversion light 64, 66.
  • the dichroic mirror 32 is supplied with blue light 80, which is likewise reflected by the dichroic mirror 32 and combined with the conversion light 64, 66 to form the light 30 provided for the illumination.
  • blue light 80 is likewise reflected by the dichroic mirror 32 and combined with the conversion light 64, 66 to form the light 30 provided for the illumination.
  • dichroic Mirror possible, in which blue light is transmitted and conversion light is reflected.
  • Fig. 12 shows schematically a further embodiment of the invention, which is based on the embodiment of FIG. 11.
  • the phosphor screen 12 has a transmission window, not shown in FIG. 12, through which a part of the supplied light 16 is transmitted through the phosphor screen 12 and by means of a light guide unit 48 is guided to the dichroic mirror 32.
  • the conversion light 64, 66 supplied to form the light 30 for illumination purposes.
  • the conversion light 64, 66 uses the light-imaging assembly 14 against the supplied light 16.
  • FIGS. 13 and 14 further embodiments of the invention are schematically illustrated, which are based on the embodiment according to FIG. In addition, reference is therefore made to the comments on this example.
  • the embodiment according to FIG. 13 has in the case of the light-dissipating assembly 50 instead of the axicons 52, 54 a converging lens 82, by means of which the converted light 64, 66 is fed to a concave lens 84.
  • FIG. 14 A further embodiment is shown in FIG. 14, which differs from the embodiment according to FIG. 13 in that, instead of the condenser lens 82, a converging lens 86 is provided, which transmits the conversion light 64, 66 onto a Entry surface of an optical integrator 88 focused.
  • the optical integrator 88 is presently formed by a cylindrical, in particular rectangular or hexagonal glass rod or mirror tunnel.
  • the number of focus spots 18 can be chosen arbitrarily and adjusted as needed.
  • the phosphors are arranged at different large surface areas.
  • the invention makes it possible to adapt the optical device, if necessary, easily and quickly. As a result, not only used fluorescent wheels can be changed, but also color spaces can be adapted as needed.
  • the invention also makes it possible to reduce the power of a single focusing spot on the phosphor, as this can be compensated for by the number of focusing spots. As a result, less heat loss is generated locally in the phosphor, so that the phosphor can be operated as such at a higher efficiency.
  • the exemplary embodiments explained above are merely illustrative of the invention and are not restrictive of it.
  • the invention can be used for any lighting purposes, for example Room lighting, outdoor lighting but also in projectors, headlights or the like.
  • Embodiments apply equally to the light module according to the invention or the corresponding method and vice versa. Consequently, for

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung (10) umfassend: -eine lichtabbildende Baueinheit (14), die ausgebildet ist, der lichtabbildenden Baueinheit (14) zugeführtes Licht (16) in mindestens einem Fokussierungsspot (18) zu fokussieren, wobei das zugeführte Licht (16) mindestens eine vorgebbare Wellenlänge umfasst; -eine Konversionsvorrichtung (12), die mindestens einen Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) aufweist, der ausgelegt ist, Licht (16) mit der mindestens einen vorgebbaren Wellenlänge in Konversionslicht (30) zu wandeln, wobei die Konversionsvorrichtung (12) derart angeordnet ist, dass der wenigstens eine Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) im Fokussierungsspot (18) der lichtabbildenden Baueinheit angeordnet ist; wobei die lichtabbildende Baueinheit (14) ausgebildet ist, wenigstens zwei Fokussierungsspots(18) zu erzeugen, und die Konversionsvorrichtung (12) derart angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Fokussierungsspots(18) auf dem wenigstens einen Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) positioniert sind.

Description

Beschreibung
Behandeln von Licht mittels einer optischen Einrichtung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Einrichtung umfassend eine lichtabbildende Baueinheit, die ausgebildet ist, der lichtabbildenden Baueinheit zugeführtes Licht in mindestens einem Fokussierungsspot zu fokussieren, wobei das zugeführte Licht mindestens eine vorgebbare Wellenlänge umfasst, und eine Konversionsvorrichtung, die mindestens einen Leuchtstoff aufweist, der ausgelegt ist, Licht mit der mindestens einen vorgebbaren Wellenlänge in Konversionslicht zu wandeln, wobei die Konversionsvorrichtung derart angeordnet ist, dass der wenigstens eine Leuchtstoff im Fokussierungsspot der lichtabbildenden Baueinheit angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lichtmodul mit einer Lichtquelle sowie einer optischen Einrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Behandeln von Licht mittels einer optischen Einrichtung mit den Schritten: Zuführen von Licht zu einer lichtabbildenden Baueinheit der optischen Einrichtung, die das der lichtabbildenden Baueinheit zugeführte Licht in mindestens einem Fokussierungsspot fokussiert, wobei das zugeführte Licht mindestens eine vorgebbare Wellenlänge umfasst, und Wandeln des zugeführten Lichts mit der mindestens einen vorgebbaren Wellenlänge in Konversionslicht mittels mindestens einem Leuchtstoff einer Konversionsvorrichtung, wobei die Konversionsvorrichtung derart angeordnet ist, dass der wenigstens eine Leuchtstoff im Fokussierungsspot der lichtabbildenden Baueinheit angeordnet ist. Stand der Technik
Eine optische Einrichtung, ein Lichtmodul sowie ein Verfahren für dessen Betrieb sind dem Grunde nach aus der US 2010/0245 777 AI bekannt. Diese offenbart einen Lichtprojektor mit einem Laser als Lichtquelle, bei dem aus vom Laser erzeugten Laserlicht Weißlicht mittels eines Leuchtstoffrades erzeugt wird, indem dieses rotiert und vom Laserlicht in einem Sektor bestrahlt wird. In Umfangsrichtung ist das Leuchtstoffrad mit unterschiedlichen Leuchtstoffen beschichtet, die das Laserlicht in jeweiliges
Konversionslicht unterschiedlicher anderer
Wellenlängen wandeln. Die Leuchtstoffe des
Leuchtstoffrades sind somit in Rotationsrichtung, das heißt, in Umfangsrichtung des Leuchtstoffrades nachfolgend angeordnet, sodass das von dem jeweiligen
Leuchtstoff emittierte Licht, nämlich das jeweilige Konversionslicht, zeitlich sequenziell erzeugt und einem bildgebenden System zugeführt wird. Dabei ist die zeitliche Aufeinanderfolge aufgrund der Rotation des Leuchtstoffrades und die Auswahl der Leuchtstoffe derart, dass für das menschliche Auge der Eindruck von weißem Licht erzeugt wird. Die eigentliche Lichtquelle ist bei dieser Druckschrift jedoch der Laser. Die hierauf basierende Technologie ist auch unter der Bezeichnung Laser Activated Remote Phosphor (LARP) bekannt .
Um die Lichtleistung des vom Laser emittierten Laserlichts auf eine möglichst große Fläche des Leuchtstoffes zu verteilen und damit unter anderem eine thermische Beanspruchung des Leuchtstoffes zu verringern, ist der Leuchtstoff üblicherweise auf das im Betrieb rotierende Leuchtstoffrad aufgebracht. Während des bestimmungsgemäßen Betriebs erfolgt eine Erwärmung des Leuchtstoffes aufgrund des Wandeins des Lichts. Die Wärme wird durch Strahlung, Konvektion sowie auch Wärmeleitung, beispielsweise über eine Welle des Leuchtstoffrades abgeführt, bis sich eine stationäre Betriebstemperatur einstellt. Der
Wirkungsgrad der Konversion von vielen Leuchtstoffen verringert sich mit zunehmender Temperatur des jeweiligen Leuchtstoffes, insbesondere bei nitridischen Leuchtstoffen für den roten
Spektralbereich. Für große Lichtleistungen ist somit eine überproportionale Steigerung der Wärmeabfuhr zu beachten. Dies kann zwar durch Vergrößerung des Leuchtstoffrades kompensiert werden, jedoch führt dies zu erhöhten Kosten und größerem Bauvolumen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Einrichtung, ein Lichtmodul sowie ein Verfahren zu deren Betrieb dahingehend weiterzubilden, dass bei hoher Lichtleistung eine kompaktere Bauform erreicht werden kann.
Als Lösung wird mit der Erfindung eine optische Einrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie ein Lichtmodul gemäß dem weiteren unabhängigen
Anspruch 14 vorgeschlagen. Schließlich wird mit der Erfindung ein Verfahren gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 15 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Insbesondere sieht die Erfindung bei einer optischen Einrichtung vor, dass die lichtabbildende Baueinheit ausgebildet ist, wenigstens zwei Fokussierungsspots zu erzeugen, und die Konversionsvorrichtung derart angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Fokussierungsspots auf dem wenigstens einen Leuchtstoff positioniert sind. Lichtmodulseitig wird insbesondere vorgeschlagen, dass das Lichtmodul eine optische Einrichtung gemäß der Erfindung aufweist.
Schließlich wird verfahrensseitig insbesondere vorgeschlagen, dass mittels der lichtabbildenden Baueinheit wenigstens zwei Fokussierungsspots erzeugt werden, wobei die Konversionsvorrichtung derart angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Fokussierungsspots auf dem wenigstens einen Leuchtstoff positioniert sind.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass mit mehreren Fokussierungsspots die Ausnutzung des Leuchtstoffs deutlich verbessert werden kann. Dabei ist die Erfindung nicht auf zwei Fokussierungsspots beschränkt, sondern sie kann eine Mehrzahl von Fokussierungsspots, beispielsweise drei, vier oder fünf bereitstellen. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Erfindung lediglich zugeführtes Licht einer einzigen Lichtquelle erfordert. Die optische Einrichtung erzeugt aus dem von dieser vorzugsweise einzigen Lichtquelle zugeführtem Licht mehrere Fokussierungsspots , die gemeinsam auf dem Leuchtstoff, aber an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind. Besonders vorteilhaft können die Fokussierungsspots in einer Fokussierungsebene angeordnet sein, in der der Leuchtstoff angeordnet ist. Die Fokussierungsebene kann beispielsweise senkrecht zu einer optischen Achse der optischen Einrichtung ausgebildet sein. Dadurch kann der Leuchtstoff thermisch gleichmäßiger Beansprucht werden, wobei hohe lokale Beanspruchungen reduziert werden können. Darüber hinaus kann auch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im Leuchtstoff erzielt werden, sodass hierauf basierende innere Spannungen des Leuchtstoffes reduziert werden können. Die Zuverlässigkeit kann somit ebenfalls verbessert werden .
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Leuchtstoffe derart vorgesehen sind, dass in der Zusammenführung des Konversionslichtes dieser Leuchtstoffe im Wesentlichen weißes Licht bereitgestellt werden kann. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass die Leuchtstoffe derart gewählt sind, dass abweichend von Weißlicht in vorgebbarer Weise farbiges Licht bereitgestellt werden kann.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass durch Austauschen des Leuchtstoffes im Bereich der Fokussierungsspots die Art des Konversionslichtes einfach verändert beziehungsweise umgeschaltet werden kann. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass mehrere Leuchtstoffe, vorzugsweise mit unterschiedlichem Konversionsverhalten, benachbart zueinander, beispielsweise an einem Träger oder dergleichen, angeordnet sind. Es kann bei einem Träger vorgesehen sein, dass dieser in vorgebbarer Weise bewegt werden kann, sodass die Fokussierungsspots in entsprechend vorgebbarer Weise auf die gewünschten Leuchtstoffe positioniert werden können. Es ist auch möglich, wie weiter unten im Ausführungsbeispiel zur Fig. 9 dargestellt, die Optik zu bewegen, anstatt den Träger .
Die lichtabbildende Baueinheit dient dazu, das zugeführte Licht, welches beispielsweise Licht eines Lasers, insbesondere einer Laserdiode oder dergleichen sein kann, derart zu behandeln, dass die mindestens zwei Fokussierungsspots gebildet werden. Die Fokussierungsspots können auch Brennpunkte sein, die durch die lichtabbildende Baueinheit erreicht werden können. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Fokussierungsspots entsprechend eines zu beleuchtenden Bereichs des Leuchtstoffs angepasst gewählt sind. Die lichtabbildende Baueinheit kann zu diesem Zweck optische Fokussierungselemente wie Linsen, Spiegel, Kombinationen hiervon oder dergleichen umfassen. Vorzugsweise sind die Fokussierungsspots benachbart zueinander angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der wenigstens eine Leuchtstoff in einer Ebene angeordnet sein kann, sodass der Leuchtstoff auf einfache Weise mit dem zugeführten Licht, vorzugsweise großflächig, beaufschlagt werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass auch bei mehreren Leuchtstoffen die Fokussierungsspots zumindest überwiegend, vorzugsweise sämtlich, lediglich auf einen einzigen der Leuchtstoffe positioniert sind. Daneben kann natürlich vorgesehen sein, das die Fokussierungsspots auf wenigstens zwei der Leuchtstoffe positioniert sind. Die lichtabbildende Baueinheit kann zum Zwecke der Erzeugung mehrerer Fokussierungsspots eine entsprechende Anordnung von Linsen und Spiegeln aufweisen .
Je nach Lichtquelle, die das zuzuführende Licht bereitstellt, weist das zugeführte Licht mindestens eine vorgebbare Wellenlänge auf. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf Lichtquellen beschränkt, die lediglich ein Licht mit einer einzigen oder mit einer kleinen Anzahl von Wellenlängen erzeugen. Natürlich eignet sich die Erfindung insbesondere auch für Lichtquellen, die ein breites Spektrum an Licht erzeugen. Insofern kann das zugeführte Licht auch von Leuchtdioden,
Gasentladungslampen, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein.
Der Begriff Licht im Sinne dieser Erfindung ist nicht beschränkt auf das sichtbare Licht, sondern schließt zugleich auch ultraviolettes Licht sowie infrarotes Licht ein. Dies gilt sowohl für das zugeführte Licht als auch für das Konversionslicht. Besonders vorteilhaft eignet sich die Erfindung natürlich in Verbindung mit Laserlicht als zugeführtem Licht oder auch in Verbindung mit von Leuchtdioden bereitgestelltem Licht als zugeführtem Licht.
Dem Grunde nach kann die Lichtquelle aus einer einzigen Lichtquelle gebildet sein, die beispielsweise eine Halbleiterlaserlichtquelle ist, die beispielsweise dazu ausgebildet ist, Laserlicht von im Wesentlichen einer einzigen gleichen Wellenlänge zu erzeugen. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass die Lichtquelle mehrere
Halbleiterlaserlichtquellen und/oder Leuchtdioden miteinander kombiniert, die das zugeführte Licht unterschiedlicher Wellenlängen erzeugen.
Die Konversionsvorrichtung umfasst den mindestens einen Leuchtstoff, der ausgelegt ist, das zugeführte Licht mit der mindestens einen vorgebbaren Wellenlänge in Konversionslicht zu wandeln. Die
Konversionsvorrichtung kann zu diesem Zweck mehrere Leuchtstoffe aufweisen, die darüber hinaus ein Wandeln des zugeführten Lichts in unterschiedliches Konversionslicht ermöglichen. Die
Konversionsvorrichtung ist für die Erfindung derart angeordnet, dass der wenigstens eine Leuchtstoff in den wenigstens zwei Fokussierungsspots der lichtabbildenden Baueinheit angeordnet ist. Dadurch sind die wenigstens zwei Fokussierungsspots auf dem wenigstens einen Leuchtstoff positioniert. Sind mehr als zwei Fokussierungsspots vorgesehen, so sind natürlich diese auf dem Leuchtstoff vorzugsweise sämtlich positioniert. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Leuchtstoff aus Bereichen unterschiedlicher Leuchtstoffe gebildet ist, die vorzugsweise benachbart zueinander angeordnet sind, wobei auf wenigstens zwei der Leuchtstoffe Fokussierungsspots positioniert sind. Dadurch kann Konversionslicht von wenigstens zwei unterschiedlichen Leuchtstoffen zugleich erzeugt werden. Der Leuchtstoff kann dem Grunde nach als Scheibe ausgebildet oder auf einem scheibenförmigen Träger aufgebracht sein. Eine solche Ausgestaltung kann auch als LeuchtstoffScheibe oder Leuchtstoffrad bezeichnet sein.
Dem Grunde nach kann die Konversionsvorrichtung lediglich aus dem Leuchtstoff bestehen. Es kann darüber hinaus aber auch vorgesehen sein, dass die Konversionsvorrichtung einen Träger für den wenigstens einen Leuchtstoff bereitstellt, auf dem der Leuchtstoff angeordnet ist. Der Träger kann bewegbar, insbesondere austauschbar vorgesehen sein, sodass zu Wartungszwecken oder auch für eine Adaption an besondere Anwendungen der Leuchtstoff in nahezu beliebiger Weise gewechselt beziehungsweise ausgetauscht werden kann. Besonders vorteilhaft erweist sich dies, wenn der Leuchtstoff gegenüber der lichtabbildenden Baueinheit stationär, das heißt, vorzugsweise drehfest angeordnet ist. Beispielweise kann der Leuchtstoff an einem Träger der Konversionsvorrichtung angeordnet sein. Der Träger kann - je nach Anwendung - transparent oder nichttransparent, insbesondere reflektierend, ausgebildet sein. Ein transparenter Träger kann zum Beispiel aus einem geeigneten Werkstoff wie Saphir oder dergleichen gebildet sein.
Der wenigstens eine Leuchtstoff kann beispielsweise nitrid- und/oder phosphorbasierte Stoffe aufweisen, mittels denen eine Konversion des zugeführten Lichts in Konversionslicht mit gewünschter Wellenlänge erreicht werden kann. Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Konversionsvorrichtung mindestens einen ersten und einen vom ersten unterschiedlichen zweiten Leuchtstoff aufweist, wobei einer der Fokussierungsspots auf dem ersten und ein weiterer der Fokussierungsspots auf dem zweiten Leuchtstoff positioniert ist. Dadurch kann gleichzeitig Konversionslicht der unterschiedlichen Leuchtstoffe erzeugt werden. Durch die parallele Erzeugung von Konversionslicht mittels unterschiedlichen Leuchtstoffen kann darüber hinaus erreicht werden, dass unabhängig von einer Bewegung des Leuchtstoffes immer die gleiche Zusammenstellung von Konversionslicht der beiden Leuchtstoffe erzeugt werden kann. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die lichtabbildende Baueinheit zwei Axicons aufweist, deren optische Achsen koaxial zueinander und zu einer Lichteinfallachse des zugeführten Lichts ausgerichtet sind, wobei die Axicons derart angeordnet sind, dass konisch ausgebildete Flächen der Axicons einander zugewandt sind. Ein Axicon ist eine spezielle, konisch geschliffene Linse. Mittels eines Axicons kann mit kollimierten Licht bestrahlt werden, welches vorzugsweise von einer Punktlichtquelle stammen kann und zum Beispiel mit einer Linse zunächst kollimiert wird. Mit dem Axicon ist es ferner möglich, zugeführtes Licht, insbesondere Laserlicht, in einen Ring abzubilden. Die letztere Eigenschaft wird von der Erfindung genutzt, um die wenigstens zwei
Fokussierungsspots zu erzeugen. Mittels der beiden Axicons in der vorgenannten Anordnung zueinander kann das zugeführte Licht, beispielsweise das Laserlicht, in Form eines Lichtstrahls zu einem Ring transformiert werden, der beispielsweise unmittelbar für die Zuführung des Lichts zum Leuchtstoff dient. Dadurch kann erreicht werden, dass durch weitere einfache optische Bauelemente die wenigstens zwei
Fokussierungsspots erzeugt werden können, mittels denen der wenigstens eine Leuchtstoff beaufschlagt werden kann.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die lichtabbildende Baueinheit ausgebildet ist, die Fokussierungsspots wenigstens teilweise auf einem zur optischen Achse koaxialen Ring zu erzeugen. Diese Ausgestaltung einweist sich insbesondere in Verbindung mit den Axicons als vorteilhaft, weil diese bereits einen Lichtring bereitstellen können, der vorzugsweise koaxial zur optischen Achse ist.
Die Dimensionierung der Axicons ist vorzugsweise entsprechend der zu erzeugenden Fokussierungsspots ausgelegt. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels der Anordnung der Axicons zueinander und zur Lichteinfallachse des zugeführten Lichts das zugeführte Licht auf einen Ring abgebildet wird. Vorzugsweise sind an dieser Stelle Linsen angeordnet, mittels denen der von den Axicons aus dem zugeführten Licht erzeugte Lichtring zu den Fokussierungsspots abgebildet wird. Dem Grunde nach kann an Stelle oder ergänzend zu den Linsen auch ein oder mehrere Spiegel vorgesehen sein. Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Konversionsvorrichtung als Konversionsscheibe ausgebildet und mindestens einen ersten und einen vom ersten unterschiedlichen zweiten Leuchtstoff aufweist, wobei der wenigstens eine erste und eine zweite Leuchtstoff in Bezug auf die optische Achse radial benachbart zueinander an der Konversionsscheibe angeordnet sind und die lichtabbildende Baueinheit ausgebildet ist, einen Abstand der Axicons zueinander entlang der optischen Achse derart einzustellen, dass in Abhängigkeit des eingestellten Abstands die Fokussierungsspots jeweils auf dem ersten und/oder dem zweiten Leuchtstoff positioniert sind. Mittels dieser Ausgestaltung kann erreicht werden, dass durch Einstellen des Abstands der Axicons der Leuchtstoff ausgewählt werden kann, der aktuell in gewünschter Weise Konversionslicht für eine gewünschte Anwendung erzeugt. Auf diese Weise kann eine optische Baueinheit geschaffen werden, bei der durch eine einfache mechanische Abstandseinstellung Konversionslicht in beliebiger Weise eingestellt werden kann. Dabei nutzt diese Ausgestaltung den Effekt, dass durch den Abstand der Axicons zueinander ein Durchmesser des durch diese erzeugten Lichtrings eingestellt werden kann. Ist der Leuchtstoff in radial benachbarten Bereichen in Bezug auf eine Achse des durch die Axicons erzeugten Lichtrings angeordnet, so kann durch die Wahl des Abstands der Axicons der Lichtring derart eingestellt werden, dass er entsprechend der Position des gewünschten auszuwählenden Leuchtstoffs bereitgestellt wird. Dadurch kann mittels Fokussierungselementen, wie die beispielsweise zuvor beschriebenen Linsen beziehungsweise Spiegel eine Erzeugung von Fokussierungsspots auf dem jeweils gewünschten Leuchtstoff erreicht werden. Ohne in die Konversionsvorrichtung eingreifen zu müssen, besteht somit die Möglichkeit, in gewünschter Weise Konversionslicht zu erzeugen und dies in gewünschter Weise zu verändern. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in einer ersten Stellung mittels des Konversionslichts Weißlicht erzeugt wird, wohingegen in einer zweiten Einstellung des Abstands ein radial benachbarter Bereich eines zweiten Leuchtstoffs erzeugt wird, der infrarotes Licht als
Konversionslicht erzeugt. Insgesamt kann hierdurch die Flexibilität hinsichtlich der Erzeugung von Konversionslicht auch in Bezug auf eine Umschaltmöglichkeit weiter verbessert werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Konversionsscheibe den wenigstens einen ersten und einen zweiten Leuchtstoff in Bezug auf die optische Achse in einer Umfangsrichtung der Konversionsscheibe benachbart zueinander aufweist. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig Konversionslicht von zwei unterschiedlichen Leuchtstoffen zu erzeugen und zu nutzen. Zu diesem Zweck kann die optische Einrichtung ergänzend optische Führungsmittel zum Zusammenführen des Konversionslichts der Leuchtstoffe aufweisen. Diese Ausgestaltung erfordert es nicht zwingend, dass eine LeuchtstoffScheibe, welche gegenüber der optischen Einrichtung rotiert. Gleichwohl kann eine solche Einrichtung vorgesehen sein. Mit der Erfindung ist es dem Grunde nach nicht mehr erforderlich, den Leuchtstoff auf einer rotierenden LeuchtstoffScheibe anzuordnen. Der Leuchtstoff kann gemäß der Erfindung somit auch in Bezug auf die optische Einrichtung stationär, insbesondere ortsfest, angeordnet sein. Bereits durch die Bereitstellung der wenigstens zwei Fokussierungsspots kann eine hinreichende Konversion erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die lichtabbildende Baueinheit eine Linsenanordnung zum Erzeugen der Fokussierungsspots aufweist. Die Linsenanordnung ist vorzugsweise derart vorgesehen, dass sie die wenigstens zwei Fokussierungsspots erzeugt.
Insbesondere erweist sich die Linsenanordnung als vorteilhaft in Verbindung mit den Axicons, wobei die Linsenanordnung wenigstens zwei Linsen aufweist, die im Bereich des durch die Axicons erzeugten Lichtrings angeordnet sind. Vorzugsweise weist die
Linsenanordnung für jeden zu erzeugenden
Fokussierungsspot wenigstens eine Linse auf, die diesem zugeordnet ist. Dadurch lassen sich auf einfache Weise, insbesondere auch einstellbar, wenigstens zwei Fokussierungsspots erzeugen.
Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Konversionsscheibe drehfest angeordnet ist. Auf diese Weise können erforderliche Montage und Lagereinrichtungen für eine drehbare Anordnung der Konversionsscheibe vermieden werden. Weiterhin kann auch ein Antrieb für die Konversionsscheibe eingespart werden, wie er beispielsweise gemäß der Lehre der US 2010/0245 777 AI erforderlich ist. Insgesamt kann dadurch Aufwand und Betrieb beim bestimmungsgemäßen Betrieb der optischen Einrichtung eingespart werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Konversionsvorrichtung reflektierend ausgebildet ist und die lichtabbildende Baueinheit lichtzuführseitig eine optische
Trenneinheit zum Trennen des zugeführten Lichts vom von der Konversionsvorrichtung reflektiertem
Konversionslicht aufweist. Dadurch kann erreicht werden, dass die lichtabbildende Baueinheit sowohl lichtzuführseitig als auch lichtabführseitig genutzt werden kann. Insgesamt kann dadurch ein
Bauteileaufwand reduziert werden. Mittels der optischen Trenneinheit kann das zugeführte Licht vom Konversionslicht getrennt werden. Die Trenneinheit kann beispielsweise einen dichroitischen Spiegel, eine chromatische Linse, Kombinationen hiervon oder dergleichen aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Konversionsvorrichtung einen Bereich zum
Transmittieren zumindest eines Teils des zugeführten Lichts aufweist, und die lichtabbildende Baueinheit eine Lichtführungsbaugruppe umfasst, die ausgebildet ist, von der Konversionsvorrichtung transmittiertes Licht mit dem von der Konversionsvorrichtung reflektierten Lichts zusammenzuführen. Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein Mischlicht erzeugt werden kann, welches nicht nur das Konversionslicht des beziehungsweise der Leuchtstoffe sondern auch einen nicht konvertierten Teil des zugeführten Lichts umfasst. Die Konversionsvorrichtung kann zu diesem Zweck ein Fenster beziehungsweise eine Öffnung aufweisen, durch die der Teil des zugeführten Lichts die Konversionsvorrichtung, ohne auf den Leuchtstoff zu treffen, passieren kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass im Bereich der Position eines der Fokussierungsspots ein, insbesondere für das zugeführte Licht, transparentes Fenster ohne Leuchtstoff oder eine Öffnung im Leuchtstoff vorgesehen ist. Mittels der geeigneten Lichtführungsbaugruppe wird das transmittierte zugeführte Licht derart umgelenkt, dass es mit dem Konversionslicht des beziehungsweise der Leuchtstoffe zusammengeführt werden kann. Zugleich ist die Konversionsvorrichtung im Bereich des Leuchtstoffes derart ausgebildet, dass Konversionslicht in die Richtung des zugeführten Lichts emittiert wird. Der Begriff Richtung ist in diesem Sinne nicht beschränkend in genau die gleiche Richtung zu verstehen, sondern vielmehr als einem in diese Richtung sich öffnenden Raumwinkel.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass als zugeführtes Licht blaues Licht dient, und zwei Leuchtstoffe vorgesehen sind, die jeweils rotes und grünes Licht als Konversionslicht emittieren, wenn sie mit dem blauen Licht beaufschlagt werden. Wenn dann wenigstens drei Fokussierungsspots erzeugt werden, wobei zwei auf den jeweiligen Leuchtstoffen und einer auf dem Transmissionsfenster positioniert sind, kann das Konversionslicht der Leuchtstoffe mit dem transmittierten Licht zusammengeführt werden, um Weißlicht zu erhalten. Vorzugsweise umfasst die optische Einrichtung ferner eine lichtabführende Baueinheit zum Zusammenführen von aufgrund der mindestens zwei Fokussierungsspots von der Konversionsvorrichtung emittiertem Licht, wobei die lichtabführende Baueinheit eine auf die im Bezug auf die Konversionsvorrichtung gemäß der lichtabbildenden Baueinheit gespiegelte Anordnung von zwei Axicons aufweist. Diese Ausgestaltung erweist sich insbesondere als vorteilhaft bei einer Konversionsvorrichtung, die für eine Transmission von
Licht vorgesehen ist, das heißt, auf einer Seite wird die Konversionsvorrichtung mit dem zugeführten Licht beaufschlagt und auf der gegenüberliegenden Seite wird das Konversionslicht emittiert. Durch die entsprechende Anordnung der lichtabführenden
Baueinheit kann das durch die Konversionsvorrichtung bereitgestellte Konversionslicht vorzugsweise zu einem gemeinsamen Lichtstrahl zusammengeführt werden, sodass Mischlicht bereitgestellt wird, welches vorzugsweise weißes Licht ist. Dadurch kann nicht nur die Leistung insgesamt erhöht werden, beispielsweise wenn die Konversionsvorrichtung lediglich einem einzigen Leuchtstoff aufweist, sondern es können darüber hinaus auch nahezu beliebige Lichtfarben erzeugt werden. Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die lichtabführende Baueinheit ausgebildet ist, einen Abstand der Axicons entlang der optischen Achse in Abhängigkeit des Abstands der Axicons der lichtabbildenden Baueinheit einzustellen, um aufgrund der Positionierung der Fokussierungsspots vom
Leuchtstoff der Konversionsvorrichtung emittiertes Licht zusammenzuführen. Diese Ausgestaltung erlaubt es, vorzugsweise einen einzigen Lichtstrahl von zugeführtem Licht mittels der Konversionsvorrichtung in einen eben solchen Lichtstrahl mit
Konversionslicht, gegebenenfalls Mischlicht, umzuwandeln. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, nach Bedarf - wie zuvor bereits diskutiert - das Konversionslicht durch Auswahl der Leuchtstoffe, auf denen die Fokussierungsspots positioniert sind, einzustellen. Die optische Einrichtung erlaubt es damit, Licht in der gewünschten Farbe und/oder Stärke, insbesondere für Beleuchtungszwecken bereitzustellen.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die lichtabführende Baueinheit Konversionsvorrichtungsseitig eine entsprechend einer Anzahl der Fokussierungspositionen ausgebildete Sammellinsenanordnung aufweist. Dadurch kann erreicht werden, dass entsprechend der Fokussierungspositionen das Konversionslicht zusammengeführt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Sammellinsenanordnung gemäß der gewünschten Bereitstellung von Licht nicht sämtliche Fokussierungspositionen erfasst, sondern lediglich eine vorgebbare Auswahl. Insofern kann die Sammellinsenanordnung einstellbar sein, indem lediglich eine vorgegebene Anzahl von
Fokussierungspositionen erfasst wird.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren zu entnehmen. In den Figuren werden gleiche Bauteile und Funktionen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet . Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 in schematischer Prinzipansicht eine erste
Ausgestaltung einer optischen Einrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 in Draufsicht eine schematische Darstellung einer
LeuchtstoffScheibe für die optische Einrichtung gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer lichtabbildenden Baueinheit der optischen Einrichtung gemäß Fig. 1 ; Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der
LeuchtstoffScheibe gemäß Fig. 2 ;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht der
LeuchtstoffScheibe gemäß Fig. 4 ;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren
LeuchtstoffScheibe für einen Einsatz bei der optischen Einrichtung gemäß Fig. 1, wobei die Leuchtstoffe derart in einem Ring benachbart zueinander angeordnet sind, dass mittels der Fokussierungsspots jeweils immer nur Konversionslicht eines Leuchtstoffes erzeugt wird, und die LeuchtstoffScheibe für einen rotierenden Betrieb ausgebildet ist;
Fig. 7 in schematischer Darstellung eine weitere
Ausgestaltung einer LeuchtstoffScheibe wie Fig. 6 für einen rotierenden Betrieb, wobei die
Leuchtstoffe derart in einem Ring benachbart zueinander angeordnet sind, dass mittels der Fokussierungsspots in als Mischlicht immer Weißlicht erzeugt wird;
Fig. 8 in schematischer Darstellung eine weitere
Ausgestaltung für eine LeuchtstoffScheibe wie Fign. 6 und 7, wobei die LeuchtstoffScheibe für einen nicht rotierenden Betrieb ausgebildet ist und mittels der ringförmig benachbart zueinander angeordneten Leuchtstoffe als Mischlicht Weißlicht erzeugt wird; Fig. 9 in schematischer Darstellung eine lichtabbildende
Baueinheit mit zwei koaxialen Axicons, die hinsichtlich ihres Abstands zueinander einstellbar sind;
Fig.10 in schematischer Darstellung eine
LeuchtstoffScheibe mit zwei ringförmig und radial voneinander beabstandeten Leuchtstoffbereichen, bei denen in Umfangsrichtung benachbart zueinander verschiedene Leuchtstoffe angeordnet sind, wobei in einer oberen Darstellung der äußere Ring mit Fokussierungsspots beaufschlagt ist und in einer unteren Darstellung der innere Ring;
Fig.11 in schematischer Darstellung eine optische
Einrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wobei eine LeuchtstoffScheibe verwendet wird, welches reflektierend ausgebildet ist;
Fig.12 in schematischer Darstellung eine weitere optische
Einrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der die LeuchtstoffScheibe ein Fenster aufweist, durch das zugeführtes Licht transmittiert und mittels einer
Lichtführungsbaugruppe zum Zusammenführen von
Konversionslicht der LeuchtstoffScheibe mit zugeführtem Licht; Fig.13 in schematischer Darstellung eine weitere optische
Einrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der abweichend gemäß Fig. 1 eine Sammellinsenanordnung zum Zusammenführen des Konversionslichtes vorgesehen ist; und Fig.14 in schematischer Darstellung eine weitere optische
Einrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung basierend auf der Ausgestaltung gemäß Fig. 13, bei der eine lichtabführende Baueinheit vorgesehen ist, mittels der das Konversionslicht einem optischen Integrator zugeführt wird.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Prinzipansicht eine optische Einrichtung 10 gemäß der Erfindung mit einer lichtabbildenden Baueinheit 14, die ausgebildet ist, der lichtabbildenden Baueinheit 14 zugeführtes Licht 16 in acht Fokussierungsspots 18 zu fokussieren, von denen zwei in Fig. 1 dargestellt sind. Das zugeführte Licht 16 ist vorliegend Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 450 nm.
Die optische Einrichtung 10 umfasst ferner eine Konversionsvorrichtung 12, die vorliegend drei Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie ein Transmissionsfenster 28 aufweist. Die Konversionsvorrichtung 12 ist vorliegend als Leuchtstoffscheibe ausgebildet, die drehbar gelagert ist. Jeder der Leuchtstoffe 22, 24, 26 ist ausgelegt, das zugeführte Licht 16 in jeweiliges Konversionslicht 64, 66 zu wandeln. In der vorliegenden Ausgestaltung ist das Konversionslicht der sechs weiteren Fokussierungspunkte nicht dargestellt.
Die LeuchtstoffScheibe 12 ist für eine auf Basis von Transmission ausgebildete Konversionsvorrichtung ausgebildet und derart angeordnet, dass die Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie das Transmissionsfenster 28 in den Fokussierungsspots 18 der lichtabbildenden Baueinheit 14 angeordnet sind.
Zu diesem Zweck ist die lichtabbildende Baueinheit 14 ausgebildet, die vorliegend acht Fokussierungsspots 18 zu erzeugen, von denen zwei in der Fig. 1 dargestellt sind. Die Leuchtstoffscheibe 12 ist derart angeordnet, dass die acht Fokussierungsspots 18 auf den Leuchtstoffen 22, 24, 26 sowie dem Transmissionsfenster 28 positioniert sind.
Das zugeführte Licht 16 ist vorliegend Licht einer Laserdiode, die in den Figuren nicht weiter dargestellt ist. Die Laserdiode ist ebenso wie die optische Einrichtung 10 Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Lichtmoduls. Das zugeführte Licht 16 wird mit einer Lichteinfallachse 20 der lichtabbildenden Baueinheit 14 zugeführt. Fig. 2 zeigt die als Leuchtstoffscheibe ausgebildete Konversionsvorrichtung 12 schematisch in einer Draufsicht. Zu erkennen ist, dass ringförmig benachbart zueinander die Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie das Transmissionsfenster 28 angeordnet sind. Die Leuchtstoffscheibe 12 ist im bestimmungsgemäßen Betrieb in Rotation, sodass die Fokussierungsspots 18 auf die gegenüber diesen umlaufenden Leuchtstoffen 22, 24, 26 sowie dem Transmissionsfenster 28 positioniert sind. Bei im Wesentlichen konstanter Rotation der LeuchtstoffScheibe 12 wechseln die Positionen der Leuchtstoffe 22, 24, 26 und des Transmissionsfensters 28 gegenüber den Fokussierungsspots 18 regelmäßig.
Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich ist, weist die lichtabbildende Baueinheit 14 zwei Axicons 40, 42 auf, deren optische Achsen 36 koaxial zueinander und zur Lichteinfallachse 20 des zugeführten Lichts 16 ausgerichtet sind. Die Axicons 40, 42 sind ferner derart angeordnet, dass konisch ausgebildete Flächen 44, 46 der Axicons 40, 42 einander zugewandt sind. Durch diese Anordnung der Axicons wird erreicht, dass das entlang der Lichteinfallachse 20 zugeführte Licht 16 ringförmig abgebildet wird. Vorzugsweise entspricht der durch die lichtabbildende Baueinheit 14 erzeugte Lichtring der kreisringförmigen Anordnung der Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie des Transmissionsfensters 28 der LeuchtstoffScheibe 12.
Aus Fig. 1 ist darüber hinaus ersichtlich, dass die lichtabbildende Baueinheit 14 eine Linsenanordnung 34 zum Erzeugen der Fokussierungsspots 18 aus dem von den Axicons 40, 42 erzeugten Lichtring aufweist. Vorliegend sind zu diesem Zweck acht Konvexlinsen 68 vorgesehen, von denen zwei in Fig. 1 dargestellt sind. Jede der Konvexlinsen 68 erzeugt einen der Fokussierungsspots 18.
Die die Konversionsvorrichtung 12 bildende LeuchtstoffScheibe ist vorliegend in einer senkrecht zur optischen Achse 36 angeordneten, nicht weiter bezeichneten Fokussierungsebene angeordnet, in der die Fokussierungsspots 18 positioniert sind. Die
Fokussierungsspots 18 werden vorliegend auf einem zur optischen Achse 36 koaxialen Ring erzeugt (vergleiche auch Fig . 2 ) .
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung der lichtabbildenden Baueinheit 14 und den durch sie bewirkten Strahlengang. Im linken Bereich der Fig. 3 ist schematisch ein Durchmesser des zugeführten Laserlichts 16 dargestellt. Dieses wird entlang einer
Lichteinfallachse 20 dem ersten Axicon 40 zugeführt. Eine Darstellung 70 stellt die die Intensität des zugeführten Lichts 16 im Querschnitt dar. Zu erkennen ist, dass innerhalb eines Durchmessers des zugeführten Lichts 16 eine im Wesentlichen homogene Lichtintensität vorliegt und im Bereich des äußeren Durchmessers stark abfällt in Richtung Null. Das erste Axicon 40 lenkt das zugeführte Licht 16 um auf das zweite Axicon 42. Die beiden Axicons 40, 42 sind koaxial beabstandet zueinander angeordnet und ihre konisch ausgebildeten Flächen 44, 46 sind einander zugewandt .
Diese Anordnung der Axicons 40, 42 erzeugt einen Lichtring, wie er in der Intensitätsdarstellung 72 zwischen dem zweiten Axicon 42 und einer optisch darauf folgenden Linsenanordnung 34 mit Linsen 68 dargestellt ist .
Die Linsenanordnung 34 umfasst vorliegend die acht Linsen 68, die im Bereich des Lichtrings angeordnet sind. Mittels der Linsen 68 wird das von den Axicons 40, 42 erzeugte ringförmige Licht auf die acht
Fokussierungsspots 18 fokussiert, wie sich anhand der Intensitätsdarstellung 74 ergibt.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 ist vorgesehen, dass die Leuchtstoffscheibe 12 für Transmission ausgebildet ist. An der den Fokussierungsspots 18 gegenüberliegenden Seite wird bei dieser Ausgestaltung das Konversionslicht 64, 66 emittiert. Mittels einer lichtabführenden Baueinheit 50 wird das Konversionslicht 64, 66 sowie durch das Transmissionsfenster 28 transmittiertes Licht erfasst und zu Mischlicht 30 zusammengeführt. Vorliegend ist das Mischlicht 30 Weißes Licht.
Die lichtabführende Baueinheit 50 weist eine Sammellinsenanordnung 56 auf, die jedem der Fokussierungsspots 18 zugeordnet sind. Die
Sammellinsenanordnung 56 bildet das Konversionslicht 64, 66 sowie das transmittierte Licht der Leuchtstoffscheibe 12 auf eine Anordnung von zwei Axicons 52, 54 ab. Die Anordnung der Axicons 52, 54 ist bezüglich des Strahlungsverlaufs gespiegelt zur Anordnung der Axicons 40, 42 der lichtabbildenden Baueinheit 14 ausgebildet. Dadurch wird das Konversionslicht 64, 66, und das transmittierte Licht der Leuchtstoffscheibe 12 zu einem gemeinsamen Lichtstrahl zusammengeführt, wodurch ein Mischlicht 30 gebildet wird. Ein Farbzusammenstellung des Mischlichts 30 ist derart gewählt, dass als Mischlicht 30 Weißlicht gebildet wird. Um den Effekt des Mischens zu verbessern, wird das Mischlicht 30 einem Mikrolinsenarray 30 zugeführt. Fig. 4 zeigt die LeuchtstoffScheibe 12 der Fig. 2 ohne die Fokussierungsspots 18. Zu erkennen ist, dass die Leuchtstoffe 22, 24, 26 in einem Kreisring an der LeuchtstoffScheibe 12 angeordnet sind. Darüber hinaus ist das Transmissionsfenster 28 ebenfalls in dem gleichen Ring angeordnet. Die Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie das Transmissionsfenster 28 sind umlaufend unmittelbar benachbart zueinander, das heißt, aneinander angrenzend, angeordnet . Fig. 5 zeigt eine schematische vertikale Schnittansicht gemäß Fig. 4 in einer linken oberen Darstellung, wobei ersichtlich ist, dass die LeuchtstoffScheibe 12 einen nicht bezeichneten kreisförmigen Träger aufweist, der vorliegend aus Saphir gebildet ist. Auf einer Oberfläche des Trägers sind die Leuchtstoffe 22, 24, 26 aufgebracht. Im Bereich des Transmissionsfensters 28 ist der Saphir leuchtstofffrei .
In einer rechten unteren Darstellung der Fig. 5 ist ein vergrößerter Ausschnitt dargestellt. Zu erkennen ist, dass zwischen dem Saphir und dem Leuchtstoff, hier der Leuchtstoff 26, eine dichroitische Beschichtung 60 vorgesehen ist. Im Bereich des Transmissionsfensters 28 ist diese Beschichtung 60 nicht vorgesehen. Zwischen dem Träger aus Saphir und den Leuchtstoffen 22, 24, 26 ist eine dichroitische Beschichtung 60 angeordnet, die das kurzwellige zugeführte Licht 16 transmittieren lässt, das konvertierte Licht 64, 66 jedoch reflektiert. Dadurch kann die Effizienz der Wandlung verbessert werden. In Ausbreitungsrichtung ist somit der Saphir als Träger vor der dichroitischen Beschichtung 60 und dem jeweiligen Leuchtstoff 22, 24, 26 angeordnet. Die Fign. 6 bis 8 zeigen weitere Ausgestaltungen für Konversionsvorrichtungen 12 in Form von
Leuchtstoffrädern . Die Leuchtstoffräder der Fig. 6 bis 8 sind ebenso dem Grunde nach aufgebaut, wie es anhand von Fig. 5 erläutert ist. Ergänzend wird deshalb auf diese Ausführungen verwiesen.
In Fig. 6 ist in vergleichbarer Darstellung wie Fig. 2 eine LeuchtstoffScheibe 12 dargestellt, welches ringförmig benachbart zueinander angeordnete unterschiedliche Leuchtstoffe 22, 24, 26 aufweist. Darüber hinaus sind Transmissionsfenster 28 vorgesehen. Die Anordnung der Leuchtstoffe 22, 24, 26 und der Transmissionsfenster 28 ist derart, dass bei Rotieren der LeuchtstoffScheibe 12 die acht Fokussierungsspots 18 immer den gleichen Leuchtstoff beziehungsweise die Transmissionsfenster 28 treffen. Es wird in einer jeweiligen Winkelstellung also jeweils nur
Konversionslicht eines einzigen Leuchtstoffes erzeugt beziehungsweise es erfolgt eine Transmission des zugeführten Lichts 16. Diese LeuchtstoffScheibe 12 ist für einen sequenziellen Betrieb vorgesehen. Durch eine Rotation der LeuchtstoffScheibe 12 wird gewährleistet, dass die gewünschte Farbzusammenstellung, das heißt, die Summe der zeitlich wechselnden Farben, im Wesentlichen immer gleich bleibt.
Fig. 7 zeigt eine alternative Ausgestaltung zur Fig. 6, bei der im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß Fig. 6 bei einer bestimmten Winkelstellung wenigstens einer der verwendeten Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie wenigstens ein Transmissionsfenster 28 jeweils von einem
Fokussierungsspot 18 beaufschlagt werden. Diese LeuchtstoffScheibe 12 ist für einen nicht-sequenziellen Betrieb vorgesehen. Auch diese LeuchtstoffScheibe 12 ist für den rotierenden Betrieb vorgesehen. Jeder Fokussierungsspot 18 führt deshalb zu unterschiedlichem Konversionslicht gegenüber benachbarten
Fokussierungsspots 18. Jedoch ist auch hier vorgesehen, dass die Summe des erzeugten Lichts immer Weißlicht ist.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung für eine LeuchtstoffScheibe 12, welches für den nicht rotierenden Betrieb sowie für einen nicht-sequenziellen Betrieb vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung sind die Fokussierungsspots 18 immer auf dem gleichen Leuchtstoff 22, 24, 26 beziehungsweise dem Transmissionsfenster 28 positioniert. Vorzugsweise ist hier ebenfalls vorgesehen, dass die Summe des gewandelten Lichts Weißlicht ist. Auch wenn diese Ausgestaltung sich für eine nicht rotierende Leuchtstoffscheibe eignet, kann optional dennoch eine Rotation vorgesehen sein. Die Wirkung der Lichtwandlung wird dadurch nicht beeinträchtigt. Fign. 9 und 10 zeigen schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Fig. 10 zeigt eine Leuchtstoffscheibe 12, die umlaufend radial benachbart zueinander Ringbereiche mit Leuchtstoff 22, 24, 26 und Transmissionsfenster 28 aufweist. In einem inneren Ringbereich sind benachbart zueinander die Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie das Transmissionsfenster 28 angeordnet. Radial außenliegend dazu ist ein weiterer Leuchtstoffbereich vorgesehen, in dem ebenfalls die Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie ein Transmissionsfenster 28 vorgesehen sind. In der vorliegenden Ausgestaltung unterscheiden sich jedoch die Winkelbereiche der Leuchtstoffe 22, 24, 26 sowie des Transmissionsfensters 28, sodass bei Positionierung der Fokussierungsspots 18 auf dem jeweiligen Ringbereich in Summe Licht mit unterschiedlicher Farbe erzeugt wird. In der oberen Darstellung gemäß Fig. 10 sind die Fokussierungsspots 18 auf dem äußeren Ringbereich positioniert. In der unteren Darstellung der Fig. 10 hingegen sind die Fokussierungsspots 18 auf dem inneren Ringbereich positioniert. Um diese unterschiedlichen Positionierungen der Fokussierungsspots 18 zu erreichen, ist bei dieser Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Axicons 40, 42 hinsichtlich ihres Abstands zueinander einstellbar sind (Fig. 9) . In der oberen Darstellung in Fig. 9 sind die Axicons 40, 42 weit voneinander beabstandet, sodass ein Lichtring erzeugt wird, der hinsichtlich des Durchmessers an den äußeren Ringbereich der LeuchtstoffScheibe 12 aus Fig. 10 angepasst ist. Mit einer entsprechend ausgebildeten Linsenanordnung 34 werden acht Fokussierungspunkte erzeugt, die auf dem äußeren Ringbereich der LeuchtstoffScheibe 12 gemäß Fig. 10 positioniert sind.
In der unteren Darstellung gemäß Fig. 9 sind die Axicons 40, 42 hingegen weniger beabstandet gegenüber der oberen Darstellung. Dies führt dazu, dass der erzeugte Lichtring einen kleineren Durchmesser hat. Vorliegend ist vorgesehen, dass der hierbei erzeugte Durchmesser des Lichtrings dem inneren Ringbereich der in Fig. 10 dargestellten LeuchtstoffScheibe 12 entspricht. Die Linsenanordnung 34 weist auch für diesen Einstellzustand eine angepasste Linsenanordnung 34 auf, die ebenfalls acht Fokussierungsspots erzeugt, die auf dem inneren Ringbereich der LeuchtstoffScheibe 12 positioniert sind.
Auf diese Weise kann zwischen unterschiedlichen Leuchtstoffen und Farbzusammenstellungen umgeschaltet werden. Die vorliegende Ausgestaltung sieht vor, dass auch diese LeuchtstoffScheibe 12 rotierend im bestimmungsgemäßen Betrieb betrieben wird.
Fig. 11 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine separate lichtabführende Baueinheit wie die lichtabführende Baueinheit 50 gemäß Fig. 1 nicht erforderlich ist. Die bei dieser Ausgestaltung vorgesehene LeuchtstoffScheibe 12 ist reflektierend ausgebildet. Das heißt, dass die lichtabbildende Baueinheit 14 sowohl zum Zuführen des zugeführten Lichts 16 als auch zum Abführen des Konversionslichts 64, 66 dient. Die entsprechende lichtabbildende Baueinheit 14 weist diesbezüglich wieder einen Aufbau wie Fig. 1 auf. Es wird deshalb ergänzend diesbezüglich auf die Ausführungen zur Fig. 1 verwiesen.
Um das zugeführte Licht 16 vom Konversionslicht 64, 66 zu trennen, ist eingangsseitig ein dichroitischer Spiegel 32 vorgesehen, der reflektierend für das zugeführte Licht 16 aber transmittierend für das Konversionslicht 64, 66 ist. Ergänzend wird dem dichroitischen Spiegel 32 blaues Licht 80 zugeführt, welches am dichroitischen Spiegel 32 ebenfalls reflektiert und mit dem Konversionslicht 64, 66 zusammengeführt wird, um das für die Beleuchtung vorgesehene Licht 30 zu bilden. In einer alternativen Ausgestaltung ist eine Ausführung mit dichroitischem Spiegel möglich, bei der blaues Licht transmittiert und Konversionslicht reflektiert wird.
Fig. 12 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die auf dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 basiert. Um die separate Zuführung von blauem Licht 80 gemäß Fig. 11 zu vermeiden, ist bei dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass die LeuchtstoffScheibe 12 ein in Fig. 12 nicht dargestelltes Transmissionsfenster aufweist, durch welches ein Teil des zugeführten Lichts 16 durch die LeuchtstoffScheibe 12 transmittiert und mittels einer Lichtführungseinheit 48 zum dichroitischen Spiegel 32 geführt wird. Dort wird es wie zuvor zur Fig. 11 beschrieben, dem Konversionslicht 64, 66 zugeführt, um das Licht 30 für Beleuchtungszwecke zu bilden. Auch bei dieser Ausgestaltung ist wie bei Fig. 11 vorgesehen, dass das Konversionslicht 64, 66 die lichtabbildende Baueinheit 14 entgegen dem zugeführten Licht 16 nutzt.
Gemäß der Fig. 13 und 14 werden schematisch weitere Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt, die auf dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 basieren. Ergänzend wird deshalb auf die Ausführungen zu diesem Beispiel verwiesen. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß Fig. 1 weist die Ausgestaltung gemäß Fig. 13 bei der lichtabführenden Baugruppe 50 anstelle der Axicons 52, 54 eine Sammellinse 82 auf, mittels der das konvertierte Licht 64, 66 einer Konkavlinse 84 zugeführt wird.
Eine weitere Ausgestaltung zeigt Fig. 14, die sich von der Ausgestaltung gemäß Fig. 13 dadurch unterscheidet, dass anstelle der Sammellinse 82 eine Sammellinse 86 vorgesehen ist, die das Konversionslicht 64, 66 auf eine Eintrittsfläche eines optischen Integrators 88 fokussiert. Der optische Integrator 88 ist vorliegend durch einen zylindrischen, insbesondere rechteckigen oder hexagonalen Glasstab oder auch Spiegeltunnel gebildet. Dem Grunde nach kann die Anzahl der Fokussierungsspots 18 beliebig gewählt und bedarfsweise angepasst werden. Darüber hinaus ist es natürlich möglich, die unterschiedlichen Leuchtstoffe jeweils mit einer unterschiedlichen Anzahl von Fokussierungsspots zu beaufschlagen, um dadurch die Zusammensetzung des Konversionslichtes zu beeinflussen. Zu diesem Zweck kann ferner vorgesehen sein, dass die Leuchtstoffe an unterschiedlichen großen Flächenbereichen angeordnet sind . Die Erfindung erlaubt es, die optische Einrichtung bedarfsweise einfach und schnell anpassen zu können. Dadurch können nicht nur verbrauchte Leuchtstoffräder gewechselt, sondern auch Farbräume bedarfsweise angepasst werden. Die Erfindung erlaub es darüber hinaus, die Leistung eines einzigen Fokussierungsspots auf dem Leuchtstoff zu reduzieren, da aufgrund der Anzahl der Fokussierungsspots dies kompensiert werden kann. Dadurch wird lokal im Leuchtstoff eine geringere Verlustwärme erzeugt, sodass der Leuchtstoff als solcher bei einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Die Erfindung kann für jegliche Beleuchtungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise Raumbeleuchtung, Geländebeleuchtung aber auch bei Projektoren, Scheinwerfern oder dergleichen.
Schließlich können natürlich Merkmale der Ansprüche und Beschreibung in nahezu beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, um zu weiteren Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung zu gelangen. Weiter ist anzumerken, dass die für die erfindungsgemäße Einrichtung beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie
Ausführungsformen gleichermaßen für das erfindungsgemäße Lichtmodul beziehungsweise das entsprechende Verfahren gelten und umgekehrt. Folglich können für
Vorrichtungsmerkmale entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
Optische Einrichtung (10) umfassend:
eine lichtabbildende Baueinheit (14), die ausgebildet ist, der lichtabbildenden Baueinheit (14) zugeführtes Licht (16) in mindestens einem Fokussierungsspot (18) zu fokussieren, wobei das zugeführte Licht (16) mindestens eine vorgebbare Wellenlänge umfasst;
eine Konversionsvorrichtung (12), die mindestens einen Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) aufweist, der ausgelegt ist, Licht (16) mit der mindestens einen vorgebbaren Wellenlänge in Konversionslicht (30) zu wandeln, wobei die Konversionsvorrichtung (12) derart angeordnet ist, dass der wenigstens eine Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) im Fokussierungsspot (18) der lichtabbildenden Baueinheit angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet,
dass die lichtabbildende Baueinheit (14) ausgebildet ist, wenigstens zwei Fokussierungsspots (18) zu erzeugen, und
die Konversionsvorrichtung (12) derart angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Fokussierungsspots (18) auf dem wenigstens einen Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) positioniert sind.
Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsvorrichtung (12) mindestens einen ersten und einen vom ersten unterschiedlichen zweiten Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) aufweist, wobei einer der Fokussierungsspots (18) auf dem ersten und ein weiterer der Fokussierungsspots (18) auf dem zweiten Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) positioniert ist.
Optische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabbildende Baueinheit
(14) zwei Axicons (40, 42) aufweist, deren optische Achsen (36) koaxial zueinander und zu einer Lichteinfallachse (20) des zugeführten Lichts (16) ausgerichtet sind, wobei die Axicons (40, 42) derart angeordnet sind, dass konisch ausgebildete Flächen
(44, 46) der Axicons (40, 42) einander zugewandt sind .
Optische Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsvorrichtung (12) als Konversionsscheibe ausgebildet ist und mindestens einen ersten und einen vom ersten unterschiedlichen zweiten Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) aufweist, wobei der wenigstens eine erste und eine zweite Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) in Bezug auf die optische Achse (36) radial benachbart zueinander an der
Konversionsscheibe (12) angeordnet sind und die lichtabbildende Baueinheit (14) ausgebildet ist, einen Abstand der Axicons (40, 42) zueinander entlang der optischen Achse (36) derart einzustellen, dass in Abhängigkeit des eingestellten Abstands die Fokussierungsspots (18) jeweils auf dem ersten und/oder dem zweiten Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) positioniert sind. Optische Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsscheibe (12) den wenigstens einen ersten und einen zweiten Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) in Bezug auf die optische Achse (36) in einer Umfangsrichtung der Konversionsscheibe (12) benachbart zueinander aufweist.
Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabbildende Baueinheit (14) eine Linsenanordnung (34) zum Erzeugen der Fokussierungsspots (18) aufweist.
Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabbildende Baueinheit (14) ausgebildet ist, die
Fokussierungsspots (18) wenigstens teilweise auf einem zur optischen Achse (36) koaxialen Ring zu erzeugen .
8. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Konversionsscheibe (12) drehfest angeordnet ist.
Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Konversionsvorrichtung (12) reflektierend ausgebildet ist und die lichtabbildende Baueinheit (14) lichtzuführseitig eine optische Trenneinheit (32) zum Trennen des zugeführten Lichts (16) vom von der Konversionsvorrichtung (12) reflektierten Licht (30) aufweist . Optische Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsvorrichtung (12) einen Bereich zum Transmittieren eines Teils des zugeführten Lichts (16) aufweist, und die lichtabbildende Baueinheit (14) eine
Lichtführungsbaugruppe (48) umfasst, die ausgebildet ist, von der Konversionsvorrichtung (12) transmittiertes Licht mit dem von der Konversionsvorrichtung (12) reflektierten Licht (30) zusammenzuführen .
Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine lichtabführende Baueinheit (50) zum Zusammenführen von aufgrund der mindestens zwei Fokussierungsspots (18) von der Konversionsvorrichtung (12) emittiertem Licht (30), wobei die lichtabführende Baueinheit (50) eine in Bezug auf die Konversionsvorrichtung (12) gemäß der lichtabbildenden Baueinheit (14) gespiegelte
Anordnung von zwei Axicons (52, 54) aufweist. 12. Optische Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabführende Baueinheit (50) ausgebildet ist, einen Abstand der Axicons (52, 54) entlang der optischen Achse (36) in Abhängigkeit des Abstands der Axicons (40, 42) der lichtabbildenden Baueinheit (14) einzustellen, um aufgrund der Positionierung der Fokussierungsspots (18) vom Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) der Konversionsvorrichtung (12) emittiertes Licht (30) zusammenzuführen . Optische Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabführende Baueinheit (50) konversionsvorrichtungsseitig eine entsprechend einer Anzahl der Fokussierungspositionen (18) ausgebildete Sammellinsenanordnung (56) aufweist .
Lichtmodul mit einer Lichtquelle sowie einer optischen Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lichtmodul zum Zuführen von mittels der Lichtquelle erzeugtem Licht zur optischen Einrichtung ausgebildet ist.
Verfahren zum Behandeln von Licht mittels einer optischen Einrichtung (10) mit folgenden Schritten:
- Zuführen von Licht zu einer lichtabbildenden Baueinheit (14) der optischen Einrichtung (10), die das der lichtabbildenden Baueinheit (14) zugeführte Licht (16) in mindestens einem Fokussierungsspot (18) fokussiert, wobei das zugeführte Licht (16) mindestens eine vorgebbare Wellenlänge umfasst, und - Wandeln des zugeführten Lichts (16) mit der mindestens einen vorgebbaren Wellenlänge in Konversionslicht (30) mittels mindesten einem Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) einer
Konversionsvorrichtung (12), wobei die Konversionsvorrichtung (12) derart angeordnet ist, dass der wenigstens eine Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) im Fokussierungsspot (18) der lichtabbildenden Baueinheit (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der lichtabbildenden Baueinheit (14) wenigstens zwei Fokussierungsspots (18) erzeugt werden, wobei die Konversionsvorrichtung (12) derart angeordnet ist, die wenigstens zwei
Fokussierungsspots (18) auf dem wenigstens einen Leuchtstoff (22, 24, 26, 28) positioniert sind.
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