WO2016058816A1 - Lichtmodul für eine beleuchtungsvorrichtung, leuchtstoffrad für ein entsprechendes lichtmodul und optisches system - Google Patents

Lichtmodul für eine beleuchtungsvorrichtung, leuchtstoffrad für ein entsprechendes lichtmodul und optisches system Download PDF

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WO2016058816A1
WO2016058816A1 PCT/EP2015/072247 EP2015072247W WO2016058816A1 WO 2016058816 A1 WO2016058816 A1 WO 2016058816A1 EP 2015072247 W EP2015072247 W EP 2015072247W WO 2016058816 A1 WO2016058816 A1 WO 2016058816A1
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radiation
excitation radiation
phosphor wheel
light module
phosphor
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PCT/EP2015/072247
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English (en)
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Inventor
Peter Hoehmann
Original Assignee
Osram Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2033—LED or laser light sources
    • G03B21/204—LED or laser light sources using secondary light emission, e.g. luminescence or fluorescence

Definitions

  • Light module for a lighting device
  • the present invention relates to a light module for a lighting device comprising a
  • Excitation radiation source which is designed to emit an excitation radiation, at least one
  • Phosphor disposed on a phosphor wheel and configured to convert the excitation radiation at least partially into a conversion radiation
  • the phosphor wheel is formed from a material reflective at least for the conversion radiation or coated with a reflective material and has at least two areas that are responsible for the excitation radiation are formed transmissively, wherein the predeterminable areas have swept by the excitation radiation specifiable sum area and a predetermined sum angle in the circumferential direction, a dichroic mirror, which is arranged in the beam path between the excitation radiation source and the at least one phosphor, wherein the dichroic mirror for one of the two radiations,
  • Excitation radiation and conversion radiation is designed to be reflective and transmissive for the other of the two radiations
  • the dichroic mirror is also arranged in the beam path of the conversion radiation generated by the at least one phosphor, an optical deflection device which is formed by the at least two transmissive the Leuchtstoffrad To redirect areas passing excitation radiation on the dichroic mirror, and an output at which the conversion radiation and the
  • Excitation radiation can be provided. It further relates to a phosphor wheel for such a light module and to an optical system having such a light module and a camera.
  • the present invention relates in particular to the use of high-power white light sources for endoscopy, microscopy, or for medical
  • Examination lights with simultaneous use of cameras.
  • xenon discharge lamps with a power of usually up to 300 W are used, which are operated with direct current.
  • such lamps have both in the cold and in the hot state, a high internal pressure, which is a security risk in the above-mentioned application area.
  • their life is quite limited, resulting in undesirably high costs.
  • video cameras are often used for documentation in connection with such high-power light sources, the video cameras having recording frequencies of typically 50 Hz to 850 Hz.
  • the Sony cameras include the DXC-390P, DXC-990P, DXC-990, DXC-C33D, MCC-500MD, MCC-3000MT and PDM-10MD cameras. From the company Basler in particular the ace series comes into consideration. Another application of such
  • High-performance light sources represent entertainment applications, for example in the realization of so-called light fingers (Sky Tracker), pursuit spotlights (Follow Spots), stationary and moving effect lights (moving lights, wash lights), etc ..
  • Phaser PI Phaser PI
  • such a light module 10 comprises a pump module 12, an optical module 14 charged therewith, whose output A is coupled to a projector 18 via an optional filter wheel 16.
  • the pump module 12 implements an excitation radiation source, which comprises 32 laser diodes, of which three laser diodes 20a to 20c are indicated schematically. These are mounted on a heat sink 22 and emit an excitation radiation 31 in the blue wavelength range.
  • Various lenses 24a, 24b, 24c, 26, 28) and a scattering element (30) serve to bundle or mix the light generated by the laser diodes 20a to 20c.
  • the excitation radiation 31 is directed to a dichroic mirror 32 of the optical module 14, focused by a lens 34 and directed to a phosphor wheel 36, which is shown in more detail in Fig. 2 in three different embodiments.
  • the phosphor wheel 36 is formed from a material which is reflective at least for the conversion radiation 31, for example one Metal substrate on which a phosphor or more, in particular different phosphors 40a, 40b, 40c
  • FIG. 1 and FIG. 2 c three different phosphors 40 a to 40 c are provided, while in the illustrations of FIGS. 2 a and 2 b only two different phosphors 40 a, 40 b are arranged on the phosphor wheel 36.
  • a segment of the phosphor wheel is designated by 42. This can, as Fig. 2 can be seen as a through hole 42a, see Fig. 2a and Fig. 2c, or with an at least partially transparent glass insert 42b, see Fig. 2b, be formed.
  • Conversion radiation 44 is reflected back to the lens 34 and collimated. Due to the now changed wavelength range passes the
  • Conversion radiation 44 the dichroic mirror 32, is focused by a lens 46, passes through the optional Farbfilterrad 16 and is then forwarded to the projector 18.
  • the region 42 is at some point located in the projection point P, for which reason the excitation radiation 31 penetrates the region 42 of the phosphor wheel 36, is focused on the other side of the phosphor wheel 36 by a lens 48 and via three mirrors 50a, 50b , 50c on the dichroic mirror 32 is passed.
  • the mirrors 50a to 50c thus realize a deflection device, by means of which the excitation radiation 31 passing through the phosphor wheel 36 is in turn directed onto the dichroic mirror 32, this time from the side opposite to the side controlled by the excitation radiation source.
  • the excitation radiation 31 is again deflected, passes through the lens 46, the optional color filter wheel 16 and goes to the projector 18.
  • a white light source is available, the white light resulting from the sequential superposition of unconverted blue excitation light and converted conversion light.
  • the transmissive regions 42 a of the phosphor wheel 36 have a
  • the area of the area 42b is designated by A2. This area extends over one
  • Phaser PI is used in entertainment applications, were during fast panning of the headlight Farbaufsplittungen or a
  • white light sources are known in which, as in A LARP (Laser Activated Remote Phosphor) module, known as ITOS Phaser 3000, generates white light in a time-parallel fashion.
  • a LARP Laser Activated Remote Phosphor
  • ITOS Phaser 3000 uses a first light source, namely a laser source which emits light in the blue wavelength range, for exciting a phosphor which emits in the yellow wavelength range.
  • the module also uses an LED that emits in the blue wavelength range.
  • light in the yellow wavelength range can be mixed simultaneously with light in the blue wavelength range to produce white light.
  • a disadvantage of this solution is the fact that such a module requires two light sources and the achievable luminance for certain applications are not sufficiently high. For this reason, such devices are unsuitable for medical applications with high demands in this regard.
  • the ceramic phosphor is arranged statically, which is why the luminance can not be significantly increased beyond the current version, otherwise the static phosphor will get too hot and saturated.
  • the color rendering is difficult to adjust when using a static phosphor. If one mixes, for example, for the production of warm white in a static phosphor in the red wavelength range converting phosphor with emitting in the yellow wavelength range phosphor, the result is unsatisfactory, since both phosphors influence each other in terms of their effect.
  • the absorbed in the red Wavelength-converting phosphor parts of the yellow spectrum, which reduces the efficiency.
  • there is currently no ceramic warm white phosphor as currently a red-yellow phosphor powder mixture can not be sintered into a ceramic. However, a ceramic phosphor would be required in view of the luminances desired in certain medical applications.
  • a statically arranged phosphor it is also not possible to use the so-called Unishape method in which the laser power is changed synchronously with the segment sequence of the phosphors in a rotatably arranged phosphor wheel, as described in the document DE102006009975A1.
  • the different phosphors which are arranged in different segments, are subjected to different pumping power.
  • the color locus of the light source can be set in a wide range during operation.
  • the color locus can be set within a triangle spanned in the color space.
  • the color location can only be varied along a connecting line of the color locations of the two colors.
  • the object of the present invention is therefore to develop an aforementioned light module such that an application both in applications of the camera-based medical and microscopy illumination technology and for the effect lighting is made possible even with high demands on the quality and intensity of light and that the Possibility of a variation of the color locus is given, namely at the lowest possible cost.
  • the object continues to be to provide a corresponding suitable phosphor wheel and a corresponding optical system with such a light module.
  • the present invention is based on the recognition that the various problems of the prior art mentioned above can be solved by a single, skillful measure. This consists in dividing the at least two regions provided in the prior art, which are designed to be transmissive for excitation radiation, to at least eight regions. While the two regions, see FIGS. 2a and 2c, are longitudinally formed in the circumferential direction in the prior art, they are preferably circular in the present invention or rectangular with a first shorter side and a perpendicular extending second longer side, wherein the respective shorter side is arranged in the circumferential direction of the phosphor wheel.
  • an elliptical configuration with ellipse axis in the radial direction also fulfills the function.
  • the at least eight regions that are transmissive to the excitation radiation are arranged separately from one another, in that at least one non-transmissive region for the excitation radiation is provided between adjacent transmissive regions.
  • the transmissive regions may be separated from each other by phosphor segments located therebetween.
  • a rotating phosphor wheel is used so that local overheating and thus undesirable early saturation of the phosphors can be reliably prevented. This results in a high efficiency of a light module according to the invention, in which thus also high light outputs can be achieved. Because the transmissive regions alone are significantly smaller than the corresponding ones in the prior art, even in a variant in which no glass plate is inserted into the through-openings, low values for the noise emission are achieved. In this respect, can be dispensed with the costly insertion of glass slides in the through holes.
  • the phosphor wheel have at least ten, preferably at least twenty such regions, i.
  • the area originally realized in the prior art by two transmissive areas or the summation angle realized by two such areas is divided according to the invention into ten, preferably at least twenty such areas.
  • the regions of the phosphor wheel which are transmissive to excitation radiation can be formed as passage openings with or without inserted glass plate or other optically transparent media (filters, lenses, hologram structures).
  • inserted glass plate results in a further reduction of the noise emission, however, without cooling glass plate is due to the resulting during rotation of the phosphor wheel turbulence, the cooling effect improved.
  • the phosphor wheel comprises precisely one phosphor, which is further preferably designed, the excitation radiation in a Convert conversion radiation in the yellow wavelength range. In this way, a very high efficiency can be achieved because of the good temperature stability of the yellow phosphor, although the variations in the color location are limited.
  • the phosphor wheel comprises at least a first and a second phosphor, which are designed to convert the excitation radiation into a first and a second conversion radiation. It is particularly preferred if the first conversion radiation is in the green wavelength range and the second conversion radiation is in the red or orange wavelength range.
  • the phosphor wheel may also comprise a first, a second and a third phosphor, which are then preferably in the yellow, in the red and in the green wavelength range. The more phosphors are present that convert to different wavelength ranges, the greater variations are possible with regard to the choice of the color location of the total radiation provided by the light module at the output.
  • the regions that are transmissive to excitation radiation can be circular or elliptical. Alternatively, they may also be rectangular in shape with a first shorter side and a second, longer side extending perpendicular thereto, the respective shorter side being arranged in the circumferential direction of the phosphor wheel.
  • a rectangular configuration of the transmissive regions has the advantage that they are uncritical in the radial adjustment of the phosphor wheel to the excitation beam, since the radial Extension of the transmissive region significantly larger than the beam diameter, so that always the same area of the excitation radiation can be used.
  • round transmissive areas have the advantage that, when the phosphor wheel is installed, they can already be adjusted to a specific color location by means of a corresponding radial alignment in order, for example, to compensate for tolerances on other components. If the excitation beam is adjusted, for example, to the outer or inner region of the round transmissive regions on the phosphor wheel, smaller portions of the excitation radiation are utilized in comparison to a central adjustment with respect to the round transmissive regions.
  • the light module further comprises a drive motor for the phosphor wheel coupled to the phosphor wheel for rotating the phosphor wheel, wherein the drive motor is configured to rotate the phosphor wheel at a rotational frequency such that the repetition of the transmissive regions occurs at a frequency that is greater than 1440 Hz.
  • the rotational frequency of the drive motor is at least 90 Hz, preferably at least 180 Hz. This opens up the possibility of using low-cost standard motors in the area of LARP applications with rotating color wheels. In addition, drive motors with higher rotational frequencies used to operate even cameras with a higher frame rate.
  • the at least eight regions which are designed to be transmissive for excitation radiation, likewise have the predeterminable total area swept by the excitation radiation and / or the predeterminable sum angle in the circumferential direction.
  • predeterminable sum area is to be understood as the area swept by the excitation radiation, which may differ from the actual area of the transmissive areas. This is true for the sum angle.
  • the area required in the prior art for setting the desired color location or the required sum angle in the circumferential direction is now applied to a plurality of areas, i. at least eight areas, divided.
  • the present invention also relates to a phosphor wheel for a light module according to the invention.
  • a phosphor wheel for a light module according to the invention also relates to a phosphor wheel for a light module according to the invention.
  • the present invention relates to an optical system having a light module according to the invention and a camera having a predefinable image acquisition rate for detecting a radiation correlated with the radiation provided by the light module at the output.
  • a predefinable image acquisition rate for detecting a radiation correlated with the radiation provided by the light module at the output.
  • the image acquisition rate of the camera of the optical system is between 50 Hz and 360 Hz.
  • Fig. 1 in a schematic representation of a state of the
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of three different color wheels according to the invention, which are to be used to form a light module 10 according to the invention in the light module shown schematically in FIG. 1 instead of the phosphor wheel 36 shown there. Since the remaining structure of the light module 10 is identical to can be shown in Fig. 1, the following embodiments are limited to the differences in terms of the color wheels 36.
  • transmissive areas 44i are provided, these areas 44i being distributed uniformly in the circumferential direction along the phosphor layer 40a, which in the present case is designed to provide conversion radiation in the yellow wavelength range. Accordingly, an area 44i transmissive to the excitation radiation is provided every 45 °, which can be realized as a passage opening or with a glass plate inserted into a passage opening.
  • the regions 44i are formed circular with a radius R1 and have an area A3 per se. The angle taken by them along the circumference is ßl.
  • excitation radiation transmissive areas are shown in the illustrated in Fig. 3a phosphor wheel, which is Number in particularly preferred embodiments at least ten, preferably at least twenty.
  • the arrangement and the size of the transmissive regions 44i are identical to those in FIG. 3a, but two different phosphors are used there, namely a phosphor 40c converting into the red wavelength range and one in the green Wavelength-domain converting phosphor 40b alternating along the circumference of the phosphor wheel 36.
  • two phosphors depicted in Figure 3b instead of the two phosphors depicted in Figure 3b, three or more may be used.
  • the transmissive regions 44i are shown rectangular with a first shorter side Sl and a second longer side S2 extending perpendicular thereto, the respective shorter side Sl being arranged in the circumferential direction of the phosphor wheel 36.
  • the angle occupied by such a transmissive region 44i in the circumferential direction is ⁇ 2, the area A4 occupied by it.
  • the number of transmissive regions 44i is limited by the desired ratio of blue to converted light, which determines the white point, and by a minimum segment length for the phosphor. Coating process of typically a few millimeters.
  • sixteen transmissive regions 44i can be realized; at an exemplary rotational frequency of the phosphor wheel of 180 Hz, which is the maximum frequency of typically used Nedec brand motors, the repetition rate is 2880 Hz.
  • the substrate for the phosphor wheel 36 is preferably aluminum coated with a reflectivity enhancing layer ,
  • the phosphors 44 are applied in particular mixed in silicone on the phosphor wheel 36. In FIGS.
  • the surfaces swept by the excitation radiation within the transmissive regions have been equated with the total surfaces Al, A2, A3, A4 of the transmissive regions 42, 44 within the transmissive regions, even though in practice they are swept by the excitation radiation Areas less than or equal to, in particular smaller, than the areas AI, A2, A3, A4 of the transmissive areas 42, 44 are.
  • the phosphor wheel may also be formed of a material transparent to the conversion radiation, so that the conversion radiation is also at least partially transmitted in the direction of the transmission
  • the light module according to the invention can also have a phosphor wheel with an odd-numbered arrangement of regions (44i) which are transmissive for the excitation radiation (31), for example 11, 13, 15, 17, 19.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul (10) für eine Projektionsvorrichtung umfassend eine Anregungsstrahlungsquelle (12), die ausgelegt ist, eine Anregungsstrahlung (31) abzugeben, mindestens einen Leuchtstoff (40a, 40b, 40c), der auf einem Leuchtstoffrad (36) angeordnet und ausgebildet ist, die Anregungsstrahlung (31) in eine Konversionsstrahlung (44) zu konvertieren, wobei das Leuchtstoffrad (36) aus einem zumindest für die Anregungsstrahlung (31) reflektiven Material gebildet ist und mindestens zwei Bereiche (42a) aufweist, die für Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind, einen dichroitischen Spiegel (32), der im Strahlengang zwischen der Anregungsstrahlungsquelle (12) und dem mindestens einen Leuchtstoff (40a, 40b, 40c) angeordnet ist, sowie einen Ausgang (A), an dem die Konversionsstrahlung (44) und die Anregungsstrahlung (31) bereitstellbar sind, wobei das Leuchtstoffrad (36) mindestens acht Bereiche (44i) aufweist, die für die Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Leuchtstoffrad für ein derartiges Lichtmodul (10) sowie ein optisches System mit einem derartigen Lichtmodul (10) sowie einer Kamera.

Description

Beschreibung
Lichtmodul für eine Beleuchtungsvorrichtung,
Leuchtstoffrad für ein entsprechendes Lichtmodul und optisches System
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul für eine Beleuchtungsvorrichtung umfassend eine
Anregungsstrahlungsquelle, die ausgelegt ist, eine Anregungsstrahlung abzugeben, mindestens einen
Leuchtstoff, der auf einem Leuchtstoffrad angeordnet und ausgebildet ist, die Anregungsstrahlung zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung zu konvertieren, wobei das Leuchtstoffrad aus einem zumindest für die Konversionsstrahlung reflektiven Material gebildet oder mit einem reflektiven Material beschichtet ist und mindestens zwei Bereiche aufweist, die für die Anregungsstrahlung transmissiv ausgebildet sind, wobei die vorgebbaren Bereiche eine von der Anregungsstrahlung überstrichene vorgebbare Summen-Fläche aufweisen sowie einen vorgebbaren Summen-Winkel in Umfangsrichtung, einen dichroitischen Spiegel, der im Strahlengang zwischen der Anregungsstrahlungsquelle und dem mindestens einen Leuchtstoff angeordnet ist, wobei der dichroitische Spiegel für eine der beiden Strahlungen,
Anregungsstrahlung und Konversionsstrahlung, reflektiv ausgebildet ist und für die andere der beiden Strahlungen transmissiv, wobei der dichroitische Spiegel ebenfalls im Strahlengang der von dem mindestens einen Leuchtstoff erzeugten Konversionsstrahlung angeordnet ist, eine optische Umlenkvorrichtung, die ausgebildet ist, die das Leuchtstoffrad durch die mindestens zwei transmissiven Bereiche passierende Anregungsstrahlung auf den dichroitischen Spiegel umzulenken, sowie einen Ausgang, an dem die Konversionsstrahlung und die
Anregungsstrahlung bereitstellbar sind. Sie betrifft weiterhin ein Leuchtstoffrad für ein derartiges Lichtmodul sowie ein optisches System mit einem derartigen Lichtmodul sowie einer Kamera.
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den Einsatz von Hochleistungs-Weißlichtquellen für die Endoskopie, die Mikroskopie, oder für medizinische
Untersuchungsleuchten (z.B. Stirnlampen) bei gleichzeitiger Verwendung von Kameras. Derzeit werden hierfür Xenon-Entladungslampen mit einer Leistung von üblicherweise bis zu 300 W verwendet, die mit Gleichstrom betrieben werden. Derartige Lampen weisen jedoch sowohl im kalten als auch im heißen Zustand einen hohen Innendruck auf, was bei dem oben erwähnten Einsatzbereich ein Sicherheitsrisiko darstellt. Überdies ist ihre Lebensdauer recht begrenzt, was in unerwünscht hohen Kosten resultiert. In der Medizintechnik werden im Zusammenhang mit derartigen Hochleistungslichtquellen oft Videokameras für die Dokumentation verwendet, wobei die Videokameras Aufzeichnungsfrequenzen von üblicherweise 50 Hz bis 850 Hz aufweisen. Von der Firma Sony sind in diesem Zusammenhang die Kameras DXC-390P, DXC-990P, DXC- 990, DXC-C33D, MCC-500MD, MCC-3000MT sowie PDM-10MD zu nennen. Von der Firma Basler kommt insbesondere die ace- Serie in Betracht. Ein weiteres Einsatzgebiet von derartigen
HochleistungsIichtquellen stellen Entertainmentanwendungen dar, beispielsweise bei der Realisierung so genannter Lichtfinger (Sky Tracker) , Verfolgungsscheinwerfer (Follow Spots) , stationäre und bewegliche Effektleuchten (Moving Lights, Wash Lights) , etc ..
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin ein Lichtmodul der Firma Osram unter der Bezeichnung Phaser PI bekannt. Da dieses Produkt zur Formulierung des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs herangezogen wurde, ist es ausführlicher in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt.
Demnach umfasst ein derartiges Lichtmodul 10 ein Pumpmodul 12, ein damit beaufschlagtes optisches Modul 14, dessen Ausgang A über ein optionales Filterrad 16 mit einem Projektor 18 gekoppelt ist. Das Pumpmodul 12 realisiert eine Anregungsstrahlungsquelle, die 32 Laserdioden umfasst, wovon drei Laserdioden 20a bis 20c schematisch angedeutet sind. Diese sind auf einem Kühlkörper 22 montiert und geben eine Anregungsstrahlung 31 im blauen Wellenlängenbereich ab. Diverse Linsen 24a, 24b, 24c, 26, 28) sowie ein Streuelement (30) dienen der Bündelung bzw. der Durchmischung des von den Laserdioden 20a bis 20c erzeugten Lichts. Die Anregungsstrahlung 31 wird auf einen dichroitischen Spiegel 32 des optischen Moduls 14 gerichtet, mittels einer Linse 34 gebündelt und auf ein Leuchtstoffrad 36, das in Fig. 2 in drei unterschiedlichen Ausführungsformen detaillierter dargestellt ist, gerichtet. Das Leuchtstoffrad 36 ist aus einem zumindest für die Konversionsstrahlung 31 reflektiven Material gebildet, beispielsweise einem Metallsubstrat, auf dem ein Leuchtstoff oder mehrere, insbesondere unterschiedliche Leuchtstoffe 40a, 40b, 40c angeordnet sind.
In der Darstellung von Fig. 1 und Fig. 2c sind drei unterschiedliche Leuchtstoffe 40a bis 40c vorgesehen, während in den Darstellungen von Fig. 2a und 2b lediglich zwei unterschiedliche Leuchtstoffe 40a, 40b auf dem Leuchtstoffrad 36 angeordnet sind. Bei dem Leuchtstoffrad 36 gemäß Fig. 1 ist ein Segment des Leuchtstoffrads mit 42 bezeichnet. Dieses kann, wie Fig. 2 entnommen werden kann, als Durchgangsöffnung 42a, siehe Fig. 2a bzw. Fig. 2c, oder mit einem zumindest teilweise transparenten Glaseinsatz 42b, siehe Fig. 2b, ausgebildet sein.
Wird die Anregungsstrahlung 31 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung auf einen mit einem Leuchtstoff 40b beschichteten Bereich des Leuchtstoffrads 36 projiziert, wird die vom Leuchtstoff 40b erzeugte
Konversionsstrahlung 44 auf die Linse 34 zurückreflektiert und kollimiert. Aufgrund des nunmehr geänderten Wellenlängenbereichs passiert die
Konversionsstrahlung 44 den dichroitischen Spiegel 32, wird von einer Linse 46 gebündelt, durchläuft das optionale Farbfilterrad 16 und wird anschließend zum Projektor 18 weitergeleitet. Wenn sich das Leuchtstoffrad 36 weiterdreht, ist irgendwann der Bereich 42 im Projektionspunkt P angeordnet, weshalb dann die Anregungsstrahlung 31 den Bereich 42 des Leuchtstoffrads 36 durchdringt, auf der anderen Seite des Leuchtstoffrads 36 von einer Linse 48 gebündelt wird und über drei Spiegel 50a, 50b, 50c auf den dichroitischen Spiegel 32 geleitet wird. Die Spiegel 50a bis 50c realisieren somit eine Umlenkvorrichtung, mittels welcher die das Leuchtstoffrad 36 durchlaufende Anregungsstrahlung 31 wiederum auf den dichroitischen Spiegel 32 gerichtet wird, diesmal von der Seite, die der von der Anregungsstrahlungsquelle angesteuerten Seite gegenüberliegt. Dort wird die Anregungsstrahlung 31 wiederum abgelenkt, durchläuft die Linse 46, das optionale Farbfilterrad 16 und geht an den Projektor 18. Damit steht eine Weißlichtquelle zur Verfügung, wobei das Weißlicht aus der sequentiellen Überlagerung von nicht konvertiertem blauen Anregungslicht und konvertiertem Konversionslicht resultiert.
Wie Fig. 2a entnommen werden kann, weisen die transmissiven Bereiche 42a des Leuchtstoffrads 36 eine
Gesamtfläche von 2*A1 auf. In Umfangsrichtung erstrecken sich die Bereiche 42a in der Summe über einen Winkel von
2* l. Entsprechendes gilt für die Darstellung von Fig.
2c. Bei der Ausführungsform des Leuchtstoffrads gemäß Fig. 2b ist die Fläche des Bereichs 42b mit A2 bezeichnet. Dieser Bereich erstreckt sich über einen
Winkel, der mit 2 bezeichnet ist.
Wird ein derartige Phaser PI in Entertainmentanwendungen eingesetzt, wurden beim schnellen Schwenken des Scheinwerfers Farbaufsplittungen bzw. ein
Regenbogeneffekt festgestellt. Beim Einsatz eines derartigen Geräts im Medizinbereich wurden unerwünschte Artefakte (Bildfehler, Streifen im Bild, flimmerndes Bild) in den von der Kamera zur Dokumentation aufgenommenen Bildern festgestellt. Im weiteren Stand der Technik sind Weißlichtquellen bekannt, bei denen wie bei einem unter der Bezeichnung ITOS Phaser 3000 bekannten LARP (Laser Activated Remote Phosphor) -Modul Weißlicht in einer zeitlich parallelen Art und Weise erzeugt wird. Ein derartiges Modul verwendet eine erste Lichtquelle, nämlich eine Laserquelle, die Licht im blauen Wellenlängenbereich abgibt, zur Anregung eines Leuchtstoffs, der im gelben Wellenlängenbereich emittiert. Das Modul verwendet weiterhin eine LED, die im blauen Wellenlängenbereich emittiert. Damit kann Licht im gelben Wellenlängenbereich zeitgleich mit Licht im blauen Wellenlängenbereich zur Erzeugung von Weißlicht gemischt werden. Nachteilig an dieser Lösung ist der Umstand, dass ein derartiges Modul zwei Lichtquellen benötigt und die erzielbaren Leuchtdichten für bestimmte Anwendungen nicht ausreichend hoch sind. Aus diesem Grund sind derartige Geräte für Medizinanwendungen mit hohen Anforderungen in dieser Hinsicht ungeeignet.
Beim ITOS Phaser 3000 ergibt sich ein weiteres Problem dadurch, dass der keramische Leuchtstoff statisch angeordnet ist, weshalb die Leuchtdichte über die aktuelle Ausführung hinaus nicht deutlich erhöhbar ist, da sonst der statische Leuchtstoff zu heiß wird und sättigt. Überdies ist die Farbwiedergabe bei Verwendung eines statischen Leuchtstoffs schlecht einstellbar. Mischt man beispielsweise zur Erzeugung von Warmweiß bei einem statischen Leuchtstoff in den roten Wellenlängenbereich konvertierenden Leuchtstoff mit in den gelben Wellenlängenbereich emittierenden Leuchtstoff, so ist das Ergebnis unbefriedigend, da sich beide Leuchtstoffe hinsichtlich ihrer Wirkung gegenseitig beeinflussen. Insbesondere absorbiert der in den roten Wellenlängenbereich konvertierende Leuchtstoff Teile des gelben Spektrums, wodurch sich die Effizienz verringert. Darüber hinaus gibt es aktuell keinen keramischen Warmweiß-Leuchtstoff, da sich eine rot-gelbe Leuchtstoffpulver-Mischung aktuell nicht zu einer Keramik sintern lässt. Ein keramischer Leuchtstoff wäre jedoch im Hinblick auf die bei bestimmten Medizinanwendungen erwünschten Leuchtdichten erforderlich.
Bei einem statisch angeordneten Leuchtstoff ist es auch nicht möglich, das so genannte Unishape-Verfahren anzuwenden, bei dem bei einem drehbar angeordneten Leuchtstoffrad die Laserleistung synchron mit der Segmentabfolge der Leuchtstoffe geändert wird, wie im Dokument DE102006009975A1 beschrieben. Beispielsweise können die unterschiedlichen Leuchtstoffe, die in unterschiedlichen Segmenten angeordnet sind, mit unterschiedlicher Pumpleistung beaufschlagt werden. Dadurch kann im Betrieb der Farbort der Lichtquelle in einem großen Bereich eingestellt werden. Bei Verwendung von mindestens zwei Leuchtstoffen kann zusammen mit dem blauen Licht einer Quelle der Farbort innerhalb eines im Farbraum aufgespannten Dreiecks eingestellt werden. Bei Verwendung von nur blauem und gelbem Licht kann der Farbort nur entlang einer Verbindungslinie der Farborte der beiden Farben variiert werden.
Mit LEDs ist derzeit die Realisierung von Hochleistungslichtquellen als Ersatz von 300W-Xenon- Lampen nicht möglich, da mit den gegenwärtig erhältlichen LEDs lediglich eine für die genannten Zwecke zu niedrige Leuchtdichte erzielbar ist. Weiterhin sind diverse Leuchtstoffrad-Lösungen für Projektionsanwendungen in Reflexion oder Transmission bekannt, sowohl mit sequentiellen Farben wie auch als Weißlichtquelle für LCD-Projektion. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft verwiesen auf einen Projektor der Firma Sony, der unter der Bezeichnung VPL- F420HZ erhältlich ist. Dieser arbeitet mit einem gelben Leuchtstoffrad in Transmission, wobei der Leuchtstoff auf einer Saphirscheibe angeordnet ist. Eine derartige Ausführung eines Leuchtstoffrads resultiert in hohen Kosten und im Vergleich zu einem Metallsubstrat in einer deutlich schlechteren Wärmeabfuhr.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein eingangs genanntes Lichtmodul derart weiterzubilden, dass ein Einsatz sowohl in Anwendungen der kamerabasierten Medizin- und Mikroskopie- Beleuchtungstechnik sowie für die Effektbeleuchtung auch bei hohen Anforderungen an die Qualität und Intensität des Lichts ermöglicht wird und dass die Möglichkeit einer Variation des Farborts gegeben ist, und zwar bei möglichst niedrigen Herstellungskosten. Die Aufgabe besteht weiterhin darin, ein entsprechendes dafür geeignetes Leuchtstoffrad sowie ein entsprechendes optisches System mit einem derartigen Lichtmodul bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Lichtmodul mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, ein Leuchtstoffrad mit den Merkmalen von Patentanspruch 12 sowie ein optisches System mit den Merkmalen von Patentanspruch 13. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich die unterschiedlichen, oben erwähnten Probleme des Stands der Technik durch eine einzige geschickte Maßnahme lösen lassen. Diese besteht darin, die im Stand der Technik vorgesehenen mindestens zwei Bereiche, die für Anregungsstrahlung transmissiv ausgebildet sind, auf mindestens acht Bereiche aufzuteilen. Während die beiden Bereiche, siehe Fig. 2a und 2c, im Stand der Technik länglich in Umfangsrichtung ausgebildet sind, sind sie bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt kreisrund ausgebildet oder rechteckig mit einer ersten kürzeren Seite und einer senkrecht dazu verlaufenden, zweiten längeren Seite, wobei die jeweilige kürzere Seite in Umfangsrichtung des Leuchtstoffrads angeordnet ist. Selbstverständlich erfüllt eine elliptische Ausbildung mit Ellipsenachse in radialer Richtung die Funktion ebenfalls. Jedenfalls sind die mindestens acht für die Anregungsstrahlung transmissiven Bereiche voneinander getrennt angeordnet, indem zwischen benachbarten transmissiven Bereichen jeweils mindestens ein für die Anregungsstrahlung nicht-transmissiver Bereich vorgesehen ist. Insbesondere können die transmissiven Bereiche durch dazwischen befindliche Leuchtstoffsegmente voneinander getrennt sein. Durch diese Maßnahme wird eine Vielzahl von Vorteilen erzielt: Zunächst ist die Verwendung eines Leuchtstoffrads aus Metallsubstrat möglich, sodass auf teure transmissive Leuchtstoffräder aus Saphir verzichtet werden kann. Aufgrund der besseren Kühlleistung von Leuchtstoffrädern aus Metallsubstrat wird damit die Realisierung besonders hoher Leuchtdichten ermöglicht. Weiterhin wird ein sich drehendes Leuchtstoffrad verwendet, sodass lokale Überhitzungen und damit ein unerwünscht frühes Sättigen der Leuchtstoffe zuverlässig verhindert werden kann. Dies resultiert in einem hohen Wirkungsgrad eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls, bei dem sich damit auch hohe Lichtleistungen erzielen lassen. Dadurch, dass die transmissiven Bereiche für sich genommen deutlich kleiner sind als die entsprechenden im Stand der Technik, werden selbst bei einer Variante, bei der in die Durchgangsöffnungen keine Glasplatte eingesetzt ist, niedrige Werte für die Geräuschemission erzielt. Insofern kann auf das kostenintensive Einsetzen von Glasplättchen in die Durchgangsöffnungen verzichtet werden. Dadurch, dass nunmehr die Abfolge zwischen transmissiven Bereichen und mit Leuchtstoff beschichteten Bereichen bei Rotation des Leuchtstoffrads sehr viel schneller erfolgt als im Stand der Technik, können selbst bei einem schnellen Schwenken, wie dies insbesondere bei Effektlichtanwendungen der Fall sein kann, Farbaufsplittungen nahezu vollständig vermieden werden. Bei Anwendungen im Bereich der Medizintechnik können unerwünschte Bildartefakte vermieden werden, da nunmehr aufgrund der deutlich höheren Anzahl transmissiver Bereiche die Wiederholrate der einzelnen Farbanteile in einem anderen Frequenzbereich liegt als bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Lichtmodul. Da weiterhin die einzelnen Spektralanteile sequentiell erzeugt werden, besteht die Möglichkeit, diese unabhängig voneinander zu variieren, beispielsweise durch Leistungsregelung der Anregungslichtquellen pro Bestrahlungssegment des Leuchtstoffrads . Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Farbort in einem großen Bereich zu variieren, beispielsweise um durch Temperaturzunahme bedingte Leuchtstoff-Quenchingeffekte zu kompensieren oder um einen optimalen Bildkontrast durch Beleuchtung mittels einer an das zu beleuchtende Material angepassten Farbe bzw. Farbort des Weißlichtes zu erzielen. Damit lässt sich die Qualität der bei einem erfindungsgemäßem System aufgezeichneten Bilder deutlich gegenüber dem Stand der Technik verbessern.
Da die Vorteile umso ausgeprägter sind, je mehr für die Anregungsstrahlung transmissive Bereiche vorgesehen sind, ist es bevorzugt, wenn das Leuchtstoffrad mindestens zehn, bevorzugt mindestens zwanzig derartige Bereiche aufweist, d.h. die ursprünglich im Stand der Technik durch zwei transmissive Bereiche realisierte Fläche bzw. der durch zwei derartige Bereiche realisierte Summen- Winkel in Umfangsrichtung ist erfindungsgemäß auf zehn, bevorzugt mindestens zwanzig derartige Bereiche aufgeteilt .
Wie bereits erwähnt, können die für Anregungsstrahlung transmissiven Bereiche des Leuchtstoffrads als Durchgangsöffnungen mit oder ohne eingesetzte Glasplatte oder andere optisch transparente Medien (Filter, Linsen, Hologrammstrukturen) ausgebildet sein. Bei eingesetzter Glasplatte ergibt sich nochmals eine Reduktion der Geräuschemission, allerdings ist ohne eingesetzte Glasplatte aufgrund der bei Rotation des Leuchtstoffrads entstehenden Verwirbelungen die Kühlwirkung verbessert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Leuchtstoffrad genau einen Leuchtstoff, der weiterhin bevorzugt ausgelegt ist, die Anregungsstrahlung in eine Konversionsstrahlung im gelben Wellenlängenbereich zu konvertieren. Auf diese Weise kann wegen der guten Temperaturstabilität des gelben Leuchtstoffs ein sehr hoher Wirkungsgrad erzielt werden, wenngleich die Variationen im Farbort eingeschränkt sind.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Leuchtstoffrad mindestens einen ersten und einen zweiten Leuchtstoff, die ausgelegt sind, die Anregungsstrahlung in eine erste und eine zweite Konversionsstrahlung zu konvertieren. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die erste Konversionsstrahlung im grünen Wellenlängenbereich und die zweite Konversionsstrahlung im roten oder orangem Wellenlängenbereich liegt. Selbstverständlich kann das Leuchtstoffrad auch einen ersten, einen zweiten und einen dritten Leuchtstoff umfassen, die dann bevorzugt im gelben, im roten und im grünen Wellenlängenbereich liegen. Je mehr Leuchtstoffe vorhanden sind, die in unterschiedliche Wellenlängenbereiche konvertieren, umso größere Variationsmöglichkeiten bestehen hinsichtlich der Wahl des Farborts der von dem Lichtmodul am Ausgang bereitgestellten Gesamtstrahlung .
Wie bereits erwähnt, können die für Anregungsstrahlung transmissiven Bereiche kreisrund oder elliptisch ausgebildet sein. Alternativ können sie auch rechteckig mit einer ersten kürzeren Seite und einer senkrecht dazu verlaufenden, zweiten längeren Seite ausgebildet sein, wobei die jeweilige kürzere Seite in Umfangsrichtung des Leuchtstoffrads angeordnet ist. Eine rechteckige Ausgestaltung der transmissiven Bereiche hat den Vorteil, dass diese unkritisch sind bei der radialen Justage des Leuchtstoffrades zum Anregungsstrahl, da die radiale Erstreckung des transmissiven Bereiches deutlich größer als der Strahldurchmesser, so dass stets die gleiche Fläche der Anregungsstrahlung genutzt werden kann. Runde transmissive Bereiche hingegen haben den Vorteil, dass beim Einbau des Leuchtstoffrades durch entsprechende radiale Ausrichtung bereits auf einen bestimmten Farbort justiert werden kann, um beispielsweise Toleranzen an anderen Bauteilen auszugleichen. Wird der Anregungsstrahl beispielsweise auf den am Leuchtstoffrad außenliegenden oder innenliegenden Bereich der runden transmissiven Bereiche justiert, werden geringere Anteile der Anregungsstrahlung genutzt im Vergleich zu einer bezüglich der runden transmissiven Bereiche mittigen Justage . Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lichtmodul weiterhin einen Antriebsmotor für das Leuchtstoffrad, der zum Rotieren des Leuchtstoffrads mit dem Leuchtstoffrad gekoppelt ist, wobei der Antriebsmotor ausgelegt ist, das Leuchtstoffrad mit einer Drehfrequenz zu rotieren, derart dass die Wiederholung der transmissiven Bereiche mit einer Frequenz erfolgt, die größer als 1440 Hz ist. Auf diese Weise sind insbesondere Bildartefakte durch Aufzeichnung des vom Lichtmodul abgegebenen Lichts mit einer Frequenz von unter 360 Hz zuverlässig ausgeschlossen.
In diesem Zusammenhang beträgt die Drehfrequenz des Antriebsmotors mindestens 90 Hz, bevorzugt mindestens 180 Hz. Dies eröffnet die Möglichkeit, auf kostengünstige Standardmotoren im Bereich von LARP-Anwendungen mit rotierenden Farbrädern zurückzugreifen. Darüber hinaus können Antriebsmotoren mit höheren Drehfrequenzen verwendet werde, um auch Kameras mit einer höheren Bildfrequenz bedienen zu können.
Wie bereits erwähnt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die mindestens acht Bereiche, die für Anregungsstrahlung transmissiv ausgebildet sind, ebenfalls die von der Anregungsstrahlung überstrichene vorgebbare Summen-Fläche und/oder den vorgebbaren Summen-Winkel in Umfangsrichtung aufweisen. Unter vorgebbarer Summenfläche ist dabei die von der Anregungsstrahlung überstrichene Fläche zu verstehen, die sich von der tatsächlichen Fläche der transmissiven Bereiche unterscheiden kann. Entspechendes gilt für den Summen-Winkel. Mit anderen Worten wird die aus dem Stand der Technik zur Einstellung des gewünschten Farborts benötigte Fläche bzw. der benötigte Summen- Winkel in Umfangsrichtung nunmehr auf eine Vielzahl von Bereichen, d.h. mindestens acht Bereiche, aufgeteilt.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Leuchtstoffrad für ein erfindungsgemäßes Lichtmodul. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Lichtmodul erwähnten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße
Leuchtstoffrad .
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches System mit einem erfindungsgemäßen Lichtmodul sowie einer Kamera mit einer vorgebbaren Bilderfassungsrate zum Erfassen einer mit der vom Lichtmodul am Ausgang bereitgestellten Strahlung korrelierten Strahlung. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Lichtmodul beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße optische System. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Bilderfassungsrate der Kamera des optischen Systems zwischen 50 Hz und 360 Hz.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in :
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der
Technik bekanntes Lichtmodul;
Fig. 2 in schematischer Darstellung drei unterschiedliche
Farbräder zur Verwendung bei dem Lichtmodul gemäß Fig. 1; und
Fig. 3 in schematischer Darstellung drei erfindungsgemäße
Farbräder eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung drei unterschiedliche erfindungsgemäße Farbräder, die zur Bildung eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 10 in das in Fig. 1 schematisch dargestellte Lichtmodul anstelle des dort dargestellten Leuchtstoffrads 36 einzusetzen sind. Da der restliche Aufbau des Lichtmoduls 10 identisch wie in Fig. 1 dargestellt sein kann, sind die nachfolgenden Ausführungsformen auf die Unterschiede im Hinblick auf die Farbräder 36 beschränkt.
In den nachfolgenden Ausführungsformen werden für gleiche und gleich wirkende Bauelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet, insbesondere die mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 eingeführten Bezugszeichen weiterverwendet .
Bei dem in Fig. 3a dargestellten Leuchtstoffrad 36 sind acht transmissive Bereiche 44i vorgesehen, wobei diese Bereiche 44i in Umfangsrichtung entlang der Leuchtstoffschicht 40a, die vorliegend ausgebildet ist, Konversionsstrahlung im gelben Wellenlängenbereich bereitzustellen, gleich verteilt sind. Demnach ist alle 45° ein für die Anregungsstrahlung transmissiver Bereich 44i vorgesehen, der als Durchgangsöffnung oder mit einem in eine Durchgangsöffnung eingesetzten Glasplättchen realisiert sein kann. Die Bereiche 44i sind kreisrund mit einem Radius Rl ausgebildet und weisen für sich genommen eine Fläche A3 auf. Der von ihnen eingenommene Winkel entlang des Umfangs beträgt ßl.
Mit Bezug auf Fig. 2a bzw. Fig. 2c ergibt sich:
2* l = 8*ßl.
Toleranzen von ±15% können nötig sein zur Berücksichtigung von Einschalt- bzw. Umschaltzeiten der Anregungsstrahlungsquelle 12.
Wenngleich bei dem in Fig. 3a dargestellten Leuchtstoffrad lediglich acht für Anregungsstrahlung transmissive Bereiche eingezeichnet sind, beträgt die Anzahl bei besonders bevorzugten Ausführungsformen mindestens zehn, bevorzugt mindestens zwanzig.
Bei der in Fig. 3b dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leuchtstoffrads ist die Anordnung und die Größe der transmissiven Bereiche 44i identisch wie bei Fig. 3a, jedoch werden dort zwei unterschiedliche Leuchtstoffe verwendet, nämlich ein in den roten Wellenlängenbereich konvertierender Leuchtstoff 40c sowie ein in den grünen Wellenlängenbereich konvertierender Leuchtstoff 40b, die sich entlang des Umfangs des Leuchtstoffrads 36 abwechseln. Wie für einen Fachmann offensichtlich, können anstelle der zwei in Fig. 3b eingezeichneten Leuchtstoffe auch drei oder noch mehr Verwendung finden. Bei dem in Fig. 3c dargestellten erfindungsgemäßen Leuchtstoffrad 36 sind die transmissiven Bereiche 44i rechteckig mit einer ersten kürzeren Seite Sl und einer senkrecht dazu verlaufenden, zweiten längeren Seite S2 dargestellt, wobei die jeweilige kürzere Seite Sl in Umfangsrichtung des Leuchtstoffrads 36 angeordnet ist. Der Winkel, den ein derartiger transmissiver Bereich 44i in Umfangsrichtung belegt, beträgt ß2, die von ihm eingenommene Fläche A4.
Mit Bezug auf Fig. 2a bzw. Fig. 2c ergibt sich: 2* l = 8*ß2.
Die Anzahl der transmissiven Bereiche 44i wird begrenzt durch das gewünschte Verhältnis von blauem zu konvertiertem Licht, das den Weißpunkt bestimmt, und durch eine Mindestsegmentlänge für den Leuchtstoff- Beschichtungsprozess von typischerweise einigen Millimetern .
Bei einem Durchmesser des Leuchtstoffrads 36 von beispielsweise 55 mm können beispielsweise sechzehn transmissive Bereiche 44i realisiert werden; bei einer beispielhaften Drehfrequenz des Leuchtstoffrads von 180 Hz, welche die maximale Frequenz von typischerweise verwendeten Motoren der Marke Nedec darstellt, ergibt sich eine Wiederholrate von 2880 Hz. Das Substrat für das Leuchtstoffrad 36 ist bevorzugt Aluminium, das mit einer die Reflektivität erhöhenden Schicht beschichtet ist. Die Leuchtstoffe 44 werden insbesondere in Silikon gemischt auf das Leuchtstoffrad 36 aufgebracht. In den Figuren 2 und 3 wurden die von der Anregungsstrahlung überstrichenen Flächen innerhalb der transmissiven Bereiche der einfacheren Darstellbarkeit wegen mit den gesamten Flächen AI, A2, A3, A4 der transmissiven Bereiche 42, 44 gleichgestellt, auch wenn in der Praxis die von der Anregungsstrahlung überstrichenen Flächen kleiner gleich, insbesondere kleiner, als die Flächen AI, A2, A3, A4 der transmissiven Bereiche 42, 44 sind.
Alternativ kann das Leuchtstoffrad auch aus einem für die Konversionsstrahlung transparenten Material gebildet sein, so dass auch die Konversionsstrahlung zumindest teilweise in Richtung der transmittierten
Anregungsstrahlung emittiert. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Lichtmodul auch ein Leuchtstoffrad mit einer ungeradzahligen Anordnung von Bereichen (44i) aufweisen, die für die Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind, beispielsweise 11, 13, 15, 17, 19.

Claims

Ansprüche
1. Lichtmodul (10) für eine Beleuchtungsvorrichtung umfassend:
eine Anregungsstrahlungsquelle (12) , die ausgelegt ist, eine Anregungsstrahlung (31) abzugeben;
- mindestens einen Leuchtstoff (40a, 40b, 40c) , der auf einem Leuchtstoffrad (36) angeordnet und ausgebildet ist, die Anregungsstrahlung (31) zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung (44) zu konvertieren, wobei das Leuchtstoffrad (36) aus einem zumindest für die Konversionsstrahlung
(31) reflektiven Material gebildet ist und mindestens zwei Bereiche (42a) aufweist, die für die Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind, wobei die vorgebbaren Bereiche (42a) eine von der Anregungsstrahlung überstrichene vorgebbare
Summen-Fläche (2*A1) aufweisen sowie einen vorgebbaren Summen-Winkel (2* l) in
Umfangsrichtung;
einen dichroitischen Spiegel (32) , der im Strahlengang zwischen der Anregungsstrahlungsquelle
(12) und dem mindestens einen Leuchtstoff (40a, 40b, 40c) angeordnet ist, wobei der dichroitische Spiegel (32) für eine der beiden Strahlungen, Anregungsstrahlung (31) und Konversionsstrahlung (44) , reflektiv ausgebildet ist und für die andere der beiden Strahlungen transmissiv, wobei der dichroitische Spiegel (32) ebenfalls im
Strahlengang der von dem mindestens einen Leuchtstoff (40a, 40b, 40c) erzeugten Konversionsstrahlung (44) angeordnet ist; eine optische Umlenkvorrichtung (50a, 50b, 50c) , die ausgebildet ist, die das Leuchtstoffrad (36) durch die mindestens zwei transmissiven Bereiche (42a) passierende Anregungsstrahlung (31) auf den dichroitischen Spiegel (32) umzulenken; sowie einen Ausgang (A) , an dem die Konversionsstrahlung (44) und die Anregungsstrahlung (31) bereitstellbar sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leuchtstoffrad (36) mindestens acht Bereiche (44i) aufweist, die für die Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind.
2. Lichtmodul (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Leuchtstoffrad (36) mindestens zehn, bevorzugt mindestens zwanzig Bereiche (44i) aufweist, die für die Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind.
3. Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die für Anregungsstrahlung (31) transmissiven Bereiche (44i) des Leuchtstoffrads (36) als Durchgangsöffnungen mit oder ohne eingesetzter Glasplatte ausgebildet sind.
4. Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Leuchtstoffrad (36) genau einen Leuchtstoff (40a) umfasst, der bevorzugt ausgelegt ist, die Anregungsstrahlung (31) in eine Konversionsstrahlung (44) im gelben Wellenlängenbereich zu konvertieren.
Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das Leuchtstoffrad (36) mindestens einen ersten und einen zweiten Leuchtstoff (40b, 40c) umfasst, die ausgelegt sind, die Anregungsstrahlung (31) in eine erste und eine zweite Konversionsstrahlung zu konvertieren, wobei die erste Konversionsstrahlung bevorzugt im grünen Wellenlängenbereich und die zweite Konversionsstrahlung bevorzugt im roten oder orangem Wellenlängenbereich liegt.
Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die für Anregungsstrahlung (31) transmissiven Bereiche (44i) kreisrund oder elliptisch ausgebildet sind.
Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die für Anregungsstrahlung (31) transmissiven Bereiche (44i) rechteckig mit einer ersten, kürzeren Seite (Sl) und einer senkrecht dazu verlaufenden, zweiten, längeren Seite (S2) ausgebildet sind, wobei die jeweilige kürzere Seite (Sl) in Umfangsrichtung des Leuchtstoffrads (36) angeordnet ist.
8. Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass es weiterhin einen Antriebsmotor für das Leuchtstoffrad (36) umfasst, der zum Rotieren des Leuchtstoffrads (36) mit dem Leuchtstoffrad (36) gekoppelt ist, wobei der Antriebsmotor ausgelegt ist, das Leuchtstoffrad (36) mit einer Drehfrequenz zu rotieren, dass die Wiederholung der transmissiven Bereiche (44i) mit einer Frequenz erfolgt, die größer als 1440 Hz ist.
9. Lichtmodul (10) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehfrequenz mindestens 90 Hz, bevorzugt mindestens 180 Hz beträgt.
10. Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens acht Bereiche (44i) , die für Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind, ebenfalls die von der Anregungsstrahlung überstrichene vorgebbare Summen-Fläche (2*A1) und/oder den vorgebbaren Summen-Winkel (2* l) in Umfangsrichtung aufweisen .
11. Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die transmissiven Bereiche (44i) über dem Umfang des Leuchtstoffrads (36) gleich verteilt sind.
12. Leuchtstoffrad (36) für ein Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Optisches System mit einem Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 sowie einer Kamera mit einer vorgebbaren Bilderfassungsrate zum Erfassen einer mit der vom Lichtmodul (10) am Ausgang bereitgestellten Strahlung korrelierten Strahlung.
14. Optisches System nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bilderfassungsrate zwischen 50 Hz und 850 Hz beträgt .
15. Lichtmodul (10) für eine Beleuchtungsvorrichtung umfassend:
eine Anregungsstrahlungsquelle (12) , die ausgelegt ist, eine Anregungsstrahlung (31) abzugeben; mindestens einen Leuchtstoff (40a, 40b, 40c) , der auf einem Leuchtstoffrad (36) angeordnet und ausgebildet ist, die Anregungsstrahlung (31) zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung (44) zu konvertieren, wobei das Leuchtstoffrad (36) aus einem zumindest für die Konversionsstrahlung (31) transparenten Material gebildet ist und mindestens zwei Bereiche (42a) aufweist, die für die Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind, wobei die vorgebbaren Bereiche (42a) eine von der Anregungsstrahlung überstrichene vorgebbare Summen-Fläche (2*A1) aufweisen sowie einen vorgebbaren Summen-Winkel (2* l) in
Umfangsrichtung; dadurch gekennzeichnet, dass
das Leuchtstoffrad (36) mindestens acht Bereiche (44i) aufweist, die für die Anregungsstrahlung (31) transmissiv ausgebildet sind.
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