WO2016192909A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit pumpstrahlungseinheit und leuchtstoffelement - Google Patents

Beleuchtungsvorrichtung mit pumpstrahlungseinheit und leuchtstoffelement Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a lighting device with a pump radiation unit for emitting pump radiation and a phosphor element arranged at a distance therefrom for converting the pump radiation into conversion light.
  • a pump radiation unit of high power density such as a laser
  • a spaced-apart to phosphor element on the Anre ⁇ supply with the pump radiation toward conversion light emit ⁇ advantage be light sources of high luminance can be realized.
  • the pump radiation can be, for example, UV radiation or, preferably, blue light, the latter then also being shared with the conventional light for illumination.
  • the conversion light has at least parts in the visible spectral range.
  • the present invention is the technical problem of specifying a particularly advantageous effetsvor ⁇ direction.
  • this object is achieved by aadossvor- direction with a pump radiation unit for emitting pump radiation as beam an arranged at a distance to the pumping radiation unit phosphor element for conversion of the pump radiation in the conversion of light and a lens between the pump radiation unit and which is penetrated by the pump beam passing ⁇ the phosphor element, wherein the pump beam of the lens after ⁇ converged convergence, characterized in that between the pump radiation unit and the Leuchtstof ⁇ felement a scattering means is arranged, wherein the pump beam passes through the scattering means and is thereby widened ⁇ .
  • the pump beam (hereinafter also referred to as "beam") is focused towards the phosphor element, the latter being preferably arranged in the focus of the lens (see below in detail).
  • beam the pump beam
  • the phosphor element being preferably arranged in the focus of the lens (see below in detail).
  • NEN range of the irradiation surface of the phosphor element high luminance can be achieved. It is then also the conversion light emitted from a correspondingly small area.
  • the inventors have found, however, that a point-like concentration of the pump radiation on the phosphor element can lead to a local overheating and consequently rapid degradation of the phosphor element.
  • An initial approach was to dispose the phosphor element out of focus.
  • the offset is relatively small compared to the focus with the possible installation variations, so the fluorescent element may be but then placed due to assembly-dictated encryption set back in focus.
  • the spreading material increases the etendue (product of beam ⁇ bundle cross section and projected solid angle), so figuratively speaking, the volume filled by the light, and it can not come to egg ner unintended focus then even with an offset (the etendue is conserved).
  • the pump radiation unit may preferably be constructed from several ⁇ ren pump radiation sources, and it can accordingly the beam composed of a plurality of partial beams, which are brought together on the irradiation surface of the fluorescent element.
  • ⁇ particular in this case may also be advantageous with the Streumit ⁇ tel achieved mixing of the pump radiation.
  • the scattering caused broadening leads figuratively (and may be even in a single Pumpstrah- radiation source of interest) spoke to a superposition of different areas of the beam, which helps on the irradiated region (spot) homogenize the irradiation Stärk Ever ⁇ division.
  • a ande ⁇ res radiation mixing means can be omitted, which can help reduce overhead and costs.
  • the scattering agent is preferably the only radiation mixing agent of the illumination device.
  • the scattering agent is preferably a coherent structure (surface and / or volume structure, see below).
  • the arrangement of the fluorescent element "spaced apart" refers to the pumping radiation unit, that the radiation beam between the pump radiation unit and phosphor element passes through a gas volume, which is generally in the context of this Of- preferably fenbarung said air.
  • the beam by ⁇ sets the lens upstream and downstream of a gas volume, be ⁇ vorzugt the bundle of rays of the lens is preceded collimated (opening angle of 0 °). sits the radiation ⁇ bunch of several part-beams, these are then collimated each for itself and preferably pa ⁇ rallel to each other.
  • the data "vorgela- The "lens” may also be a system of several individual lenses, in which case the "entrance surface of the lens” is the entrance surface of the in Reference is made to the path of the pumping radiation ⁇ first of the individual lenses and the "Au the center of the lens "is the exit surface of the last single lens to date.
  • the lens is preferably a single lens (with entrance and exit surfaces).
  • the partial beam bundles at the height of the scattering means may in general also be spaced from each other, preferably they overlap.
  • the "beam” is the totality of all the rays along which the pump radiation propagates from the pump radiation unit to the phosphor element .
  • the phosphor element can be operated generally in Refle ⁇ xion, so it can then the input surface at the same time also be radiating at which the conversion of light is dissipated. Preference is given to an operation in transmission, that is to say that the incident and emitting surfaces are opposite one another.
  • a mixed light of a Vietnamesekonvertier- th part of the pump radiation and the conversion light is preferably used for illumination.
  • the pump radiation may then preferably be a blue pump light whose unconverted component then results in a white light, for example when mixed with yellow conversion light.
  • a garnet phosphor may for Leuchtscherle- management be provided, preferably yttrium-aluminum-garnet (YAG: Ce).
  • the diffusing means widens the opening angle of the Pumpstrah ⁇ lenbündels in a preferred embodiment at least 0.5 °, in this order, increasingly preferably at least 1 °, 1.5 °, 2 °, 2.5 °, 3 °, 3.5 ° , 4 ° or 4.5 °, on; Be ⁇ preferred upper limits, for example, in this order increasingly preferably at most 10 °, 9.5 °, 9 °, 8.5 °, 8 °, 7.5 °, 7 °, 6.5 °, 6 ° or 5 , are 5 ° ( ⁇ a top limit can also be independent of a lower limit of home teresse, and vice versa).
  • ⁇ seeks a mean value is be ⁇ seeks.
  • the expansion should be equal to ⁇ so it should therefore in two mutually perpendicular axes by not more than 30%, preferably not more than 15%, differ from each other (based on the larger expansion), which is preferred for all axis pairs perpendicular to each other and to the direction of gravity.
  • centroid direction refers to the average of all the direction vectors of the beam in a respective portion Zvi ⁇ rule two optical elements (lenses, prisms, etc.). In this averaging each direction vector is weighted with the associated him light intensity.
  • the "Center axis” is parallel to the direction of gravity of the beam in the respective considered section and extends in the center of the beam, so in a direction perpendicular to the direction of gravity sectional plane viewed in the centroid (the cross-sectional area of the beam).
  • the "opening angle" of the pumping beam can, for example, also be taken (in terms of a lateral boundary of the beam), where the Leis ⁇ tung has dropped a maximum power in the beam to 1 / e or 1 / e 2.
  • the pump beams bundles consists of several part-beams overlap these are preferably already upstream of the scattering means (and this downstream), they thus form a coherent beam.
  • the scattering means is disposed between the lens and the phosphor element and transmits it from the convergent beam. puts. Upstream compared to a lens colli--optimized radiation beam, the cross section of the konvergen ⁇ th beam lower, so the spreading material can be taken in accordance with smaller example, which can help reduce costs.
  • the inventors found upstream scattering agent at computer-based tests of the lens that the de ⁇ ckungsrete superposition of partial beams another lens may be necessary then what additional means chen effort.
  • the scattering ⁇ disc is preferably a plane-parallel plate (apart from possibly a scattering agent forming the surface structure).
  • the beam penetrates between the lens and the lens a gas volume, preferably also between see the lens and the phosphor element.
  • the scattering means arranged "on" the scattering disk can be provided as a surface structure and / or as a volume spreader, preferably as one of them, particularly preferably as a surface structure.
  • the scattering agent can be formed by a volume ⁇ faithful and / or a surface structure, the former on in a bulk material (about a scattering disc material) embedded scattering centers, et ⁇ wa scattering particles and / or gas inclusions, is to be read.
  • the volume material per se is preferably transparent. It is, for example, an acousto-optic light modulator as a scattering agent or are also suspensêt particles conceivable (particles in liquid, a so-called snow globe comparable), which are, for example, moved by vibration.
  • the dispersion could be done by means of a holographic structure or a diffraction grating for example, which can be applied for example in the form ei ⁇ ner coating.
  • the surface structure preferably provided for scattering can generally also be geometrically determined, that is to say regular (the respective deflection into a respectively different direction on a multiplicity of individual structures then results in the widening).
  • a matting of the surface which may be playing as applied as a coating at ⁇ , but preferably by roughening the surface of the bulk material (in particular diffusion plate material) is achieved, for example in an etching process.
  • "Dispersion" can therefore, for example, in general than the etendue and the opening angle of the beam enlarging Before ⁇ be understood gear, wherein the first-mentioned criterion excludes a mere expansion by, for example, a Zerstreu ⁇ ungslinse.
  • the scattering on a microstructure whose individual structures in their each size and arrangement are statistically distributed ("geometrically indefinite"), cf. the example of the Circuiting the volume scattering or roughened Oberflä ⁇ che.
  • the lens is positioned closer to the phosphor element than to the lens, the distances being taken on the path traveled by the pump radiation.
  • a first distance di and a second distance d2 taken between the exit surface of the lens and the entrance surface of the lens are compared, the latter being taken between the exit surface of the lens and the incident surface of the phosphor.
  • the distances between the said surfaces are respectively taken on the center axis of the beam.
  • the second distance d2 is preferably ⁇ 3/4 of the first distance di, with d2 ⁇ 2/3 di being more preferred and d2 ⁇ 1/2 di being particularly preferred.
  • a certain minimum distance between diffuser and phosphor element may be necessary or necessary in terms of a desired minimum expansion for structural reasons. Possible lower limits for d2 are, for example, at d2> 1/30 di, d2> 1/20 di or
  • the lens is a tilt axis that obliquely, preferably perpendicular, is oriented to comprehensivecardi the pump beam, tiltable stored.
  • the tilting axis can preferably lie parallel to the vertical direction (12 o'clock position) or parallel to the horizontal direction (3 o'clock position). If the pump beam directly after the lens (without deflection) on the Leuchtstof ⁇ felement falls, the tilting axis is preferably in a plane parallel to the Ein ⁇ beam surface of the phosphor element level.
  • the lighting device is preferable for an encryption tilt of the lens during operation is rich ⁇ tet, thus during the pump radiation passes through the lens (which is preferably also a corresponding USAGE ⁇ formation).
  • the tilt can be done for example with a servomotor or electromagnetic. Possible is a periodic tilting, such as a vibration, or a tilting at irregular intervals, such as adaptive depending on an external controlled variable.
  • the scattering properties can be changed, and therefore, accordingly, the shape and / or size of the spot on the radiation surface of the phosphor element can be changed.
  • the tilt axis may be outside the beam or preferably extend through it. In the latter case, with the tilt then part of the lens is closer to the lens and the other closer to the phosphor element ge ⁇ brings what an asymmetric change of the spot he ⁇ possible.
  • the change of the spot can, for example, to adjust the light-dark boundary of an illumination light beam (convergence ⁇ sion light, usually mixed with pump light) are used, wherein a horizontally disposed tilt axis may be forthcoming Trains t.
  • the cut-off line may be drawn “sharper” as required or have a "washed-out” course.
  • the height or the angle of the illumination light cone can also be leveled (in the case of a preferably horizontally lying tilting axis) in a motor vehicle headlamp, for example as a function of the load of the vehicle, preferably automatically.
  • a vertical tilt axis may be of interest if, in a pump radiation unit having a laser diode as a source (which is oriented accordingly), its fast axis widening over the lifetime changes and readjustment is required.
  • the lens is slidably mounted along the direction of gravity (with a predominant directional component parallel thereto), preferably parallel thereto.
  • the center of gravity direction is considered where the lens is precisely positioned, so the focus direction of the lens is considered by ⁇ passing beam.
  • the size of the spot and its homogeneity can be adjusted (see below in detail), where ⁇ offset, for example, with a Jerusalemtre ⁇ during operation offset of the optical components.
  • Such an offset can be caused, for example, by temperature, ie thermomechanically, it Namely, for example, in the automotive field Tempe ⁇ ing temperatures of more than 100 ° C is possible (for example, cold start at -40 ° C and operating at elevated temperature Tem ⁇ , also due to the power loss).
  • the displaceably mounted lens may ⁇ example, on a slide may be arranged, which is guided in a rail and can be displaced motor-driven, for example, about a extending in the displacement direction, motor-driven threaded rod. Regardless of the details can be changed with the displacement of the distance between the lens and phosphor element, ie the distance d 2 .
  • the first distance di preferably changes in opposite directions, so that the sum of the two distances (di + d 2 ) remains constant.
  • the lens preferably Minim ⁇ least 1/1000, in this order, increasingly preferably at least 1/900, 1/800, 1/700, 1/600, 1/500, 1/400, 1/300, 1 / 200, 1/100 or 1/50, the accumulated distances di + d 2 displaceable. Possible upper limits may be independent of, for example, at most 1/5 or 1/10 of di + d 2 .
  • the lens has a focus (in which the radiation beam cross-section is minimal), and the fluorescent element is arranged at the focus, where the beam due to the scattering means to ei ⁇ NEN focus point around widened incident on the light Stoffele ⁇ ment.
  • the arrangement "at” the focus means that the irradiation surface of the phosphor element of the Fo ⁇ kus / focal point by, for example, not more than 200 ⁇ , 150 ym, 100 ym, 50 ym, and 20 ym, respectively (increasingly preferred in the order of designation) is removed (taken along the center axis of the pumping beam).
  • an arrangement exactly in focus is preferred.
  • the "focus point” is a point in which the rays passing through the lens would theoretically strike if the illumination device did not have a scattering means (ie would be free), ie if, for example, the lens does not have a scattering surface / volume scatterers, but instead The beam path is therefore considered, ie whether no scattering would occur (all other optical contributions are identical, however). The beam cross section would then be reduced to one point, the focal point.
  • the pump beam for example, a spot diameter of at least 10 ym, in this order increasingly be ⁇ preferably at least 50 ym, 100 ym, 150 ym, 200 ym, have 250 ym and 300 ym; Possible upper limits may be at a maximum of about 1 mm, in this order increasingly preferably not more than 0.9 mm, 0.8 mm, 0.7 mm, 0.6 mm or 0.5 mm (an upper limit may be independent of a lower limit of Be interested, and vice versa).
  • the diameter refers to the mean of the smallest and largest spot extent.
  • the scattering means is divided into at least a first area and a second, not overlapping, second one Area. Preference is given to each of the areas over at least 1/10 extends, more preferably at least 1/5, of the penetrated by the pumping radiation during operation surface of the scattering means (looking at the irradiated in the time integral area, as well as un ⁇ ter Kunststoffliche areas are irradiated over time can) .
  • the subdivision of the scattering means refers to Rich ⁇ lines perpendicular to the direction of gravity, looking along the direction of gravity on the scattering means the areas are thus arranged side by side.
  • the areas Kgs ⁇ nen for example, due to manufacturing actually be physically separated from one another or merge into one another.
  • the scattering (the scattering coefficient) preferably changes abruptly during the transition from region to region. Preferably, the scattering is constant over each region per se.
  • the incident on the different areas pump radiation is scattered "to varying degrees", ie ⁇ Lich greatly expanded difference. Therefore, taking account a refer- ence event, each with a perfectly collimated, the per ⁇ bib region in each case completely fills, normally incident sub-beams is the sub-beams of rays of the more scattering area example ⁇ example at least 5%, in that order increasing preference at least 10%, 15%, 20% and 25%, more expanded than the sub-radiation beam of the area ge ⁇ ringerer scattering.
  • the difference of the opening angle of the forward depending ⁇ bib area and downstream which is then compared accordingly correspond to the other sub-beam.
  • the various regions can also be sequentially irradiated, for example, by moving the scattering means perpendicular to the direction of gravity, for example by rotation of the scattering means or a linear displacement, the radiation of the regions can be changed.
  • the transmission of a more scattering region can optionally be added or removed during operation, with the result that the spot on the irradiation surface of the phosphor element can optionally be reduced or enlarged.
  • the regions can preferably be nested in each other (seen in the direction of gravity), more preferably circular / annular, particularly preferably concentric. Size and shape of the spot on the irradiation surface korre ⁇ lose with the size and shape of which the Kon ⁇ version light is emitted of the area.
  • this spatial distribution can be applied to the emitting surface with an optical system, such as in the simplest case of a converging lens, is converted in an angular distribution ⁇ be.
  • the angular distribution of the conversion light can be (preferably Antei ⁇ lig with pumping light mixed) adjusted by a variation of size and shape of the spot on the irradiation surface, so for example, can be switched between Abbiend- and high beam and herluster.
  • an operation in such a manner can be (set upcommunsvor ⁇ direction for a corresponding operating be) that at least one of the areas, namely a Be ⁇ rich strong scattering, during the normal operation of the automobile headlamp, is not irradiated.
  • This area of strong scattering is then irradiated in only one event of an error when an error has been detected, for example, the BL LEVEL ⁇ processing device internally, such as a de-energized fluorescent element, as a result, could escape Bundled and therefore dangerous to the human eye pumping radiation.
  • a fault can also be detected as a function of the entire motor vehicle, for example, when the airbag is triggered or even before, for example, if inertial sensors provide certain values or the belt tensioners are activated.
  • a radiation of the area of strong scattering is changed so that, for example, only a part of the pump radiation would escape at all or the power density would be reduced.
  • the pump radiation unit is constructed from a plurality of pump radiation sources, for example from at least 2, preferably at least 3, more preferably at least 4, pump radiation sources . Possible upper limits may be independent of, for example, at most 50, 40, 30, 20, 10, 8 or 6 pump radiation sources.
  • the pump radiation sources can also differ in the wavelength of their radiation, they preferably emit radiation of the same wavelength, particularly preferably they are of identical construction.
  • "Pump radiation source” means preferably a laser source, particularly preferably a laser diode.
  • An appropriate laser diode for example, an output power of at least 0.5 W, preferably min ⁇ least 1 W, particularly at least 1.2 W, have; possible upper limits are (independently of this), for example, at most 3 W, 2.5 W or 2 W (in the order of naming increasingly preferred).
  • the laser diodes may, for example, also be housed together, preferably they are each housed separately.
  • Each of the pump radiation sources emits a partial beam.
  • the beam is composed thereof at least in the time integral, part-beams may therefore also be switched on and weggeschal ⁇ tet;
  • the sub-beams are emitted at the same time.
  • the partial ray bundle of the lens advertising the upstream preferably having a Strahlkom ⁇ pressionsoptik brought closer together, such as a stair mirror or, preferably, by multiple Totalre ⁇ flexion in prisms, see FIG. Fig. 1 for illustration.
  • each pump radiation source is associated with its own collimator lens tion, namely the respective pump radiation source immediately downstream (the preferred viewed before compression ⁇ beam optics upstream).
  • the invention also relates to a set of a plurality of lighting devices, which are located at the respective distance between the diffusing means and the phosphor element un ⁇ differ, apart from the position of the scattering agent in the path of the pumping radiation, however, identical.
  • the distance between the scattering agent and the phosphor element the distance between the scattering agent and the lens can also be adjusted. (In general, only the scattering agent and phosphor element could be relatively shifted), but otherwise the lighting devices do not differ.
  • the scattering means is provided in each case on a lens (see above) and varies from lighting device to lighting device, the distance d 2 (and preferably also the distance di), the lighting devices, however, are otherwise identical.
  • the size of the spot can be adjusted via the distance between the scattering agent and the phosphor element.
  • this is now used in such a way that, for example, assembly fluctuations, which can cause a slightly different offset of the individual components from one another from the lighting device to the lighting device, are compensated for.
  • a lot-to-lot fluctuation can be compensated, so so in ⁇ example, then for each lighting device of each lot, the adjustment is made and this is taken over for the other lighting devices of the lot.
  • the lighting devices then differ from lot to lot in the respective distance, but are the same within a lot.
  • the invention also relates to a method for producing a lighting device disclosed herein, wherein the scattering means is arranged between the pump radiation source and the phosphor element.
  • the arrangement "in between” should generally have no implication with regard to an order. game, also initially positions the fluorescent element and the diffusion means relative to each other and brought ⁇ hd the pump radiation unit in position subsequent ⁇ the. It is also expressly made to the rest of the disclosure and the method features contained therein.
  • a congruent overlay is preferred; the irradiance is preferably homogeneous over the spot.
  • the invention also relates to the use of a presently disclosed lighting device for lighting, in particular for motor vehicle exterior lighting, particularly preferably for street lighting with a front headlamp, the further preferred also variable (with respect to the illuminated in operation solid angle) can be done.
  • a presently disclosed lighting device for lighting in particular for motor vehicle exterior lighting, particularly preferably for street lighting with a front headlamp, the further preferred also variable (with respect to the illuminated in operation solid angle) can be done.
  • advantageous fields of application can also be in the area of effect lighting, or the lighting device can also be used, for example, for operation field illumination; the illumination apparatus may further as a light source of a projec ⁇ ons réelles, endoscope or the stage spotlight ⁇ NEN, approximately the scene illumination in film, television or theater.
  • the distance between the scattering means and the Leuchtstof ⁇ felement is increased in an error case, whereby the Strahlbündelquer ⁇ section increases and thus decreases the power density.
  • the beam cross-section is in this case be ⁇ seeks in a plane which includes the input surface of ments Leuchtscherle- or in the case of the dropped light ⁇ material elements has involved. If, in the event of a fault, the phosphor element is still regularly arranged in the beam path, then the spot becomes correspondingly large.
  • the pump radiation (without safety device) could at worst emerge in bundled form via optics which are actually provided for dissipating the conversion light or the conversion light in mixture with a non-converted part of the pump radiation (a non-converted part of the pump radiation but also widened for example due to Streupro ⁇ processes in the phosphor element is so critical in so far).
  • a non-converted part of the pump radiation a non-converted part of the pump radiation but also widened for example due to Streupro ⁇ processes in the phosphor element is so critical in so far.
  • FIG. 1 shows a lighting device according to the invention with pump radiation unit, diffuser and phosphor element in an oblique view;
  • Figure 2 shows the lens of the lighting device of Figure 1 in a detail view.
  • 3a-c are graphs illustrating the adjustability of the irradiance distribution on an irradiation surface of a phosphor element as a function of the position of the scattering egg ⁇ be;
  • Figure 4 is provided as a scattering agent surface ⁇ structure of the lens
  • Fig. 1 shows aavessvorrich ⁇ device 1 according to the invention with a pump radiation unit 2, which is composed of three pump radiation sources 2a, b, c, namely three laser diodes each 1.6 W.
  • a pump radiation unit 2 which is composed of three pump radiation sources 2a, b, c, namely three laser diodes each 1.6 W.
  • Each of the laser diodes 2a, b, c immediately downstream is a respective Collimating lens 3a, b, c is arranged, which collimates a respective sub-beam 4a, b, c.
  • each partial beam bundles 4a, b, c only with ⁇ tenstrahl shown.
  • Each of the pump radiation sources 2a, b, c emits one of the sub-radiation beam 4a, b, c which together form a light emitted from the pumping radiation unit 2 radiation beam 4 bil ⁇ .
  • the partial beams 4a, b, c are brought closer together with a beam compression optics 5, namely two total reflection prisms 5a, b.
  • the Strahlkompres ⁇ immersion optics 5 With the Strahlkompres ⁇ immersion optics 5, the distance of the partial beam bundles 4a, b, c decreases perpendicular to a gravity direction of the beam 6.
  • the beam 4 falls on a converging lens 7, which is designed here as a plano-convex lens.
  • the lens 7 vorgela ⁇ siege the beam 4 is collimated, the lens 7 is downstream, it is convergent. Downstream of the lens 7, in the convergent beam 4, a lens 8 is arranged, which passes through the beam 4 and thereby alswei ⁇ tet about 5 °.
  • the expansion is not to recognize the center rays in Fig. 1 due to the How To ⁇ dergabe by itself.
  • With respect to the nature of the lens 8 in a ⁇ individual and the expansion of the pump beam 4 is also referred to Figs. 2 and 4.
  • a phosphor element 9 Downstream of the diffuser 8 falls the beam 4 on a phosphor element 9, in this case with YAG: Ce as a phosphor, which emits to the excitation with the Pumpstra ⁇ ment towards conversion light, in the present case yellow light.
  • the pump radiation is incident on an incident surface 10 of the phosphor element 9, and the conversion light is emitted on an opposite emission surface 11. leads, the phosphor element 9 is thus operated in transmission.
  • the unconverted portion of the pump radiation in this case blue pump light
  • the conversion light as a white mixed light.
  • the conversion of light and the unconverted portion of the pump radiation are delivered to the emission surface 11 of the light emitting elements 9 ⁇ material Lambertian (the unconverted pump radiation is widened due to scattering processes).
  • the radiating surface 11 is a (overview ⁇ friendliness sake not shown) Optics assigned, be ⁇ vorzugt an imaging optical system which guides the light emitted at different ⁇ police in the radiating surface 11 white light into different directions in space.
  • the lighting device 1 shown is provided as a light source of a motor vehicle headlight, the white ⁇ light is used for street lighting.
  • FIG. 2 shows the scattering plate 8 in a detailed view and illustrates the widening of the beam 4.
  • an entry surface 20 of the lens 8 is provided with a surface structure in the present case, cf. Fig. 4 for illustration.
  • the diffuser 8 is made of glass, the beam 4 exits at the exit surface 20 opposite exit surface 21 and falls on the phosphor element 9. Without the scattering, the rays would meet in the focal point (solid lines), due to the scattering is the beam 4 expanded by the focal point.
  • the distance d2 between the diffusing screen 8 and the phosphor element 9 the size of the spot generated on the irradiation surface 10 of the phosphor element 9 can be adjusted.
  • D2 can be compensated by adjusting the distance as the one hand, for example, a fertigungsbe ⁇ dingter offset.
  • FIGS. 3a-b represent measuring data for a lighting device with two pump radiation sources and, accordingly, two merged partial beam bundles determined by the inventors.
  • the graphs each showing thereby the irradiation intensity (normalized to the maximum irradiance) along a in the A ⁇ reflecting surface 10 defined axis (without unit, in all figures the same scale). Instead of Leuchtstof ⁇ felements 9 in the measurement structure, a sensor was located.
  • the diffuser was added to the measurement on the basis of FIG. 3B, whereby the fluctuation between minimum (between the partial spots) and maxima (in the case of the partial spots) of approximately 4: 1 in FIG. 3a to 4: 2 in FIG 3b could be reduced.
  • the fluctuation across the spot is al ⁇ so smaller, accordingly, the excitation homo ⁇ gener and also the white light output is more uniform.
  • the distance d2 was then material element between light-emitting (or measuring sensor) and Lens magnification ⁇ ßert, whereby a complete homogenization was achieved. This is illustrated by the graph in Fig. 3c. The two maxima and the intermediate minimum there are no longer resolved, but the irradiance increases or decreases at the edge and is otherwise constant over the spot.
  • the diffusion plate 8 may be displaceably mounted preferably also along the focus direction ⁇ 6, so that the distance can be reduced and enlarged d2 (wherein di varies inversely).
  • This can be for example part ei ⁇ ner integrated safety function, (in case of a fault z. B. de-energized fluorescent element 9 or event of a fault of the entire vehicle such as airbag deployment etc.) the distance d2 is set to the maximum.
  • the scattering ⁇ disc 8 can, for example, are drawn by a spring abruptly in the position with maximum distance d2.
  • the pump radiation is maximally expanded (cf., Fig. 2 and the associated description), ⁇ so that, for example, in a fallen phosphor element only a fraction of the pump radiation (due to the angular expansion) at all over that for the removal of the conversion light provided, not shown optics can escape.
  • a sliding lens for the rest, reference is made to the above disclosure.
  • the diffusion plate 8 of the lighting apparatus 1 of FIG. 1 may be (for displaceability or in com- bination thus alternatively) also tiltable about a tilt axis gela ⁇ device.
  • This tilting axis can be, for example, horizontally (and at ⁇ perpendicular to the direction of gravity 6), which then, for example, in an automobile headlighting. Angle compensation depending on the load of the vehicle can be done.
  • Fig. 4 shows the entrance surface of the lens in egg ⁇ ner supervision.
  • the diffuser is made of glass and roughened, resulting in a rugged surface.
  • the surface can be roughened by etching, but the scattering disk can also be produced in a molding process and the rough surface can already be introduced with the mold.
  • Both the entry surface 20 and the exit surface are provided with an anti-reflection layer (not shown).
  • 5 shows a diffusing screen 8 in a plan view along the direction of gravity 6 (see FIG. In this schematic illustration, the diffusion plate 8 is subdivided into four regions 40a, b, c, d, wherein in the inner region 40a, the scattering is lowest, increases outward from region to region, and accordingly is strongest in the region 40d.
  • a respective region can be "selected", ie, for example, only the region 40a can be irradiated in an operating state, and the rings can be added stepwise in other operating states.
  • the diameter of the portion 40a is located at 1/10 of the slide ⁇ gonal (corner to corner) of the phosphor element 8, that of the portion 40b at 2/10 (the outer diameter) and, depending ⁇ ner of the area 40c at 5/10 (again, the outer - knife) .

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung (1) mit einer Pumpstrahlungseinheit (2) und einem beabstandet dazu angeordnetem Leuchtstoffelement (9), wobei ein Pumpstrahlenbündel (4) von der Pumpstrahlungseinheit (2) zu dem Leuchtstoffelement (9) über eine Linse (7) zwischen Pumpstrahlungseinheit (2) und Leuchtstoffelement (9) geführt wird, welche das Pumpstrahlenbündel (4) fokussiert, wobei zwischen der Pumpstrahlungseinheit (2) und dem Leuchtstoffelement (9) ein Streumittel (8) angeordnet ist, welches das Pumpstrahlenbündel (4) durchsetzt und dabei aufgeweitet wird.

Description

Beschreibung
Beleuchtungsvorrichtung mit Pumpstrahlungseinheit und Leuchtstoffelement
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvor- richtung mit einer Pumpstrahlungseinheit zur Emission von Pumpstrahlung und einem beabstandet dazu angeordneten Leuchtstoffelement zur Konversion der Pumpstrahlung in Konversionslicht .
Stand der Technik
Mit der Kombination aus einer Pumpstrahlungseinheit hoher Leistungsdichte, etwa einem Laser, und einem beabstandet dazu angeordneten Leuchtstoffelement , das auf die Anre¬ gung mit der Pumpstrahlung hin Konversionslicht emit¬ tiert, lassen sich Lichtquellen hoher Leuchtdichte realisieren. Bei der Pumpstrahlung kann es sich beispielsweise um UV-Strahlung oder vorzugsweise blaues Licht handeln, wobei letzteres dann anteilig auch gemeinsam mit dem Kon¬ versionslicht zur Beleuchtung genutzt werden kann. Das Konversionslicht hat zumindest Anteile im sichtbaren Spektralbereich . Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvor¬ richtung anzugeben.
Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Beleuchtungsvor- richtung mit einer Pumpstrahlungseinheit zur Emission von Pumpstrahlung als Strahlenbündel, einem beabstandet zu der Pumpstrahlungseinheit angeordneten Leuchtstoffelement zur Konversion der Pumpstrahlung in Konversionslicht und einer Linse zwischen der Pumpstrahlungseinheit und dem Leuchtstoffelement , die von dem Pumpstrahlenbündel durch¬ setzt wird, wobei das Pumpstrahlenbündel der Linse nach¬ gelagert konvergent ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pumpstrahlungseinheit und dem Leuchtstof¬ felement ein Streumittel angeordnet ist, wobei das Pump- Strahlenbündel das Streumittel durchsetzt und dabei auf¬ geweitet wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrich- tungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
Mit der Linse wird das Pumpstrahlenbündel (im Folgenden auch nur „Strahlenbündel") zu dem Leuchtstoffelement hin fokussiert, letzteres ist bevorzugt im Fokus der Linse angeordnet (siehe unten im Detail) . Auf diese Weise, also durch die Konzentration der Pumpstrahlung auf einen klei- nen Bereich der Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements , lassen sich hohe Leuchtdichten erreichen. Es wird dann nämlich auch das Konversionslicht aus einem entsprechend kleinen Flächenbereich abgegeben. Die Erfinder haben allerdings festgestellt, dass eine punktförmige Konzentration der Pumpstrahlung auf dem Leuchtstoffelement zu einer lokalen Überhitzung und infolgedessen schnellen Degradation des Leuchtstoffelements führen können. Ein anfänglicher Ansatz ging dahin, das Leuchtstoffelement außerhalb des Fokus anzuordnen. Hier¬ bei haben die Erfinder jedoch festgestellt, dass der Versatz zum Fokus verglichen mit den denkbaren Montageschwankungen verhältnismäßig klein ist, weswegen das Leuchtstoffelement aufgrund eines montagebedingten Ver- satzes dann doch wieder im Fokus platziert sein kann. Das Streumittel vergrößert die Etendue (Produkt aus Strahl¬ bündelquerschnitt und projiziertem Raumwinkel), also bildlich gesprochen das vom Licht ausgefüllte Volumen, und es kann dann auch bei einem Versatz nicht mehr zu ei- ner unbeabsichtigten Fokussierung kommen (die Etendue ist eine Erhaltungsgröße) .
Die Pumpstrahlungseinheit kann bevorzugt auch aus mehre¬ ren Pumpstrahlungsquellen aufgebaut sein, und es kann sich entsprechend das Strahlenbündel aus mehreren Teil- Strahlenbündeln zusammensetzen, die auf der Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements zusammengeführt werden. Ins¬ besondere in diesem Fall kann auch eine mit dem Streumit¬ tel erreichte Durchmischung der Pumpstrahlung vorteilhaft sein. Die streumittelbedingte Aufweitung führt bildlich gesprochen zu einer Überlagerung unterschiedlicher Bereiche des Strahlenbündels, was die Bestrahlungsstärkever¬ teilung über den bestrahlten Bereich (Spot) homogenisieren hilft (und auch bei nur einer einzigen Pumpstrah- lungsquelle von Interesse sein kann) .
Bei einer Pumpstrahlungseinheit mit mehreren Pumpstrah¬ lungsquellen kann es trotz einer theoretisch perfekten Überlagerung der einzelnen Teil-Strahlenbündel auf der Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements in der Praxis gleichwohl zu einem Versatz kommen. Auch insofern können Fertigungsschwankungen bereits originär einen gewissen Versatz bedingen, etwa aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien in Verbindung mit einem Temperaturprofil während der Fertigung (zum Beispiel erhöhter Temperatur bei Lötschritten etc.) . Durch Anpassung des Abstands zwischen Streumittel und Leucht Stoffelement kann die Bestrahlungs¬ stärkeverteilung durch die Aufweitung und Überlagerung homogenisiert werden (siehe unten im Detail) . Vorteilhafterweise kann dann beispielsweise auf ein ande¬ res Strahlungsmischmittel, wie beispielsweise eine Mikro- linsen-Anordnung oder einen Integrator (Durchmischung innerhalb durch Totalreflexion) , verzichtet werden, was Aufwand und Kosten reduzieren helfen kann. Das Streumit- tel ist bevorzugt das einzige Strahlungsmischmittel der Beleuchtungsvorrichtung. Das Streumittel ist bevorzugt eine zusammenhängende Struktur (Oberflächen- und/oder Volumenstruktur, siehe unten) . Die Anordnung des Leuchtstoffelements „beabstandet" zu der Pumpstrahlungseinheit meint, dass das Strahlenbündel zwischen Pumpstrahlungseinheit und Leuchtstoffelement ein Gasvolumen durchsetzt, was generell im Rahmen dieser Of- fenbarung bevorzugt Luft meint. Das Strahlenbündel durch¬ setzt der Linse vor- und nachgelagert ein Gasvolumen, be¬ vorzugt ist das Strahlenbündel der Linse vorgelagert kol- limiert (Öffnungswinkel von 0°) . Setzt sich das Strahlen¬ bündel aus mehreren Teil-Strahlenbündeln zusammen, sind diese dann jeweils für sich kollimiert und bevorzugt pa¬ rallel zueinander. Die Angaben „vorgela- gert"/"nachgelagert" bzw. auch „zwischen" beziehen sich auf den Pfad der Pumpstrahlung von der Pumpstrahlungsquelle zum Leuchtstoffelement . Die „Linse" kann auch ein System aus mehreren Einzellinsen sein, wobei dann die „Eintrittsfläche der Linse" die Eintrittsfläche der in Bezug auf den Pfad der Pumpstrah¬ lung ersten der Einzellinsen ist und die „Austrittsfläche der Linse" die Austrittsfläche der insoweit letzten Ein- zellinse. Bevorzugt ist die Linse eine Einzellinse (mit Eintritts- und Austrittsfläche) .
Im Falle mehrerer Pumpstrahlungsquellen können die Teil- Strahlenbündel auf Höhe des Streumittels (bezogen auf den Pfad der Pumpstrahlung bei dem Streumittel) im Allgemei- nen auch noch zueinander beabstandet sein, bevorzugt überlappen sie. Das „Strahlenbündel" ist die Gesamtheit aller Strahlen, entlang derer sich die Pumpstrahlung von der Pumpstrahlungseinheit zu dem Leuchtstoffelement aus¬ breitet . Das Leuchtstoffelement kann im Allgemeinen auch in Refle¬ xion betrieben werden, es kann also die Einstrahlfläche dann zugleich auch Abstrahlfläche sein, an welcher das Konversionslicht abgeführt wird. Bevorzugt ist ein Be- trieb in Transmission, liegen die Einstrahl- und die Abstrahlfläche also einander entgegengesetzt. Im Allgemei¬ nen kann auch nur das Konversionslicht genutzt werden, bevorzugt wird ein Mischlicht aus einem nichtkonvertier- ten Teil der Pumpstrahlung und dem Konversionslicht zur Beleuchtung genutzt. Bei der Pumpstrahlung kann es sich dann bevorzugt um blaues Pumplicht handeln, dessen nicht- konvertierter Anteil dann beispielsweise in Mischung mit gelbem Konversionslicht ein Weißlicht ergibt. Als ent¬ sprechender Gelb-Leuchtstoff kann für das Leuchtstoffele- ment beispielsweise ein Granat-Leuchtstoff vorgesehen sein, bevorzugt Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce).
Das Streumittel weitet den Öffnungswinkel des Pumpstrah¬ lenbündels in bevorzugter Ausgestaltung um mindestens 0,5°, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindes- tens 1°, 1,5°, 2°, 2,5°, 3°, 3,5°, 4° bzw. 4,5°, auf; be¬ vorzugte Obergrenzen können beispielsweise bei in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 10°, 9,5°, 9°, 8,5°, 8°, 7,5°, 7°, 6,5°, 6° bzw. 5,5° liegen (eine Ober¬ grenze kann auch unabhängig von einer Untergrenze von In- teresse sein, und umgekehrt) . Sollte das Strahlenbündel in den Achsen senkrecht zu seiner Schwerpunktrichtung unterschiedlich aufgeweitet werden, wird ein Mittelwert be¬ trachtet. Vorzugsweise soll die Aufweitung jedoch gleich¬ mäßig sein, soll sie also in zwei zueinander senkrechten Achsen um nicht mehr als 30 %, vorzugsweise nicht mehr als 15 %, voneinander abweichen (bezogen auf die größere Aufweitung) , was bevorzugt für sämtliche zueinander und zur Schwerpunktrichtung senkrechten Achsenpaare gilt.
Im Rahmen dieser Offenbarung bezieht sich „Schwerpunkt- richtung" auf den Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren des Strahlenbündels in einem jeweiligen Abschnitt zwi¬ schen zwei optischen Elementen (Linsen, Prismen etc.). Bei dieser Mittelwertbildung wird jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Lichtstärke gewichtet. Die „Mit- tenachse" liegt parallel zur Schwerpunktrichtung des Strahlenbündels im jeweilig betrachteten Abschnitt und erstreckt sich mittig im Strahlenbündel, liegt also in einer zur Schwerpunktrichtung senkrechten Schnittebene betrachtet im Flächenschwerpunkt (der Querschnittsfläche des Strahlenbündels) .
Im Allgemeinen kann der „Öffnungswinkel" des Pumpstrahlenbündels bspw. auch genommen werden (hinsichtlich einer seitlichen Begrenzung des Strahlenbündels) , wo die Leis¬ tung im Strahlenbündel auf 1/e oder 1/e2 einer maximalen Leistung abgefallen ist. Bevorzugt wird er dort genommen, wo die Leistung auf die Hälfte abgefallen ist (Halbwerts¬ breite) . Setzt sich das Pumpstrahlenbündel aus mehreren Teil-Strahlenbündeln zusammen, überlappen diese bevorzugt bereits dem Streumittel vorgelagert (und auch diesem nachgelagert) , bilden sie also ein zusammenhängendes Strahlenbündel .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Streumittel zwischen der Linse und dem Leuchtstoffelement angeordnet und wird es von dem konvergenten Strahlenbündel durch- setzt. Im Vergleich zu einem der Linse vorgelagert kolli- mierten Strahlenbündel ist der Querschnitt des konvergen¬ ten Strahlbündels geringer, kann also das Streumittel beispielsweise auch entsprechend kleiner gefasst werden, was Kosten reduzieren helfen kann. Zudem haben die Erfinder bei rechnergestützten Untersuchungen eines der Linse vorgelagerten Streumittels festgestellt, dass zur de¬ ckungsgleichen Überlagerung von Teil-Strahlenbündeln dann eine weitere Linse erforderlich sein kann, was zusätzli- chen Aufwand bedeutet.
Wenngleich das zwischen Linse und Leuchtstoffelement an¬ geordnete Streumittel im Allgemeinen auch auf der Aus¬ trittsfläche der Linse vorgesehen sein kann, ist es in bevorzugter Ausgestaltung an einer zu der Linse beab- standet angeordneten Streuscheibe vorgesehen. Die Streu¬ scheibe ist bevorzugt eine planparallele Platte (von ggf. einer das Streumittel bildenden Oberflächenstruktur abgesehen) . Das Strahlenbündel durchsetzt zwischen der Linse und der Streuscheibe ein Gasvolumen, bevorzugt auch zwi- sehen der Streuscheibe und dem Leuchtstoffelement . Das „an" der Streuscheibe angeordnete Streumittel kann als Oberflächenstruktur und/oder als Volumenstreuer vorgesehen sein, bevorzugt als eines davon, besonders bevorzugt als Oberflächenstruktur. Bevorzugt kann die Eintritts- und/oder die Austrittsfläche der Streuscheibe antireflex- beschichtet sein, bevorzugt beide.
Auch generell kann das Streumittel von einem Volumens¬ treuer und/oder einer Oberflächenstruktur gebildet sein, wobei das erstgenannte auf in ein Volumenmaterial (etwa ein Streuscheibenmaterial) eingebettete Streuzentren, et¬ wa Streupartikel und/oder Gaseinschlüsse, zu lesen ist. Das Volumenmaterial für sich ist bevorzugt transparent. Es ist bspw. auch ein akustooptischer Lichtmodulator als Streumittel oder sind auch suspensierte Partikel denkbar (Partikel in Flüssigkeit, einer sogenannten Schneekugel vergleichbar), die bspw. durch Vibrationen bewegt werden. Im Allgemeinen könnte die Streuung beispielsweise auch mittels einer holografischen Struktur oder eines Beu- gungsgitters erfolgen, welches beispielsweise in Form ei¬ ner Beschichtung aufgebracht sein kann. Die bevorzugt zur Streuung vorgesehene Oberflächenstruktur kann im Allgemeinen auch geometrisch bestimmt, also regelmäßig sein (die jeweilige Ablenkung in eine jeweilig unterschiedlich Richtung an einer Vielzahl Einzelstrukturen ergibt dann im Ergebnis die Aufweitung) .
Bevorzugt ist eine Mattierung der Oberfläche, die bei¬ spielsweise auch als Beschichtung aufgebracht sein kann, vorzugsweise jedoch durch eine Anrauung der Oberfläche des Volumenmaterials (insbesondere Streuscheibenmaterial) erreicht wird, etwa in einem Ätzprozess. „Streuung" kann also beispielsweise ganz allgemein als die Etendue und den Öffnungswinkel des Strahlenbündels vergrößernder Vor¬ gang verstanden werden, wobei das erstgenannte Kriterium eine bloße Aufweitung durch beispielsweise eine Zerstreu¬ ungslinse ausschließt. Bevorzugt erfolgt die Streuung an einer Mikrostruktur, deren Einzelstrukturen in ihrer jeweiligen Größe und Anordnung statistisch verteilt sind („geometrisch unbestimmt"), vgl. das Beispiel der Ein- Schlüsse beim Volumenstreuer oder die angeraute Oberflä¬ che .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Streuscheibe näher an dem Leuchtstoffelement als an der Linse ange- ordnet, wobei die Abstände auf dem von der Pumpstrahlung zurückgelegten Pfad genommen werden. Es werden also ein erster, zwischen der Austrittsfläche der Linse und der Eintrittsfläche der Streuscheibe genommener Abstand di und ein zweiter Abstand d2 verglichen, wobei letzterer zwischen der Austrittsfläche der Streuscheibe und der Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements genommen wird. Die Abstände zwischen den genannten Flächen werden jeweils auf der Mittenachse des Strahlenbündels genommen.
Der zweite Abstand d2 ist bevorzugt < 3/4 des ersten Ab- Stands di, wobei d2 < 2/3 di weiter bevorzugt ist und d2 < 1/2 di besonders bevorzugt ist. Je näher die Streu¬ scheibe dem Leuchtstoffelement angeordnet ist, desto kleiner kann aufgrund des verringerten Strahlbündelquerschnitts die Fläche des Streumittels gefasst sein, was insbesondere in einer Massenfertigung Kostenvorteile bie¬ tet. Ein gewisser Mindestabstand zwischen Streuscheibe und Leuchtstoffelement kann aus konstruktiven Gründen notwendig bzw. hinsichtlich einer gewünschten Mindestauf- weitung erforderlich sein. Mögliche Untergrenzen für d2 liegen beispielsweise bei d2 > 1/30 di, d2 > 1/20 di bzw.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Streuscheibe um eine Kippachse, die schräg, vorzugsweise senkrecht, zur Schwerpunktrichtung des Pumpstrahlenbündels orientiert ist, verkippbar gelagert. Dabei kann die Kippachse bevorzugt parallel zur vertikalen Richtung (12 Uhr Position) oder parallel zur horizontalen Richtung (3 Uhr Po- sition) liegen. Fällt das Pumpstrahlenbündel nach der Streuscheibe direkt (ohne Umlenkung) auf das Leuchtstof¬ felement, liegt die Kippachse bevorzugt in einer zur Ein¬ strahlfläche des Leuchtstoffelements parallelen Ebene.
Die Beleuchtungsvorrichtung ist bevorzugt für eine Ver- kippung der Streuscheibe während des Betriebs eingerich¬ tet, also während die Pumpstrahlung die Streuscheibe durchsetzt (bevorzugt ist auch eine entsprechende Verwen¬ dung) . Die Verkippung kann beispielsweise mit einem Stellmotor oder auch elektromagnetisch erfolgen. Möglich ist eine periodische Verkippung, wie beispielsweise ein Vibrieren, oder auch ein Verkippen in unregelmäßigen Zeitabständen, etwa adaptiv in Abhängigkeit von einer externen Regelgröße.
Mit der Verkippung der Streuscheibe lassen sich die Streueigenschaften verändern, können also dementsprechend Form und/oder Größe des Spots auf der Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements verändert werden. Die Kippachse kann außerhalb des Strahlenbündels liegen oder sich bevorzugt durch dieses erstrecken. Im letztgenannten Fall wird mit der Verkippung dann ein Teil der Streuscheibe näher zur Linse und der andere näher zum Leuchtstoffelement ge¬ bracht, was eine asymmetrische Veränderung des Spots er¬ möglichen kann. Die Veränderung des Spots kann bspw. zur Anpassung der Hell-Dunkel-Grenze eines Beleuchtungslichtkegels (Konver¬ sionslicht, in der Regel mit Pumplicht gemischt) genutzt werden, wobei eine horizontal liegende Kippachse bevor- zugt sein kann. Die Hell-Dunkel-Grenze kann bspw. je nach Bedarf „schärfer" gezogen sein oder einen „verwaschenen" Verlauf haben. Mit der Verkippung kann bspw. auch (bei bevorzugt horizontal liegender Kippachse) bei einem Kfz- Scheinwerfer die Höhe bzw. der Winkel des Beleuchtungs- lichtkegels nivelliert werden, etwa in Abhängigkeit von der Beladung des Fahrzeugs, bevorzugt automatisch. Eine vertikale Kippachse kann bspw. von Interesse sein, falls sich bei einer Pumpstrahlungseinheit mit einer Laserdiode als Quelle (die entsprechend orientiert ist) deren Fast- Axis-Aufweitung über die Lebensdauer ändert und ein Nachjustieren erforderlich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Streuscheibe entlang der Schwerpunktrichtung (mit einer überwiegenden Richtungskomponente parallel dazu) , vorzugsweise pa- rallel dazu, verschiebbar gelagert. Hier wie auch im Fal¬ le der Verkippung wird die Schwerpunktrichtung dort betrachtet, wo eben die Streuscheibe angeordnet ist, wird also die Schwerpunktrichtung des die Streuscheibe durch¬ setzenden Strahlenbündels betrachtet. Mit dem Verschieben der Streuscheibe kann die Größe des Spots und auch dessen Homogenität (siehe unten im Detail) angepasst werden, wo¬ mit sich beispielsweise ein während des Betriebs auftre¬ tender Versatz der optischen Komponenten ausgleichen lässt. Ein solcher Versatz kann beispielsweise tempera- turbedingt, also thermomechanisch, verursacht sein, es sind nämlich beispielsweise im automobilen Umfeld Tempe¬ raturschwankungen von mehr als 100 °C möglich (zum Beispiel Kaltstart bei -40 °C und Betrieb bei erhöhter Tem¬ peratur, auch aufgrund der Verlustleistung) . Die verschiebbar gelagerte Streuscheibe kann beispiels¬ weise an einem Schlitten angeordnet sein, der in einer Schiene geführt ist und beispielsweise motorgetrieben verschoben werden kann, etwa über eine sich in Verschieberichtung erstreckende, motorgetriebene Gewindestange. Unabhängig davon im Einzelnen kann mit der Verschiebung der Abstand zwischen Streuscheibe und Leuchtstoffelement, also der Abstand d2, verändert werden. Der erste Abstand di verändert sich dabei bevorzugt gegenläufig, sodass die Summe aus den beiden Abständen (di + d2) konstant bleibt. In der Lagerung ist die Streuscheibe bevorzugt um mindes¬ tens 1/1000, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 1/900, 1/800, 1/700, 1/600, 1/500, 1/400, 1/300, 1/200, 1/100 bzw. 1/50, der aufsummierten Abstände di + d2 verschiebbar. Mögliche Obergrenzen können davon unabhängig beispielsweise bei höchstens 1/5 bzw. 1/10 von di + d2 liegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Linse einen Fokus (in dem der Strahlenbündelquerschnitt minimal wird) und ist das Leuchtstoffelement an dem Fokus angeordnet, wobei das Strahlenbündel aufgrund des Streumittels um ei¬ nen Fokuspunkt herum aufgeweitet auf das Leuchtstoffele¬ ment fällt. Die Anordnung „an" dem Fokus meint, dass die Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements vom Fo¬ kus/Fokuspunkt um beispielsweise nicht mehr als 200 μιτι, 150 ym, 100 ym, 50 ym bzw. 20 ym (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) entfernt ist (entlang der Mittenachse des Pumpstrahlenbündels genommen) . Im Rahmen des technisch Möglichen ist eine Anordnung genau im Fokus bevorzugt. Der „Fokuspunkt" ist ein Punkt, in welchem sich die die Linse durchsetzenden Strahlen theoretisch treffen würden, wenn die Beleuchtungsvorrichtung kein Streumittel aufweisen würde (also frei davon wäre) , wenn also bspw. die Streuscheibe nicht mit einer streuenden Oberfläche / Volumenstreuern versehen, sondern als einfache planparallele Platte ausgeführt wäre. Betrachtet wird also der Strahlengang, also ob keine Streuung erfolgen würde (alle anderen optischen Beiträge aber identisch sind) . Der Strahlbündelquerschnitt wäre dort auf einen Punkt, den Fokuspunkt, reduziert.
Auf der Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements soll das Pumpstrahlenbündel beispielsweise einen Spot-Durchmesser von mindestens 10 ym, in dieser Reihenfolge zunehmend be¬ vorzugt mindestens 50 ym, 100 ym, 150 ym, 200 ym, 250 ym bzw. 300 ym haben; mögliche Obergrenzen können etwa bei maximal 1 mm, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt maximal 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm bzw. 0,5 mm liegen (eine Obergrenze kann unabhängig von einer Untergrenze von Interesse sein, und umgekehrt) . Im Falle eines nicht kreisförmigen Spots bezieht sich der Durchmesser auf den Mittelwert aus kleinster und größter Spot-Erstreckung .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gliedert sich das Streumittel in zumindest einen ersten Bereich und einen davon verschiedenen, nicht damit überlappenden zweiten Bereich. Bevorzugt erstreckt sich jeder der Bereiche über mindestens 1/10, weiter bevorzugt mindestens 1/5, der im Betrieb von der Pumpstrahlung durchstrahlten Fläche des Streumittels (betrachtet wird die im zeitlichen Integral durchstrahlte Fläche, weil im zeitlichen Verlauf auch un¬ terschiedliche Bereiche durchstrahlt werden können) . Die Untergliederung des Streumittels bezieht sich auf Rich¬ tungen senkrecht zur Schwerpunktrichtung, entlang der Schwerpunktrichtung auf das Streumittel blickend sind die Bereiche also nebeneinander angeordnet. Die Bereiche kön¬ nen beispielsweise herstellungsbedingt auch tatsächlich physisch voneinander abgegrenzt sein oder auch ineinander übergehen. Bevorzugt ändert sich beim Übergang von Bereich zu Bereich die Streuung (der Streukoeffizient) sprunghaft. Bevorzugt ist über jeden Bereich an sich die Streuung konstant.
Die auf die einzelnen Bereiche fallende Pumpstrahlung wird „unterschiedlich stark" gestreut, also unterschied¬ lich stark aufgeweitet. Betrachtet man also einen Refe- renzfall mit jeweils einem perfekt kollimierten, den je¬ weiligen Bereich jeweils vollständig ausfüllenden, senkrecht einfallenden Sub-Strahlenbündel , wird das Sub- Strahlenbündel des stärker streuenden Bereichs beispiels¬ weise um mindestens 5 %, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 10 %, 15 %, 20 % bzw. 25 %, mehr aufgeweitet als das Sub-Strahlenbündel des Bereichs ge¬ ringerer Streuung. Betrachtet wird hier je Sub- Strahlenbündel die Differenz der Öffnungswinkel dem je¬ weiligen Bereich vor- und nachgelagert, was dann entspre- chend mit dem anderen Sub-Strahlenbündel verglichen wird. Die verschiedenen Bereiche können beispielsweise auch se- quenziell durchstrahlt werden, so kann beispielsweise durch ein Bewegen des Streumittels senkrecht zur Schwerpunktrichtung, etwa durch eine Rotation des Streumittels oder eine lineare Verschiebung, die Durchstrahlung der Bereiche verändert werden. Es kann beispielsweise die Durchstrahlung eines stärker streuenden Bereichs während des Betriebs wahlweise hinzu- oder weggeschaltet werden, womit der Spot auf der Einstrahlfläche des Leuchtstof- felements wahlweise verkleinert oder vergrößert werden kann. Generell können die Bereiche bevorzugt ineinander geschachtelt sein (in Schwerpunktrichtung gesehen) , weiter bevorzugt kreis-/kreisringförmig, besonders bevorzugt konzentrisch . Größe und Form des Spots auf der Einstrahlfläche korre¬ lieren mit Größe und Form des Bereichs, aus dem das Kon¬ versionslicht abgegeben wird. Etwa im bevorzugten Fall des Automobilscheinwerfers kann diese Ortsverteilung auf der Abstrahlfläche mit einer Optik, etwa im einfachsten Fall einer Sammellinse, in eine Winkelverteilung umge¬ setzt werden. Dementsprechend kann durch eine Variation von Form und Größe des Spots auf der Einstrahlfläche die Winkelverteilung des Konversionslichts (bevorzugt antei¬ lig mit Pumplicht gemischt) eingestellt werden, kann also beispielsweise zwischen Abbiend- und Fernlicht hin- und hergeschaltet werden.
Bevorzugt kann bei dem in die Bereiche untergliederten Streumittel ein Betrieb derart sein (die Beleuchtungsvor¬ richtung für einen entsprechenden Betrieb eingerichtet sein) , dass zumindest einer der Bereiche, nämlich ein Be¬ reich starker Streuung, während des normalen Betriebs des Automobilscheinwerfers, nicht durchstrahlt wird. Dieser Bereich starker Streuung wird dann nur in einem Fehler- fall durchstrahlt, wenn beispielsweise für die Beleuch¬ tungsvorrichtung intern ein Fehler festgestellt wurde, etwa ein abgefallenes Leuchtstoffelement, infolgedessen gebündelte und damit für das menschliche Auge gefährliche Pumpstrahlung austreten könnte. Ein Fehlerfall kann auch in Abhängigkeit vom gesamten Kraftfahrzeug festgestellt werden, beispielsweise wenn der Airbag ausgelöst wird o- der auch schon zuvor, wenn beispielsweise Trägheitssenso¬ ren bestimmte Werte liefern bzw. die Gurtstraffer aktiviert werden. In einem Fehlerfall wird dann jedenfalls auf eine Durchstrahlung des Bereichs starker Streuung gewechselt, sodass beispielsweise nur noch ein Teil der Pumpstrahlung überhaupt austreten würde bzw. die Leistungsdichte verringert wäre.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpstrah- lungseinheit aus einer Mehrzahl Pumpstrahlungsquellen aufgebaut, etwa aus mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3, besonders bevorzugt mindestens 4, Pumpstrahlungsquel¬ len. Mögliche Obergrenzen können davon unabhängig beispielsweise bei höchstens 50, 40, 30, 20, 10, 8 bzw. 6 Pumpstrahlungsquellen liegen. Im Allgemeinen können sich die Pumpstrahlungsquellen auch in der Wellenlänge ihrer Strahlung unterscheiden, bevorzugt emittieren sie Strahlung derselben Wellenlänge, besonders bevorzugt sind sie baugleich. „Pumpstrahlungsquelle" meint bevorzugt eine Laserquelle, besonders bevorzugt eine Laserdiode. Eine entsprechende Laserdiode kann beispielsweise eine Ausgangsleistung von mindestens 0,5 W, vorzugsweise min¬ destens 1 W, besonders mindestens 1,2 W, haben; mögliche Obergrenzen liegen (davon unabhängig) beispielsweise bei höchstens 3 W, 2,5 W bzw. 2 W (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Im Allgemeinen können die Laserdioden beispielsweise auch gemeinsam gehaust sein, bevorzugt sind sie jeweils für sich gehaust.
Jede der Pumpstrahlungsquellen emittiert ein Teil- Strahlenbündel. Im Allgemeinen setzt sich das Strahlenbündel daraus zumindest im zeitlichen Integral zusammen, können Teil-Strahlenbündel also auch zu- und weggeschal¬ tet werden; bevorzugt werden die Teil-Strahlenbündel im selben Zeitpunkt emittiert. Die Teil-Strahlenbündel wer- den der Linse vorgelagert bevorzugt mit einer Strahlkom¬ pressionsoptik näher zusammengebracht, etwa mit einem Treppenspiegel oder vorzugsweise durch mehrfache Totalre¬ flexion in Prismen, vgl. Fig. 1 zur Illustration. Bevorzugt ist jeder Pumpstrahlungsquelle eine eigene Kollima- tionslinse zugeordnet, und zwar der jeweiligen Pumpstrahlungsquelle unmittelbar nachgelagert (der bevorzugt vor¬ gesehenen Strahlkompressionsoptik vorgelagert) .
Die Erfindung betrifft auch einen Satz aus mehreren Beleuchtungsvorrichtungen, die sich im jeweiligen Abstand zwischen dem Streumittel und dem Leuchtstoffelement un¬ terscheiden, von der Position des Streumittels im Pfad der Pumpstrahlung abgesehen jedoch baugleich sind. Mit dem Abstand zwischen Streumittel und Leuchtstoffelement kann auch der Abstand des Streumittels zur Linse ein an- derer sein (im Allgemeinen könnten auch nur Streumittel und Leuchtstoffelement relativverschoben werden) , im Übrigen unterscheiden sich die Beleuchtungsvorrichtungen jedoch nicht. Bevorzugt ist das Streumittel jeweils an einer Streuscheibe vorgesehen (siehe vorne) und variiert von Beleuchtungsvorrichtung zu Beleuchtungsvorrichtung der Abstand d2 (und bevorzugt auch der Abstand di) , sind die Beleuchtungsvorrichtungen jedoch ansonsten baugleich.
Über den Abstand zwischen Streumittel und Leuchtstoffele- ment kann die Größe des Spots eingestellt werden. Bei dem Satz aus Beleuchtungsvorrichtungen ist dies nun dahingehend genutzt, dass beispielsweise Montageschwankungen, die von Beleuchtungsvorrichtung zu Beleuchtungsvorrichtung einen leicht unterschiedlichen Versatz der einzelnen Komponenten zueinander bedingen können, ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise auch eine Los- zu-Los-Schwankung kompensiert werden, sodass also bei¬ spielsweise dann für jeweils eine Beleuchtungsvorrichtung eines jeweiligen Loses die Einstellung erfolgt und diese für die übrigen Beleuchtungsvorrichtungen des Loses übernommen wird. Die Beleuchtungsvorrichtungen unterscheiden sich dann von Los zu Los im jeweiligen Abstand, sind innerhalb eines Loses aber gleich.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung, wobei das Streumittel zwischen der Pumpstrahlungsquelle und dem Leuchtstoffelement angeordnet wird. Die Anordnung „dazwischen" soll dabei im Allgemeinen keine Implikation hinsichtlich einer Reihenfolge haben, es können also bei- spielsweise auch zunächst das Leuchtstoffelement und das Streumittel relativ zueinander positioniert und anschlie¬ ßend die Pumpstrahlungseinheit in Position gebracht wer¬ den. Es wird auch nochmals ausdrücklich auf die übrige Offenbarung und die darin enthaltenen Verfahrensmerkmale verwiesen .
In bevorzugter Ausgestaltung wird bei der Herstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Pumpstrahlungsquellen der Abstand zwischen dem Streumittel und dem Leuchtstoffelement , bevorzugt zwischen der Streuscheibe und dem Leuchtstoffelement (d2) , so angepasst, dass die Teil-Strahlenbündel auf der Einstrahlfläche überlagert sind. Bevorzugt ist eine deckungsgleiche Überlagerung; die Bestrahlungsstärke ist über den Spot bevorzugt homo- gen.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung, insbesondere zur Kraftfahrzeugaußenbeleuchtung, besonders bevorzugt zur Straßenausleuchtung mit einem Frontschein- werfer, die weiter bevorzugt auch variabel (hinsichtlich der im Betrieb ausgeleuchteten Raumwinkel) erfolgen kann. Im Allgemeinen können vorteilhafte Anwendungsgebiete aber auch im Bereich der Effektbeleuchtung liegen oder kann die Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise auch zur Ope- rationsfeld-Beleuchtung genutzt werden; die Beleuchtungsvorrichtung kann ferner als Lichtquelle eines Projekti¬ onsgeräts, Endoskops oder auch Bühnenscheinwerfers die¬ nen, etwa zur Szenenbeleuchtung im Film-, Fernseh- bzw. Theaterbereich . Bei einer bevorzugten Verwendung wird in einem Fehlerfall der Abstand zwischen dem Streumittel und dem Leuchtstof¬ felement vergrößert, womit auch der Strahlbündelquer¬ schnitt zunimmt und damit die Leistungsdichte abnimmt. Der Strahlbündelquerschnitt wird dabei in einer Ebene be¬ trachtet, welche die Einstrahlfläche des Leuchtstoffele- ments beinhaltet bzw. im Falle des abgefallenen Leucht¬ stoffelements beinhaltet hat. Ist in dem Fehlerfall das Leuchtstoffelement noch regulär im Strahlengang angeord- net, wird also der Spot entsprechend groß.
Ist das Leuchtstoffelement beispielsweise abgefallen, könnte die Pumpstrahlung (ohne Sicherheitseinrichtung) schlimmstenfalls in gebündelter Form über eine Optik austreten, die eigentlich zum Abführen des Konversionslichts bzw. des Konversionslichts in Mischung mit einem nicht- konvertierten Teil der Pumpstrahlung vorgesehen ist (ein nichtkonvertierter Teil der Pumpstrahlung wird im Leuchtstoffelement aber beispielsweise aufgrund von Streupro¬ zessen auch aufgeweitet, ist also insoweit unkritisch) . Bezüglich weiterer Details, insbesondere auch die mögli¬ chen Fehlerfälle betreffend, wird auf die vorstehende Of¬ fenbarung zu dem in Bereiche untergliederten Leuchtstoffelement verwiesen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können. Im Einzelnen zeigt
Figur 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit Pumpstrahlungseinheit, Streuscheibe und Leuchtstoffelement in einer Schrägansicht;
Figur 2 die Streuscheibe der Beleuchtungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Detailansicht;
Figur 3a-c Graphen zur Illustration der Einstellbarkeit der Bestrahlungsstärkeverteilung auf einer Einstrahlfläche eines Leuchtstoffelements in Abhängigkeit von der Position der Streuschei¬ be ;
Figur 4 eine als Streumittel vorgesehene Oberflächen¬ struktur der Streuscheibe;
Figur 5 eine in mehrere Bereiche untergliederte
Streuscheibe in einer schematischen Aufsicht.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrich¬ tung 1 mit einer Pumpstrahlungseinheit 2, die aus drei Pumpstrahlungsquellen 2a,b,c aufgebaut ist, nämlich drei Laserdioden ä jeweils 1,6 W. Jeder der Laserdioden 2a,b,c unmittelbar nachgelagert ist eine jeweilige Kollimations- linse 3a,b,c angeordnet, welche ein jeweiliges Teil- Strahlenbündel 4a,b,c kollimiert. Der Übersichtlichkeit halber ist je Teil-Strahlenbündel 4a, b, c nur der Mit¬ tenstrahl gezeigt. Jede der Pumpstrahlungsquellen 2a,b,c emittiert eines der Teil-Strahlenbündel 4a,b,c, die zusammen ein von der Pumpstrahlungseinheit 2 emittiertes Strahlenbündel 4 bil¬ den. Die Teil-Strahlenbündel 4a,b,c werden mit einer Strahlkompressionsoptik 5 näher zusammengebracht, nämlich zwei Totalreflexions-Prismen 5a, b. Mit der Strahlkompres¬ sionsoptik 5 wird der Abstand der Teil-Strahlenbündel 4a,b,c senkrecht zu einer Schwerpunktrichtung 6 des Strahlenbündels 4 verringert. Der Strahlkompressionsoptik 5 nachgelagert fällt das Strahlenbündel 4 auf eine Sammellinse 7, die vorliegend als Plankonvexlinse ausgeführt ist. Der Linse 7 vorgela¬ gert ist das Strahlenbündel 4 kollimiert, der Linse 7 nachgelagert ist es konvergent. Der Linse 7 nachgelagert, in dem konvergenten Strahlenbündel 4 ist eine Streuscheibe 8 angeordnet, welche das Strahlenbündel 4 durchsetzt und dabei um ca. 5° aufgewei¬ tet wird. Die Aufweitung ist in Fig. 1 aufgrund der Wie¬ dergabe von allein den Mittenstrahlen nicht zu erkennen. Bezüglich der Beschaffenheit der Streuscheibe 8 im Ein¬ zelnen und die Aufweitung des Pumpstrahlenbündels 4 wird auch auf die Fig. 2 und 4 verwiesen.
Der Streuscheibe 8 nachgelagert fällt das Strahlenbündel 4 auf ein Leuchtstoffelement 9, vorliegend mit YAG:Ce als Leuchtstoff, welches auf die Anregung mit der Pumpstrah¬ lung hin Konversionslicht emittiert, vorliegend gelbes Licht. Die Pumpstrahlung fällt auf eine Einstrahlfläche 10 des Leuchtstoffelements 9, und das Konversionslicht wird an einer entgegengesetzten Abstrahlfläche 11 abge- führt, das Leuchtstoffelement 9 wird also in Transmission betrieben. In dem Leuchtstoffelement 9 wird nicht die ge¬ samte Pumpstrahlung konvertiert (Teilkonversion) , der nichtkonvertierte Teil der Pumpstrahlung (vorliegend blaues Pumplicht) wird gemeinsam mit dem Konversionslicht als weißes Mischlicht genutzt.
Das Konversionslicht und der nichtkonvertierte Teil der Pumpstrahlung werden an der Abstrahlfläche 11 des Leucht¬ stoffelements 9 Lambertsch abgegeben (die nichtkonver- tierte Pumpstrahlung ist aufgrund von Streuprozessen aufgeweitet) . Der Abstrahlfläche 11 ist eine (der Übersicht¬ lichkeit halber nicht dargestellte) Optik zugeordnet, be¬ vorzugt eine abbildende Optik, welche das an unterschied¬ lichen Stellen der Abstrahlfläche 11 abgegebene Weißlicht in unterschiedliche Raumrichtungen führt. Die gezeigte Beleuchtungsvorrichtung 1 ist als Lichtquelle eines Kraftfahrzeug-Frontscheinwerfers vorgesehen, das Wei߬ licht wird zur Straßenausleuchtung genutzt.
Fig. 2 zeigt die Streuscheibe 8 in einer Detailansicht und veranschaulicht die Aufweitung des Strahlenbündels 4. Als Streumittel ist vorliegend eine Eintrittsfläche 20 der Streuscheibe 8 mit einer Oberflächenstruktur gefasst, vgl. Fig. 4 zur Illustration. Die Streuscheibe 8 ist aus Glas vorgesehen, das Strahlenbündel 4 tritt an der der Eintrittsfläche 20 entgegengesetzten Austrittsfläche 21 aus und fällt auf das Leuchtstoffelement 9. Ohne die Streuung würden sich die Strahlen im Fokuspunkt treffen (durchgezogene Linien) , aufgrund der Streuung ist das Strahlenbündel 4 um den Fokuspunkt aufgeweitet. Über eine Variation des Abstands d2 zwischen Streuscheibe 8 und Leuchtstoffelement 9 kann die Größe des auf der Einstrahlfläche 10 des Leuchtstoffelements 9 erzeugten Spots angepasst werden. Wird d2 größer, nimmt auch die Größe des Spots zu; ebenso nimmt die Größe mit abnehmen¬ dem Abstand d2 auch ab. Durch eine Anpassung des Abstands d2 kann so einerseits beispielsweise ein fertigungsbe¬ dingter Versatz ausgeglichen werden.
Andererseits kann über den Abstand d2 auch Einfluss auf die Bestrahlungsstärkeverteilung genommen werden, kann also deren Homogenität optimiert werden. Im vorliegenden Beispiel werden ja drei Teil-Strahlenbündel 4a,b,c zusam¬ mengeführt, und es kann auch bei einer theoretisch perfekten Überlagerung aufgrund eines auch nur geringen Ver- satzes der optischen Komponenten zu einem Auseinanderdriften der jeweiligen Teil-Spots auf der Einstrahlfläche 10 kommen.
Die Fig. 3a-b geben exemplarisch von den Erfindern ermittelte Messdaten für eine Beleuchtungsvorrichtung mit zwei Pumpstrahlungsquellen und dementsprechend zwei zusammengeführten Teil-Strahlenbündeln wieder. Die Graphen zeigen dabei jeweils die Bestrahlungsstärke (normiert auf die maximale Bestrahlungsstärke) entlang einer in die Ein¬ strahlfläche 10 gelegten Achse (ohne Einheit, in allen Abbildungen derselbe Maßstab) . Anstelle des Leuchtstof¬ felements 9 war bei dem Messaufbau ein Sensor angeordnet.
In Fig. 3a sind die beiden, jeweils von einer der beiden Pumpstrahlungsquellen emittierten Teil-Strahlenbündel noch nicht perfekt überlagert. Die Teil-Spots sind in der Einstrahlfläche noch ein Stück weit zueinander beab¬ standet. Dies kann also die Situation bei einer zwar the¬ oretisch perfekten Überlagerung, die durch einen montagebedingten Versatz aufgehoben wird, wiedergeben. Bei der Fig. 3a zugrunde liegenden Messung war dabei noch keine Streuscheibe im Strahlengang platziert.
Die Streuscheibe wurde bei der Fig. 3B zugrunde liegenden Messung hinzugefügt, womit die Schwankung zwischen Minimum (zwischen den Teil-Spots) und Maxima (bei den Teil- Spots) von ca. 4:1 in Fig. 3a auf 4:2 in Fig. 3b verringert werden konnte. Die Schwankung über den Spot wird al¬ so kleiner, dementsprechend wird auch die Anregung homo¬ gener und ist auch die Weißlichtabgabe gleichmäßiger.
Im Weiteren wurde dann der Abstand d2 zwischen Leucht- stoffelement (bzw. Messsensor) und Streuscheibe vergrö¬ ßert, womit eine vollständige Homogenisierung erreicht werden konnte. Dies illustriert der Graph in Fig. 3c. Die beiden Maxima und das dazwischen liegende Minimum sind dort nicht mehr aufgelöst, sondern die Bestrahlungsstärke nimmt am Rand zu bzw. ab und ist im Übrigen über den Spot konstant .
Bei der Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 kann die Streuscheibe 8 bevorzugt auch entlang der Schwerpunkt¬ richtung 6 verschiebbar gelagert sein, sodass also der Abstand d2 verkleinert und vergrößert werden kann (wobei sich di invers ändert) . Dies kann beispielsweise Teil ei¬ ner integrierten Sicherheitsfunktion sein, wobei in einem Fehlerfall (z. B. abgefallenes Leuchtstoffelement 9 oder Fehlerfall des Gesamtfahrzeugs, wie Airbag-Auslösung etc.) der Abstand d2 maximal eingestellt wird. Die Streu¬ scheibe 8 kann bspw. von einer Feder sprunghaft in die Position mit maximalen Abstand d2 gezogen werden.
In dieser Position wird die Pumpstrahlung maximal aufge- weitet (vgl. Fig. 2 und die zugehörige Beschreibung), so¬ dass bspw. bei einem abgefallenen Leuchtstoffelement nur noch ein Bruchteil der Pumpstrahlung (aufgrund der Winkelaufweitung) überhaupt über die für das Abführen des Konversionslichts vorgesehene, nicht dargestellte Optik austreten kann. Dies ist ein Beispiel für die Anwendung einer verschiebbaren Streuscheibe, im Übrigen wird auf die vorstehende Offenbarung verwiesen.
Die Streuscheibe 8 der Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 kann (alternativ zur Verschiebbarkeit oder in Kom- bination damit) auch um eine Kippachse verkippbar gela¬ gert sein. Diese Kippachse kann bspw. horizontal (und da¬ bei senkrecht zu Schwerpunktrichtung 6) liegen, womit dann bspw. bei einem Automobilscheinwerfer ein Höhenbzw. Winkelausgleich in Abhängigkeit von der Beladung des Fahrzeugs erfolgen kann.
Fig. 4 zeigt die Eintrittsfläche der Streuscheibe in ei¬ ner Aufsicht. Die Streuscheibe ist aus Glas vorgesehen und angeraut, was eine zerklüftete Oberfläche ergibt. Die Oberfläche kann durch Ätzen angeraut werden, die Streu- scheibe kann jedoch andererseits auch in einem formenden Verfahren hergestellt und die raue Oberfläche bereits mit der Form eingebracht werden. Sowohl die Eintrittsfläche 20 als auch die Austrittsfläche sind mit einer Antire- flexschicht (nicht dargestellt) versehen. Fig. 5 zeigt eine Streuscheibe 8 in einer Aufsicht ent¬ lang der Schwerpunktrichtung 6 (vgl. Fig. 1) darauf blickend. In dieser schematischen Darstellung ist die Streuscheibe 8 in vier Bereiche 40a, b, c, d untergliedert, wobei in dem inneren Bereich 40a die Streuung am geringsten ist, von Bereich zu Bereich nach außen zunimmt und dementsprechend in dem Bereich 40d am stärksten ist. Etwa in Verbindung mit der vorstehend genannten Verschiebbarkeit entlang der Schwerpunktrichtung 6 kann ein jeweili- ger Bereich „ausgewählt" werden, kann also bspw. in einem Betriebszustand nur der Bereich 40a durchstrahlt werden und können in anderen Betriebszuständen die Ringe schrittweise hinzugenommen werden.
So können bspw. unterschiedliche Beleuchtungsmodi (Fern- licht/Abblendlicht) realisiert werden bzw. kann in einem Fehlerfall die Aufweitung maximiert werden. Es werden dann sämtliche Bereiche 40a, b, c, d durchstrahlt und ist die Aufweitung zusätzlich zu der abstandsbedingten Aufweitung (d2 maximal, siehe vorne) ferner durch die nach außen hin zunehmende Streuung vergrößert.
Der Durchmesser des Bereichs 40a liegt bei 1/10 der Dia¬ gonalen (Ecke zu Ecke) des Leuchtstoffelements 8, jener des Bereichs 40b bei 2/10 (der Außendurchmesser) und je¬ ner des Bereichs 40c bei 5/10 (wiederum der Außendurch- messer) .

Claims

Ansprüche
Beleuchtungsvorrichtung (1) mit
einer Pumpstrahlungseinheit (2) zur Emission von Pumpstrahlung als Strahlenbündel (4),
einem beabstandet zu der Pumpstrahlungseinheit (2) angeordneten Leuchtstoffelement (9) zur Konversion der Pumpstrahlung in Konversionslicht und
einer Linse (7) zwischen der Pumpstrahlungseinheit (2) und dem Leuchtstoffelement (9), die von dem Pumpstrahlenbündel (4) durchsetzt wird, wobei das Pumpstrahlenbündel (4) der Linse (7) nachgelagert konvergent ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Pumpstrahlungseinheit (2) und dem Leuchtstoffelement (9) ein Streumittel angeordnet ist, wobei das Pumpstrahlenbündel (4) das Streumit¬ tel durchsetzt und dabei aufgeweitet wird.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Streumittel einen Öffnungswinkel des Pumpstrahlenbündels (4) um mindestens 0,5° und um höchstens 10° aufweitet.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Streumittel zwischen der Linse (7) und dem Leuchtstoffelement (9) angeordnet ist und von dem konvergenten Pumpstrahlenbündel (4) durchsetzt wird. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei welcher das Streumittel an einer zu der Linse beab¬ standet angeordneten Streuscheibe (8) vorgesehen ist und das Pumpstrahlenbündel (4) zwischen der Linse (7) und der Streuscheibe (8) ein Gasvolumen durchsetzt .
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei welcher entlang einer Mittenachse des Pumpstrahlenbündels (4) genommen die Streuscheibe (8) näher an dem Leuchtstoffelement (9) als an der Linse (7) an¬ geordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die Streuscheibe (8) um eine Kippachse, die schräg zu einer Schwerpunktrichtung (6) des Pumpstrahlenbündels (4) orientiert ist, verkippbar gelagert ist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) für eine Verkippung der Streuscheibe (8) während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung (1) eingerichtet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher die Streuscheibe (8) entlang einer Schwerpunktrichtung (6) des Pumpstrahlenbündels (4) verschiebbar gelagert ist und so ein Ab¬ stand d2 zwischen der Streuscheibe (8) und dem Leuchtstoffelement (9) veränderbar ist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) für eine Veränderung des Abstands während des Betriebs der Beleuchtung richtung (1) eingerichtet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Linse (7) einen Fokus hat und das Leuchtstoffelement (9) an dem Fo¬ kus angeordnet ist, wobei das Pumpstrahlenbündel (4) aufgrund des Streumittels um einen Fokuspunkt herum aufgeweitet auf das Leuchtstoffelement (9) fällt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher sich das Streumittel in Bezug auf Richtungen senkrecht zu einer Schwerpunktrichtung (6) des Pumpstrahlenbündels (4) in zu¬ mindest eine ersten Bereich und einen davon verschiedenen zweiten Bereich gliedert, wobei die Bereiche unterschiedlich stark streuend ausgebildet sind .
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Pumpstrahlungseinheit (2) aus einer Mehrzahl Pumpstrahlungsquellen (2a, b, c) aufgebaut ist.
Satz mit mehreren Beleuchtungsvorrichtungen (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Beleuchtungsvorrichtungen (1) des Satzes in einem jeweiligen Abstand zwischen dem Streumittel und dem Leuchtstoffelement (9) unterscheiden, im Übrigen je¬ doch baugleich sind. Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eines Satzes nach Anspruch 11, bei welchem das Streumittel zwischen der Pumpstrahlungseinheit (2) und dem Leuchtstoffelement (9) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12 zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, bei welcher jede Pumpstrahlungsquelle (2a, b, c) zur Emis¬ sion eines Teil-Strahlenbündels (4a, b, c) ausgelegt ist, bei welchem Verfahren ein Abstand zwischen dem Streumittel und dem Leuchtstoffelement (9) angepasst wird, um die Teil-Strahlenbündel (4a, b, c) auf ei¬ ner Einstrahlfläche (10) des Leuchtstoffelements (9) in Überlagerung zu bringen.
Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Beleuchtung, vorzugsweise zur Kraftfahrzeugaußenbeleuchtung, besonders bevorzugt in einem Frontscheinwerfer.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei in einem Fehlerfall ein Abstand zwischen dem Streumittel und dem Leuchtstoffelement (9) vergrößert wird, um einen Querschnitt des Pumpstrahlenbündels (4) zu vergrö¬ ßern und damit eine Leistungsdichte zu verringern.
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