WO2018024470A1 - Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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WO2018024470A1
WO2018024470A1 PCT/EP2017/067929 EP2017067929W WO2018024470A1 WO 2018024470 A1 WO2018024470 A1 WO 2018024470A1 EP 2017067929 W EP2017067929 W EP 2017067929W WO 2018024470 A1 WO2018024470 A1 WO 2018024470A1
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light
lighting device
spectral filter
primary light
primary
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PCT/EP2017/067929
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Stefan Hadrath
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Osram Gmbh
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the invention relates to a lighting device
  • the invention is a light generating device for generating a primary light beam and a phosphor element which can be irradiated by means of the primary light beam for the partial conversion of primary light into secondary light.
  • the lighting device comprises a phosphor or
  • a photoluminescent element which is arranged such that the primary light beam which can be emitted by the laser light source is e.g. impinges on the photoluminescent element via an intermediate optics or a beam guiding means, and which is designed in such a way that the incident light impinges on the photoluminescent element
  • Utilization of photoluminescence can be emitted.
  • an abstraction device is provided which is designed in such a way that the secondary light distribution can be converted into an emission light distribution of the illumination device. To increase security is a
  • a lighting device comprising a light generating device for generating a primary light beam, a phosphor element which can be irradiated by means of the primary light beam for the partial conversion of primary light of the primary light beam into secondary light and an optically downstream of the phosphor body
  • Fluorescent body incident primary beam is arranged. Of the phosphor body is partially converted
  • the useful light is therefore a mixed light.
  • the primary light portion of the useful light is often directed more strongly than the secondary light, in the direction of the beam axis of the incident on the phosphor body
  • the primary light component may have a conical or club-like form, while the secondary light is emitted with a virtually Lambert radiation pattern, wherein different angles of divergence may occur in different emission directions.
  • the useful light in a (solid angle or spatial)
  • Mixed light noticeably increased primary light component. it This is followed by a "neutral" region whose sum color location at least approximately corresponds to the desired sum color location of the mixed light. Further away from the beam axis, the mixed light can be increased
  • This lighting device has the advantage that due to the greater filtering of the primary light component in the region of the beam axis behind the spectral filter there, the increase in the primary light component can be attenuated or even completely eliminated. In turn, a color unification of the radiated from the phosphor body Lichtabstrahlmusters is achieved by simple means. Occurs in this area also a color-independent increase in
  • Luminance compared to a surrounding area also becomes a uniformity of the brightness distribution of the radiated from the phosphor body
  • the nominal (overall) color locus can be one for the useful light
  • the target overall color location may also be a color area or ribbon.
  • the area of the target overall color location may also be specified color location.
  • Spectral filters may be designed in terms of their shape and size so that the overall color location of a "central" angle range of the light emission pattern, which differs from the
  • the phosphor body is spaced from the light generating device or from its at least one light source. This gives the advantage of a comparatively simple cooling.
  • the light generating device may be one or more
  • Light sources can use the individual Light beams separated to the phosphor body (in a further development to a respective phosphor body) are directed. Alternatively, the individual light beams can be combined to form a common light beam.
  • At least one light source may be a light-emitting
  • semiconductor light source e.g. a light emitting diode or a laser diode.
  • the at least one light emitting diode may be in the form of at least one individually housed light emitting diode or in the form of at least one LED chip
  • LED chips can be mounted on a common substrate ("submount").
  • substrate e.g. based on InGaN or AlInGaP
  • organic LEDs for example polymer OLEDs
  • the light source is not limited to semiconductor light sources and may be e.g. also be another type of laser.
  • Light generating device has at least one laser - in particular semiconductor laser - and the
  • Fluorescent body spaced from the at least one laser is arranged.
  • a light generating device also referred to as LARP ("Laser Activated Remote Phosphor”)
  • LARP Laser Activated Remote Phosphor
  • the primary light beam generated by the at least one laser is advantageously already highly collimated, so that a complex optical system between the at least one laser and the phosphor body can be dispensed with.
  • Light generating device (in particular the at least one laser) generated primary light beam directly to the
  • the phosphor body at least one optical element is present, for example to the Primary light beam suitable form, eg for a
  • Phosphor body, etc. and / or to redirect a beam direction of the primary light beam, e.g. through a
  • a MEMS mirror or a DMD (Digital Mirror Device).
  • DMD Digital Mirror Device
  • the fact that the phosphor body of the light generating device is optically connected downstream may in particular include that the phosphor body can be irradiated by the primary light.
  • Fluorescent body on which the primary light is incident (hereinafter also without limitation of generality as
  • the light spot may be oval or elliptical stretched or be formed circular. It is a development that the light spot has a diameter between 300
  • the phosphor body can be made of wavelength-converting
  • Ceramics exist and in particular present as a ceramic plate.
  • the ceramic chip may, in a further development, have a lateral extent (for example a diameter) of approximately one to two millimeters.
  • the phosphor body has at least one phosphor which is suitable for at least partially converting or converting incident primary light into secondary light of different wavelengths. If there are multiple phosphors, these secondary lights will be like each other
  • the wavelength of the secondary light may be longer (so-called “down conversion”) or shorter (so-called “up conversion”) than the wavelength of the primary light.
  • blue primary light may be converted to green, yellow, orange, or red secondary light by means of a phosphor.
  • At one only partial wavelength conversion or wavelength conversion of the phosphor body is a mixture of
  • white useful light may be generated from a mixture of blue, unconverted primary light and yellow secondary light.
  • a full conversion is possible in which the useful light either no longer or only one
  • a degree of conversion depends, for example, on a thickness and / or a phosphor concentration of the phosphor. If several phosphors are present, secondary light components of different spectral colors can be produced from the primary light
  • Composition are produced, e.g. yellow and red
  • the red secondary light may be used to give the useful light a warmer hue, e.g. so-called “warm-white”.
  • a warmer hue e.g. so-called "warm-white”.
  • At least one phosphor may be suitable for further wavelength conversion of secondary light, e.g. green secondary light in red secondary light.
  • secondary light e.g. green secondary light in red secondary light.
  • Such a light which is once again wavelength-converted from a secondary light may also be referred to as a "tertiary light”.
  • the phosphor body may be on a translucent
  • Carrier e.g. a sapphire carrier, be arranged.
  • a sapphire carrier e.g. a sapphire carrier
  • Sapphire carrier can also serve a heat dissipation.
  • the carrier can be a transparent carrier.
  • the spectral filter may be downstream, that the spectral filter is irradiated with the lighting device of Nutzlicht, which is emitted from the phosphor body, irradiated. It is a development that the spectral filter is spaced from the phosphor body. This gives the advantage that one surface of the spectral filter with higher
  • Spectral filter a particularly small area (ie, a Solid angle range or local area) can occupy. In addition, such a heating of the spectral filter can be kept low. Alternatively, the spectral filter at a short distance of a few millimeters to the exit surface of the
  • the spectral filter can also be applied directly on the exit side of the phosphor body or
  • the spectral filter is only in a primary light-biased (i.e., having a significantly increased primary light portion) region of the mixed light radiated from the phosphor body. This provides the advantage that the primary light will not be in the already secondary light-heavy (i.e., having a significantly increased amount of secondary light) solid angle
  • spectral filters also extend slightly beyond the primary light-heavy region in order to
  • the spectral filter covers the entire primary light-heavy (solid angle or spatial) region of the light emission pattern. This provides the advantage that a homogenization of the Nutzlicht- radiation pattern is supported particularly effective.
  • Primary light beam passes centrally through the spectral filter or through a center of the spectral filter. This allows the primary light component in one around the beam axis
  • an area of the spectral filter projected along the beam axis is in the form of a Beam cross section of the primary light beam corresponds. It is a training that one along the beam axis
  • symmetrically stretched e.g., oval or elliptical.
  • the spectral filter is arranged in an intermediate image plane of an imaging lens system. That the spectral filter for the secondary light stronger
  • Spectral filter for the primary light is predominantly impermeable, in particular Tp is less than 10%, preferably less than 5%, more preferably less than 1%. It is an advantageous for particularly effective hiding the primary light component at its light intensity peak development that the spectral filter for the primary light is practically impermeable (Tp ⁇ 1%).
  • Ts> 80% is practically transparent, that is, Ts> 80%, especially Ts> 90%, in particular Ts> 95% applies.
  • a filter edge of the spectral filter can be at approximately 470 nm, for example.
  • the spectral filter is a dichroic mirror. This gives the advantage that the spectral filter the primary light and the secondary light
  • Lighting device has a light sensor, which is arranged so that the dichroic mirror
  • an amount of light (e.g., a luminous flux) of the light reflected from the dichroic mirror can be measured. For example, such damage to the
  • the dichroic mirror can do so in relation to the
  • Beam axis of the primary light beam to be tilted may be generally advantageous to a
  • the light sensor is a sensitive to the primary light and the secondary light sensor. This can advantageously be particularly high
  • Evaluate luminous fluxes For example, it can be assumed that the primary light is converted to secondary light weaker than previously (eg due to a lack of phosphor, cracks etc.) and therefore a smaller proportion of the secondary light generated by the phosphor body on the dichroic mirror falls, or a higher luminous flux of the primary light. Therefore, an increase of the incident primary light in the light sensor or a reduction of the secondary light to damage
  • the light sensor is a sensitive only to the primary light (and not for the secondary light) light sensor. In case of damage, a strong increase in the incident in the light sensor
  • the light sensor is a sensitive only to the secondary light (and not for the primary light) light sensor. In case of damage, a Reduce the incident in the light sensor secondary light to indicate damage.
  • Secondary light or the mixed useful light is sensitive or comprises two different light sensor, namely a sensitive only to the primary light and only for the secondary light or the useful light sensor. This training gives the
  • Lighting device having a coupled to the light sensor and the light generating device control means which is adapted to evaluate a measurement signal of the light sensor on a damage of the phosphor body out and a luminous flux of the
  • Light generating device radiated primary light upon detection of damage to reduce.
  • a possible eye damage can be prevented by escaping collimated primary light with high luminous flux particularly secure.
  • Reducing the luminous flux may include reducing but not switching off (“dimming") the luminous flux, for example, by still a weak emergency lighting
  • reducing the luminous flux may also include deactivating or switching off the primary light.
  • the angular position of the dichroic mirror is chosen in particular so that reflected back from it Light essentially does not fall back on the conversion element.
  • a suitable angular position of the mirror can be used for this purpose
  • Beam axis can be selected.
  • Angular position for example, between 10 ° and 80 °, in particular between 30 ° and 55 °, in particular between 40 ° and 50 °.
  • the dichroic mirror can
  • Transmitted light element is arranged. This can facilitate manufacture and arrangement.
  • a transmitted light element may e.g. a lens or a cover.
  • the lens or the cover can be part of a LARP module and complete this in the direction of radiation.
  • the cover can also be a component of the lighting device outside of the LARP module, for example a
  • Transmitted light element is applied, the primary light from the spectral filter through the transmitted light element to a side facing the phosphor body is reflective and the phosphor body facing side is formed in the region of the reflected primary light as a TIR-free area.
  • useful light passes through the transmitted light element and is reflected by the spectral filter back through the transmitted light element.
  • Spectral filters can be arranged inside the body.
  • Transmitted light element is a beam-forming transmitted light element.
  • the transmitted light element may be a refractive element such as a lens, a collimator, an imaging lens system, etc. This embodiment allows a particularly compact design.
  • an imaging lens system such as a laser beam, a laser beam, a laser beam, a laser beam, a laser beam, a laser beam, a laser beam, a laser beam, a laser beam, a laser beam-forming a laser beam.
  • the transmitted light element may be a refractive element such as a lens, a collimator, an imaging lens system, etc. This embodiment allows a particularly compact design.
  • an imaging lens such as a lens, a collimator, an imaging lens system, etc.
  • the spectral filter may be preferred in the
  • the transmitted light element is not a beam-shaping, but beam-neutral
  • Transmitted light element is, for example, a cover to which the spectral filter is attached or integrated in this. It is also an embodiment that the
  • Spectral filter has a diameter between 100 micrometers and 300 micrometers.
  • the lighting device is a further downstream of the phosphor body
  • Lighting device is a headlight.
  • Headlamp may have a glass or plastic cover. It is a development that the spectral filter is arranged on the cover. It is also an embodiment that the
  • Lighting device is a vehicle lighting device.
  • the vehicle may be a motor vehicle (e.g., a car such as a passenger car, truck, bus, etc. or a motorcycle), a railroad, a watercraft (e.g., a boat or a ship), or an aircraft (e.g., an airplane or a helicopter).
  • the lighting device can also be used for general lighting purposes,
  • Fig.l shows a sectional view in side view a
  • FIG. 4 shows a sectional side view of a first LARP lighting device with a
  • FIG. 5 shows a sectional side view of a second LARP lighting device with a
  • Fig.l shows a sectional view of a LARP lighting device 101 without a spectral filter.
  • the LARP lighting device 101 has a
  • Light generating device in the form of a laser diode 102 for generating a (primary) beam B of blue
  • the laser diode 102 two lenses 103 and 104 for beam forming the primary light beam B optically connected downstream.
  • the primary light beam B strikes a phosphor body in the form of a converting
  • Ceramic plate 105 along a beam axis A.
  • the ceramic plate 105 may be mounted on a support 106 of transparent sapir, glass, etc.
  • the primary light P is partly converted into yellow secondary light S. Consequently, blue-yellow or white mixed light with a proportion of the primary light P and a portion of the secondary light S as useful light P, S are emitted by the ceramic plate 105.
  • the useful light P, S is emitted from the same side of the ceramic plate 105 to which the primary light P or the primary light beam B is also incident (the ceramic plate 105 can then be applied to a reflective support, for example) ).
  • the useful light P, S can be beam-shaped by another beam-forming transmitted-light element, here in the form of a further lens 107, e.g. be collimated.
  • the components 102 to 107 may be components of a LARP module N.
  • FIG. 2 shows a profile of a luminance Lv of FIG
  • Beam axis A have different dimensions, so that, for example, in the exit plane of the
  • Ceramic plate 105 results in an elliptical color profile.
  • the color profile can also be as shown in Fig. 3
  • the beam axis A meets the space shown center.
  • the luminance Lv is maximum at the location of the beam axis A and decreases with increasing distance thereof.
  • the sum color location Cx of the useful light P, S has a bluish cast in a first section ("central section" S1) comprising the beam axis A. This means that there is the proportion of blue
  • Primary light P is so high that the sum color location Cx is outside a neutral white color band Cl, in the direction of the color locus of the primary light P, i. moved to blue.
  • Ribbon Cl is located. With even more distance from the
  • Beam axis A here in an "outer section" S3
  • the sum color point Cx has a yellow cast. This means that there the proportion of the yellow secondary light S is so high that the sum color location Cx has shifted to yellow and is outside the neutral white ribbon Cl.
  • the transitions between the regions S1, S2 and S3 are not abrupt, but have a gradual transition which depends on the beam profile of the primary light P and the properties of the converting ceramic plate 105, such as those shown in FIG. its phosphor concentration and distribution
  • Ceramic tile 105 in a view along the
  • Central region Kl is here circular and centered about the central axis A.
  • the central region K1 is of an annular shape corresponding to the neutral portion S2
  • Neutral area K2 surrounded.
  • the neutral region K2 is surrounded by an outer annular region K3 corresponding to the outer segment S3.
  • the color profile or the light emission pattern on the exit side of the conversion element can be oval or elliptical.
  • 4 shows a sectional side view of a first LARP lighting device 1, which is constructed similarly to the LARP lighting device 101, but now additionally with a spectral filter in the form of a
  • the dichroic mirror 2 is equipped.
  • the dichroic mirror 2 is stronger for the yellow secondary light S.
  • the dichroic mirror 2 is attached to the further lens 107, namely on a side facing the laser diode 102 side 3.
  • the dichroic mirror 2 is arranged along the beam axis A, in such a way that it emits the light emitted from the central region Sl primary light P in
  • the dichroic mirror 2 has an oval or a circular shape and is inclined in relation to the beam axis A such that its surface projected along the beam axis A corresponds to the shape of the central region K1
  • Diameter d is chosen so that the primary light-heavy (spatial or solid angle) area is completely covered and, if necessary - As shown in Figure 2 - even slightly beyond.
  • the diameter d may be at least between 100 microns and 300 microns.
  • the regions K1, K2 and / or K3 may alternatively have a non-circular shape, eg stretched,
  • the dichroic mirror 2 is preferably at a small distance from the
  • the primary light beam P falls on the dichroic mirror 2 with its highest luminance and is reflected by it into a light sensor 4.
  • Ceramic plate 105) can be reliably detected. Due to the determination of the damage case, the primary light beam B can for example be dimmed or completely switched off, eg by means of a control device (not shown), which is coupled or connected to both the laser diode 102 and the light sensor 4.
  • This lighting device 1 may be a headlight or a part of a headlight (eg a LARP module M thereof), in particular for a vehicle.
  • 5 shows a sectional side view of a second LARP lighting device 5 with the dichroic mirror 2.
  • the LARP lighting device 5 is similar to the LARP lighting device 1 constructed, but now the dichroic mirror 2 at one of the
  • Ceramic plate 105 facing away from 6 of the other lens 107 is applied. At least the primary light P emitted from the central core region K is of the dichroic
  • the side 6 is formed as a TIR-free region 7.
  • the LARP lighting device 8 may be formed as a vehicle headlight with a LARP module N according to Fig.l, which is a transmitted light element in the form of a front cover 9 is connected downstream.
  • the LARP lighting device 8 is constructed similarly to the LARP lighting device 1 or 4, wherein the
  • Dichroic mirror 2 is now attached to the cover 9.
  • the cover 9, the dichroic mirror 2 and the light sensor 4 are not components of the LARP module N here.
  • an imaging lens system for example in a 1: 1 imaging version, be present, which one
  • Dichroic mirror 2 is then inclined at an intermediate image plane on the optical beam axis A to this beam axis A, so that the light reflected by the dichroic mirror 2 falls on a spaced sensor 4, as analogous to FIG. 5a.
  • wavelength-changing conversion body besides a ceramic plate 105, another wavelength-changing conversion body may also be present.
  • "on”, “an”, etc. may be taken to mean a singular or a plurality, in particular in the sense of “at least one” or “one or more” etc., unless this is explicitly excluded, e.g. by the expression “exactly one", etc.
  • a number may include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung (5) weist eine Lichterzeugungseinrichtung (102) zum Erzeugen eines Primärlichtstrahls (B), einen mittels des Primärlichtstrahls (B) bestrahlbaren Leuchtstoffkörper (105) zur teilweisen Umwandlung von Primärlicht (P) des Primärlichtstrahls (B) in Sekundärlicht (S) und ein dem Leuchtstoffkörper (105) nachgeschaltetes Spektralfilter (2), welches für das Sekundärlicht (S) stärker durchlässig ist als für das Primärlicht(P), auf, wobei das Spektralfilter (2) entlang einer Strahlachse (A) des auf den Leuchtstoffkörper (105) einfallenden Primärlichtstrahls (B) angeordnet ist. Die Erfindung ist beispielsweiseanwendbar auf LARP-Anordnungen. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar für Zwecke der Fahrzeugbeleuchtung, der Allgemeinbeleuchtung, der Außenbeleuchtung, der Bühnenbeleuchtung, der Effektbeleuchtung usw.

Description

BELEUCHTU GSVORRI CHTU G
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung,
aufweisend eine Lichterzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Primärlichtstrahls und einen mittels des Primärlichtstrahls bestrahlbaren Leuchtstoffkörper zur teilweisen Umwandlung von Primärlicht in Sekundärlicht. Die Erfindung ist
beispielsweise anwendbar auf LARP-Anordnungen . Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar für Zwecke der
Fahrzeugbeleuchtung, der Allgemeinbeleuchtung, der
Außenbeleuchtung, der Bühnenbeleuchtung, der
Effektbeleuchtung usw.
DE 10 2012 220 472 AI offenbart eine Kfz- Beleuchtungsvorrichtung mit einer Laserlichtquelle zur
Ausstrahlung eines Primärlichtbündels in einen
Primärraumwinkelbereich um eine Primärabstrahlrichtung. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein Leuchtstoff- oder
Photolumineszenzelement, welches derart angeordnet ist, dass das mit der Laserlichtquelle ausstrahlbare Primärlichtbündel z.B. über eine Zwischenoptik oder ein Strahlführungsmittel auf das Photolumineszenzelement trifft, und welches derart ausgebildet ist, dass durch das auftreffende
Primärlichtbündel eine Sekundärlichtverteilung unter
Ausnutzung von Photolumineszenz ausstrahlbar ist. Außerdem ist eine Abstrahloptikeinrichtung vorgesehen, welche derart ausgebildet ist, dass die Sekundärlichtverteilung in eine Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung umformbar ist. Zur Erhöhung der Sicherheit ist ein
Abstrahlhemmungsmittel vorgesehen, welches derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Umformung in die
Abstrahllichtverteilung für solche Lichtbündel unterdrückbar ist, welche ausgehend von der Laserlichtquelle in dem
Primärraumwinkelbereich um die Primärabstrahlrichtung
verlaufen . Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, ein von einem Leuchtstoffkörper abgestrahltes
Lichtabstrahlmuster mit einfachen Mitteln farblich zu
vereinheitlichen bzw. zu homogenisieren, insbesondere für LARP-Anordnungen .
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend eine Lichterzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Primärlichtstrahls, einen mittels des Primärlichtstrahls bestrahlbaren Leuchtstoffkörper zur teilweisen Umwandlung von Primärlicht des Primärlichtstrahls in Sekundärlicht und ein dem Leuchtstoffkörper optisch nachgeschaltetes
Spektralfilter, welches für das Sekundärlicht stärker
durchlässig ist als für das Primärlicht, wobei das
Spektralfilter entlang einer Strahlachse des auf den
Leuchtstoffkörper einfallenden Primärlichtstrahls angeordnet ist . Von dem Leuchtstoffkörper wird teilweise umgewandeltes
Sekundärlicht und nicht-umgewandeltes Primärlicht als
Nutzlicht abgestrahlt. Das Nutzlicht ist also ein Mischlicht. Dabei ist der Primärlichtanteil des Nutzlichts häufig stärker gerichtet als das Sekundärlicht, und zwar in Richtung der Strahlachse des auf den Leuchtstoffkörper einfallenden
Primärlichtstrahls. Beispielsweise kann der Primärlichtanteil eine kegel- oder keulenartige Form aufweisen, während das Sekundärlicht mit einem praktisch Lambertschen Abstrahlmuster abgestrahlt wird, wobei in verschiedenen Abstrahlrichtungen unterschiedliche Divergenzwinkel auftreten können. Dadurch weist das Nutzlicht in einem (Raumwinkel- oder Orts-)
Bereich, der sich unmittelbar um die Strahlachse herum erstreckt, einen gegenüber einem Soll-Summenfarbort des
Mischlichts merklich erhöhten Primärlichtanteil auf. Daran schließt sich ein "neutraler" Bereich an, dessen Summenfarbort zumindest ungefähr dem Soll-Summenfarbort des Mischlichts entspricht. Noch weiter von der Strahlachse entfernt kann das Mischlicht einen erhöhten
Sekundärlichtanteil aufweisen. Dabei fällt der erhöhte
Sekundärlichtanteil einem Betrachter weniger auf als der weit stärker lokalisierte (Raumwinkel- oder Orts-) Bereich mit erhöhtem Primärlichtanteil. Diese Beleuchtungsvorrichtung ergibt den Vorteil, dass aufgrund der stärkeren Filterung des Primärlichtanteils im Bereich der Strahlachse hinter dem Spektralfilter dort die Erhöhung des Primärlichtanteils abgeschwächt oder sogar ganz beseitigt werden kann. Dadurch wiederum wird eine farbliche Vereinheitlichung des von dem Leuchtstoffkörper abgestrahlten Lichtabstrahlmusters mit einfachen Mitteln erreicht. Tritt in diesem Bereich auch eine farbunabhängige Erhöhung der
Leuchtdichte im Vergleich zu einem umgebenden Bereich auf, wird auch eine Vereinheitlichung der Helligkeitsverteilung des von dem Leuchtstoffkörper abgestrahlten
Lichtabstrahlmusters erreicht.
Der Soll- (Gesamt- ) Farbort kann ein für das Nutzlicht
vorgegebener Farbort sein. Der Soll-Gesamtfarbort kann auch ein Farbbereich oder Farbband sein. Die Fläche des
Spektralfilters kann in Bezug auf ihre Form und ihre Größe so ausgelegt sein, dass der Gesamtfarbort eines "zentralen" Winkelbereichs des Lichtabstrahlmusters, der von der
Strahlachse durchlaufen wird, dem Soll-Gesamtfarbort
entspricht.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Leuchtstoffkörper von der Lichterzeugungseinrichtung bzw. von deren mindestens einer Lichtquelle beabstandet ist. Dies ergibt den Vorteil einer vergleichsweise einfachen Kühlung.
Die Lichterzeugungseinrichtung kann eine oder mehrere
Lichtquellen aufweisen. Bei Vorhandensein mehrerer
Lichtquellen können die von ihnen erzeugten Einzel- Lichtstrahlen getrennt auf den Leuchtstoffkörper (in einer Weiterbildung auch auf einen jeweiligen Leuchtstoffkörper) gelenkt werden. Alternativ können die Einzel-Lichtstrahlen zu einem gemeinsamen Lichtstrahl zusammengefasst werden.
Mindestens eine Lichtquelle kann ein lichtemittierendes
Halbleiter-Bauelement ("Halbleiterlichtquelle") sein, z.B. eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips
vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar. Jedoch ist die Lichtquelle nicht auf Halbleiterlichtquellen beschränkt und kann z.B. auch eine andere Art von Laser sein.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die
Lichterzeugungseinrichtung mindestens einen Laser - insbesondere Halbleiterlaser - aufweist und der
Leuchtstoffkörper beabstandet von dem mindestens einen Laser angeordnet ist. Eine solche, auch als LARP ("Laser Activated Remote Phosphor") bezeichnete Lichterzeugungseinrichtung weist unter anderem die Vorteile einer hohen Leuchtdichte und einer vergleichsweise einfachen Kühlung auf. Zudem ist der von dem mindestens einen Laser erzeugte Primärlichtstrahl bereits vorteilhafterweise hochgradig kollimiert, so dass auf eine aufwändige Optik zwischen dem mindestens einen Laser und dem Leuchtstoffkörper verzichtet werden kann.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass der von der
Lichterzeugungseinrichtung (insbesondere dem mindestens einen Laser) erzeugte Primärlichtstrahl direkt auf den
Leuchtstoffkörper fällt.
Es ist auch noch eine Weiterbildung, dass zwischen der
Lichterzeugungseinrichtung dem Leuchtstoffkörper mindestens ein optisches Element vorhanden ist, beispielsweise um den Primärlichtstrahl geeignet zu formen, z.B. für eine
Strahlaufweitung, eine Strahlfokussierung auf den
Leuchtstoffkörper, usw. und/oder um eine Strahlrichtung des Primärlichtstrahls umzulenken, z.B. durch einen
faseroptischen Lichtleiter und/oder einen Spiegel und/oder durch eine schwingenden Spiegel in Form eines MEMS-Spiegels oder eines DMD (Digital Mirror Device) .
Dass der Leuchtstoffkörper der Lichterzeugungseinrichtung optisch nachgeschaltet ist, kann insbesondere umfassen, dass der Leuchtstoffkörper durch das Primärlicht bestrahlbar ist. Insbesondere befindet sich ein Oberflächenbereich des
Leuchtstoffkörpers , auf den das Primärlicht einfällt (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als
"Leuchtfleck" bezeichnet) , vollständig auf dem
Leuchtstoffkörper .
Der Leuchtfleck kann oval oder elliptisch gestreckt sein oder auch kreisförmig ausgebildet sein. Es ist eine Weiterbildung, dass der Leuchtfleck einen Durchmesser zwischen 300
Mikrometern und 500 Mikrometern aufweist.
Der Leuchtstoffkörper kann aus wellenlängenumwandelnder
Keramik bestehen und insbesondere als ein Keramikplättchen vorliegen. Das Keramikplättchen kann in einer Weiterbildung eine laterale Ausdehnung (z.B. einen Durchmesser) von ca. ein bis zwei Millimetern aufweisen.
Der Leuchtstoffkörper weist mindestens einen Leuchtstoff auf, welcher dazu geeignet ist, einfallendes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umzuwandeln oder zu konvertieren. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mögen diese Sekundärlicht von zueinander
unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Die Wellenlänge des Sekundärlichts mag länger sein (sog. „Down Conversion") oder kürzer sein (sog. „Up Conversion") als die Wellenlänge des Primärlichts. Beispielsweise mag blaues Primärlicht mittels eines Leuchtstoffs in grünes, gelbes, orangefarbenes oder rotes Sekundärlicht umgewandelt werden. Bei einer nur teilweisen Wellenlängenumwandlung oder Wellenlängenkonversion wird von dem Leuchtstoffkörper eine Mischung aus
Sekundärlicht und nicht umgewandeltem Primärlicht
abgestrahlt, die als Nutzlicht dienen kann. Beispielsweise mag weißes Nutzlicht aus einer Mischung aus blauem, nicht umgewandeltem Primärlicht und gelbem Sekundärlicht erzeugt werden. Jedoch ist auch eine Vollkonversion möglich, bei der das Nutzlicht entweder nicht mehr oder zu einem nur
vernachlässigbaren Anteil in dem Nutzlicht vorhanden ist. Ein Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können aus dem Primärlicht Sekundärlichtanteile unterschiedlicher spektraler
Zusammensetzung erzeugt werden, z.B. gelbes und rotes
Sekundärlicht. Das rote Sekundärlicht mag beispielsweise dazu verwendet werden, dem Nutzlicht einen wärmeren Farbton zu geben, z.B. sog. "warm-weiß". Bei Vorliegen mehrerer
Leuchtstoffe mag mindestens ein Leuchtstoff dazu geeignet sein, Sekundärlicht nochmals wellenlängenumzuwandeln, z.B. grünes Sekundärlicht in rotes Sekundärlicht. Ein solches aus einem Sekundärlicht nochmals wellenlängenumgewandeltes Licht mag auch als "Tertiärlicht" bezeichnet werden.
Der Leuchtstoffkörper kann auf einem lichtdurchlässigen
Träger, z.B. einem Saphirträger, angeordnet sein. Der
Saphirträger kann auch einer Wärmeableitung dienen. Der
Träger kann insbesondere ein transparenter Träger sein.
Dass das Spektralfilter dem Leuchtstoffkörper optisch
nachgeschaltet ist, kann umfassen, dass das Spektralfilter bei eingeschalteter Beleuchtungsvorrichtung von Nutzlicht, das von dem Leuchtstoffkörper abgestrahlt wird, bestrahlt wird . Es ist eine Weiterbildung, dass das Spektralfilter von dem Leuchtstoffkörper beabstandet ist. Dies ergibt den Vorteil, dass eine Fläche des Spektralfilters mit höheren
Maßtoleranzen gefertigt werden kann und/oder das
Spektralfilter einen besonders kleinen Bereich (d.h., einem Raumwinkelbereich oder Ortsbereich) belegen kann. Zudem lässt sich so eine Erwärmung des Spektralfilters gering halten. Alternativ kann das Spektralfilter in einem kurzen Abstand von wenigen Millimetern zur Austrittsfläche des
Leuchtstoffkörpers angeordnet sein, um den Zentralbereich der Abstrahlung möglichst vollständig abzudecken. In einer weiteren Variante kann der Spektralfilter auch direkt auf der Austrittsseite des Leuchtstoffkörpers aufgebracht bzw.
angeordnet sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass sich das Spektralfilter nur in einem primärlichtlastigen (d.h., einen merklich erhöhten Primärlichtanteil aufweisenden) Bereich des von dem Leuchtstoffkörper abgestrahlten Mischlichts befindet. Dies ergibt den Vorteil, dass das Primärlicht nicht auch in dem bereits sekundärlichtlastigen (d.h., einen merklich erhöhten Sekundärlichtanteil aufweisenden) Raumwinkel- oder
Ortsbereich verringert wird. Jedoch kann sich das
Spektralfilter beispielsweise auch geringfügig über den primärlichtlastigen Bereich hinaus erstrecken, um
Fertigungstoleranzen gering halten zu können.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das Spektralfilter den gesamten primärlichtlastigen (Raumwinkel- oder Orts-) Bereich des Lichtabstrahlmusters abdeckt. Dies ergibt den Vorteil, dass eine Vergleichmäßigung des Nutzlicht- Abstrahlmusters besonders effektiv unterstützt wird.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der
Primärlichtstrahl mittig durch das Spektralfilter bzw. durch einen Mittelpunkt des Spektralfilters verläuft. Dadurch kann der Primärlichtanteil in einem um die Strahlachse
symmetrischen "Kern" des Nutzlicht-Abstrahlmusters verringert werden, was bei einer typischerweise symmetrischen Form des Nutzlicht-Abstrahlmusters dessen Vergleichmäßigung weiter unterstützt .
Es ist eine Weiterbildung, dass eine entlang der Strahlachse projizierte Fläche des Spektralfilters einer Form eines Strahlquerschnitts des Primärlichtstrahls entspricht. Es ist eine Weiterbildung, dass eine entlang der Strahlachse
projizierte Fläche des Spektralfilters kreisrund oder
symmetrisch gestreckt (z.B. oval oder elliptisch) ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Spektralfilter in einer Zwischenbildebene eines abbildenden Linsensystems angeordnet ist . Dass das Spektralfilter für das Sekundärlicht stärker
durchlässig ist als für das Primärlicht, bedeutet
insbesondere, dass ein Transmissionsgrad Ts für das
Sekundärlicht höher ist als ein Transmissionsgrad Tp für das Primärlicht, also Ts > Tp gilt. Allgemein kann zur Annäherung an den Soll-Gesamtfarbort vorteilhaft sein, wenn das
Spektralfilter für das Primärlicht überwiegend undurchlässig ist, insbesondere Tp kleiner als 10%, bevorzugt kleiner als 5%, besonders bevorzugt kleiner als 1% ist. Es ist eine zum besonders effektiven Ausblenden des Primärlichtanteils an seiner Lichtstärkespitze vorteilhafte Weiterbildung, dass das Spektralfilter für das Primärlicht praktisch undurchlässig (Tp < 1%) ist.
Auch kann es zur Annäherung an den Soll-Gesamtfarbort
vorteilhaft sein, dass das Spektralfilter für das
Sekundärlicht praktisch durchlässig ist, d.h., Ts > 80%, insbesondere Ts > 90%, insbesondere Ts > 95%, gilt.
Bei blauem Primärlicht und gelbem Sekundärlicht kann eine Filterkante des Spektralfilters beispielsweise bei ca. 470 nm liegen .
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Spektralfilter ein dichroitischer Spiegel ist. Dies ergibt den Vorteil, dass das Spektralfilter das Primärlicht und das Sekundärlicht
besonders präzise trennen kann, kompakt ist und einfach herstellbar ist. Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die
Beleuchtungsvorrichtung einen Lichtsensor aufweist, der so angeordnet ist, dass auf den dichroitischen Spiegel
auftreffendes Primärlicht in den Lichtsensor reflektierbar ist. Dadurch kann eine Lichtmenge (z.B. ein Lichtstrom) des von dem dichroitischen Spiegel reflektierten Lichts gemessen werden. Beispielsweise können so eine Schädigung des
Leuchtstoffkörpers und/oder ein Ausfall der
Lichterzeugungseinrichtung detektiert oder erkannt werden. Der dichroitische Spiegel kann dazu in Bezug auf die
Strahlachse des Primärlichtstrahls schräggestellt sein. Die Schrägstellung kann allgemein vorteilhaft sein, um eine
Rückspiegelung des Primärlichts in die
Lichterzeugungseinrichtung zu verhindern.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Lichtsensor ein für das Primärlicht und das Sekundärlicht empfindlicher Lichtsensor ist. Dieser kann vorteilhafterweise besonders hohe
Lichtströme auswerten. Zur Detektion einer Schädigung des Leuchtstoffkörpers kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dann im Schädigungsfall das Primärlicht schwächer als bisher in Sekundärlicht umgewandelt wird (z.B. aufgrund eines Fehlens von Leuchtstoff, durch Risse usw.) und daher ein geringerer Anteil des von dem Leuchtstoffkörper erzeugten Sekundärlichts auf den dichroitischen Spiegel fällt, bzw. ein höherer Lichtstrom des Primärlichts. Daher kann eine Erhöhung des in den Lichtsensor einfallenden Primärlichts bzw. eine Verringerung des Sekundärlichts auf eine Schädigung
hinweisen .
Es ist noch eine Weiterbildung, dass der Lichtsensor ein nur für das Primärlicht (und nicht für das Sekundärlicht) empfindlicher Lichtsensor ist. Im Schädigungsfall kann eine starke Erhöhung des in den Lichtsensor einfallenden
Primärlichts auf eine Schädigung hinweisen.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass der Lichtsensor ein nur für das Sekundärlicht (und nicht für das Primärlicht) empfindlicher Lichtsensor ist. Im Schädigungsfall kann eine Verringerung des in den Lichtsensor einfallenden Sekundärlichts auf eine Schädigung hinweisen.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass der Lichtsensor separat einerseits für das Primärlicht und andererseits für das
Sekundärlicht oder das gemischte Nutzlicht (Primärlicht und Sekundärlicht) empfindlich ist oder zwei unterschiedliche Lichtsensor umfasst, nämlich einen nur für das Primärlicht und einen nur für das Sekundärlicht oder für das Nutzlicht empfindlichen Lichtsensor. Diese Weiterbildung ergibt den
Vorteil, dass nun auch Schwankungen des Primärlichtstroms von der Lichterzeugungseinrichtung berücksichtigt werden können und so Fehldetektionen eines Schadensfalls noch weiter vermieden werden können. Beispielsweise kann eine Erhöhung des Primärlichtstroms von der Lichterzeugungseinrichtung dadurch erkannt werden, dass sowohl der Lichtstrom des in den (mindestens einen) Lichtsensor einfallenden
Primärlichtanteils als auch der Lichtstrom des einfallenden Sekundärlichtanteils anwächst.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die
Beleuchtungsvorrichtung eine mit dem Lichtsensor und der Lichterzeugungseinrichtung gekoppelte Steuereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Messsignal des Lichtsensors auf eine Beschädigung des Leuchtstoffkörpers hin auszuwerten und einen Lichtstrom des von der
Lichterzeugungseinrichtung abgestrahlten Primärlichts bei Erkennen einer Beschädigung zu verringern. Dadurch kann eine mögliche Augenschädigung durch austretendes kollimiertes Primärlicht mit hohem Lichtstrom besonders sicher verhindert werden. Das Verringern des Lichtstroms kann ein Verringern, aber nicht Ausschalten ("Dimmen") des Lichtstroms umfassen, beispielsweise um noch eine schwache Notbeleuchtung
aufrechtzuerhalten. Das Verringern des Lichtstroms kann aber auch ein Deaktivieren oder Ausschalten des Primärlichts umfassen .
Die Winkelstellung des dichroitischen Spiegels ist dabei insbesondere so gewählt, dass von ihm zurückreflektiertes Licht im Wesentlichen nicht auf das Konversionselement zurück fällt. Je nach Größe des dichroitischen Spiegels und des abzudeckendes Orts- bzw. Winkelbereichs kann dazu eine passende Winkelstellung des Spiegels zur optischen
Strahlachse gewählt werden. Der Wertebereich der
Winkelstellung kann beispielsweise zwischen 10° und 80° liegen, insbesondere zwischen 30° und 55°, insbesondere zwischen 40° und 50°. Der dichroitische Spiegel kann
rechteckförmig, polygonal, kreisförmig oder freiförmig ausgeführt sein.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Spektralfilter an einem dem Leuchtstoffkörper optisch nachgeschalteten
Durchlichtelement angeordnet ist. Dies kann eine Herstellung und Anordnung erleichtern. Ein solches Durchlichtelement kann z.B. eine Linse oder eine Abdeckscheibe sein. Die Linse oder die Abdeckscheibe können Bestandteile eines LARP-Moduls sein und dieses in Abstrahlrichtung abschließen. Die Abdeckscheibe kann aber auch eine Komponente der Beleuchtungsvorrichtung außerhalb des LARP-Moduls sein, beispielsweise eine
Abdeckscheibe eines Scheinwerfers.
Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass das Spektralfilter an einer dem Leuchtstoffkörper abgewandten Seite des
Durchlichtelements aufgebracht ist, das Primärlicht von dem Spektralfilter durch das Durchlichtelement hindurch zu einer dem Leuchtstoffkörper zugewandten Seite reflektierbar ist und die dem Leuchtstoffkörper zugewandte Seite im Bereich des reflektierten Primärlichts als TIR-freier Bereich ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung durchläuft also Nutzlicht das Durchlichtelement und wird durch das Spektralfilter zurück durch das Durchlichtelement reflektiert. Der TIR-freie
Bereich bewirkt, dass das in dem Durchlichtelement
zurücklaufende Licht nicht an der dem Leuchtstoffkörper zugewandten Seite aufgrund von innerer Totalreflexion zurück in das Durchlichtelement reflektiert wird, sondern aus dem Durchlichtelement ausgekoppelt wird. Alternativ kann das Spektralfilter an einer dem
Leuchtstoffkörper zugewandten Seite des Durchlichtelements aufgebracht sein. In noch einer Alternative kann das
Spektralfilter innerhalb des Körpers angeordnet sein.
Es ist zudem noch eine Ausgestaltung, dass das
Durchlichtelement ein strahlformendes Durchlichtelement ist. Das Durchlichtelement kann insbesondere ein lichtbrechendes Element wie eine Linse, ein Kollimator, ein abbildendes Linsensystem usw. sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau. Bei einem abbildenden
Linsensystem kann der Spektralfilter bevorzugt in der
Zwischenbildebene des Leuchtflecks angeordnet sein. Es ist eine alternative Weiterbildung, dass das Durchlichtelement ein nicht strahlformendes, sondern strahlneutrales
Durchlichtelement ist, beispielsweise eine Abdeckscheibe, an welche der Spektralfilter angebracht oder in diese integriert ist . Es ist außerdem noch eine Ausgestaltung, dass das
Spektralfilter einen Durchmesser zwischen 100 Mikrometern und 300 Mikrometern aufweist.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein weiteres dem Leuchtstoffkörper nachgeschaltetes
Spektralfilter aufweist, das für das Primärlicht stärker durchlässig ist als für das Sekundärlicht, und das in einem sekundärlichtlastigen Bereich des Nutzlichts angeordnet ist. So können auch weiter von der Strahlachse des einfallenden Primärlichtstrahls entfernte Bereiche in Richtung des Soll- Summenfarborts des Nutzlichts verschoben werden, was eine Farbverteilung des Lichtabstrahlmusters noch weiter
vereinheitlichen kann. Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass die
Beleuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfer ist. Der
Scheinwerfer kann eine Abdeckung aus Glas oder Kunststoff aufweisen. Es ist eine Weiterbildung, dass das Spektralfilter an der Abdeckung angeordnet ist. Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass die
Beleuchtungsvorrichtung eine Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung ist. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (z.B. ein Kraftwagen wie ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus usw. oder ein Motorrad), eine Eisenbahn, ein Wasserfahrzeug (z.B. ein Boot oder ein Schiff) oder ein Luftfahrzeug (z.B. ein Flugzeug oder ein Hubschrauber) sein. Die Beleuchtungsvorrichtung kann aber auch für Zwecke der Allgemeinbeleuchtung,
Außenbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung, Effektbeleuchtung usw. eingesetzt werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur
Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
LARP-Beleuchtungsvorrichtung ohne ein
Spektralfilter;
Fig.2 zeigt einen Verlauf einer Leuchtdichte
Primärlichtstrahls und eines Summenfarborts des
Nutzlichts entlang eines zu der Strahlachse symmetrischen Winkelabschnitts;
Fig.3 zeigt in Sicht entlang einer Strahlachse ein
Lichtabstrahlmuster des Nutzlichts der LARP-
Beleuchtungsvorrichtung aus Fig.l;
Fig.4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erste LARP-Beleuchtungsvorrichtung mit einem
Spektralfilter;
Fig.5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine zweite LARP-Beleuchtungsvorrichtung mit einem
Spektralfilter; und Fig.6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine dritte LARP-Beleuchtungsvorrichtung mit einem
Spektralfilter . Fig.l zeigt als Schnittdarstellung eine LARP- Beleuchtungsvorrichtung 101 ohne ein Spektralfilter.
Die LARP-Beleuchtungsvorrichtung 101 weist eine
Lichterzeugungseinrichtung in Form einer Laserdiode 102 zum Erzeugen eines (Primärlicht-) Strahls B aus blauem
Primärlicht P auf. Der Laserdiode 102 sind zwei Linsen 103 und 104 zum Strahlformen des Primärlichtstrahls B optisch nachgeschaltet. Der Primärlichtstrahl B trifft auf einen Leuchtstoffkörper in Form eines konvertierenden
Keramikplättchens 105, und zwar entlang einer Strahlachse A.
Das Keramikplättchen 105 kann auf einem Träger 106 aus transparentem Sapir, Glas usw. aufgebracht sein. Mittels des Keramikplättchens 105 wird das Primärlicht P teilweise in gelbes Sekundärlicht S umgewandelt. Von dem Keramikplättchen 105 wird folglich blau-gelbes bzw. weißes Mischlicht mit einem Anteil aus dem Primärlicht P und einem Anteil aus dem Sekundärlicht S als Nutzlicht P, S abgestrahlt. Dabei liegt hier eine transmittierende Anordnung vor, bei welcher das Nutzlicht P, S von einer der Laserdiode 102 abgewandten Seite des Keramikplättchens 105 abgestrahlt wird. Grundsätzlich ist aber auch eine reflektierende Anordnung einsetzbar, bei der das Nutzlicht P, S von derselben Seite des Keramikplättchens 105 abgestrahlt wird, auf die auch das Primärlicht P bzw. der Primärlichtstrahl B einfällt (das Keramikplättchen 105 kann dann z.B. auf einem reflektierenden Träger aufgebracht sein). Das Nutzlicht P, S kann von einem weiteren strahlformenden Durchlichtelement , hier in Form einer weiteren Linse 107, strahlgeformt werden, z.B. kollimiert werden. Die Komponenten 102 bis 107 können Komponenten eines LARP-Moduls N sein.
Fig.2 zeigt einen Verlauf einer Leuchtdichte Lv des
Primärlichtstrahls B und eines Summenfarborts Cx des
Nutzlichts P, S auf einer Lichtaustrittsfläche des Keramikplättchens 105 entlang einer Richtung x senkrecht zur optischen Strahlachse A. Dieser gelb-blaue Ortsraum kann in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zu der optischen
Strahlachse A unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen, so dass sich zum Beispiel in der Austrittsebene des
Keramikplättchens 105 ein elliptisches Farbprofil ergibt. Das Farbprofil kann aber auch wie in Fig. 3 dargestellt
rotationssymmetrisch zu der Strahlachse A ausgebildet sein. Die Strahlachse A trifft den gezeigten Ortsraum mittig.
Die Leuchtdichte Lv ist maximal am Ort der Strahlachse A und sinkt mit steigender Entfernung davon. Der Summenfarbort Cx des Nutzlichts P, S weist in einem ersten, die Strahlachse A umfassenden Abschnitt ("Zentralabschnitt" Sl) einen Blaustich auf. Dies bedeutet, dass dort der Anteil des blauen
Primärlichts P so hoch ist, dass der Summenfarbort Cx sich außerhalb eines neutral weißen Farbbands Cl befindet, und zwar in Richtung des Farborts des Primärlichts P, d.h. nach blau verschoben.
Daran schließt sich nach außen bzw. mit steigendem Abstand x zur optischen Strahlachse A ein "neutraler" Abschnitt S2 an, in dem der Summenfarbort Cx sich in dem neutral weißen
Farbband Cl befindet. Mit noch weiterem Abstand von der
Strahlachse A, hier in einem "Außenabschnitt" S3, weist der Summenfarbort Cx einen Gelbstich auf. Dies bedeutet, dass dort der Anteil des gelben Sekundärlichts S so hoch ist, dass der Summenfarbort Cx sich nach gelb hin verschoben hat und sich außerhalb des neutral weißen Farbbands Cl befindet.
Die Übergänge zwischen den Bereich Sl, S2 und S3 sind nicht abrupt bzw. stufenförmig, sondern weisen einen graduellen Übergang auf, der vom Strahlprofil des Primärlichts P und den Eigenschaften des konvertierenden Keramikplättchens 105, wie z.B. dessen Leuchtstoff-Konzentration und Verteilung
möglicher Streubereiche, abhängt.
Fig.3 zeigt ein um die Strahlachse A zentriertes
rotationssymmetrisches Lichtabstrahlmuster des Nutzlichts P, S der LARP-Beleuchtungsvorrichtung 101 ohne Spektralfilter, und zwar auf der Austrittsseite des konvertierenden
Keramikplättchens 105 in einer Ansicht entlang der
Strahlachse A in einer Ebene senkrecht zu der Strahlachse A. Ein dem Zentralabschnitt Sl aus Fig.2 entsprechender
Zentralbereich Kl ist hier kreisförmig ausgebildet und um die Zentralachse A zentriert. Der Zentralbereich Kl ist von einem dem neutralen Abschnitt S2 entsprechenden ringförmigen
Neutralbereich K2 umgeben. Der Neutralbereich K2 wiederum ist von einem dem Außenabschnitt S3 entsprechenden ringförmigen Außenbereich K3 umgeben. Im Allgemeinen kann das Farbprofil bzw. das Lichtabstrahlmuster auf der Austrittsseite des Konversionselements oval oder elliptisch geformt sein. Fig.4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erste LARP-Beleuchtungsvorrichtung 1, die ähnlich zu der LARP-Beleuchtungsvorrichtung 101 aufgebaut ist, aber nun zusätzlich mit einem Spektralfilter in Form eines
dichroitischen Spiegels 2 ausgestattet ist. Der dichroitische Spiegel 2 ist für das gelbe Sekundärlicht S stärker
durchlässig als für das blaue Primärlicht P.
Der dichroitische Spiegel 2 ist an der weiteren Linse 107 angebracht, und zwar an einer der Laserdiode 102 zugewandten Seite 3. Der dichroitische Spiegel 2 ist dabei entlang der Strahlachse A angeordnet, und zwar dergestalt, dass er das vom Zentralbereich Sl emittierte Primärlicht P im
Wesentlichen vollständig abdeckt (und ggf. auch noch einen geringen Teil des vom neutralen Bereichs S2 abgestrahlten Primärlichts), wie in Fig.2 für den Ortsraum ausgeführt ist. Der dichroitische Spiegel 2 weist dazu eine ovale oder eine kreisrunde Form auf und ist so gegen die Strahlachse A geneigt, dass seine entlang der Strahlachse A projizierte Fläche der Form des Zentralbereichs Kl entsprechend
ausgeprägt ist. Die entlang der Strahlachse A projizierte
Fläche des dichroitischen Spiegel 2 weist einen vorgegebenen Durchmesser d auf, wie auch in Fig.2 angedeutet. Dieser
Durchmesser d ist so gewählt, dass der primärlichtlastige (Orts- oder Raumwinkel-) Bereich ganz abgedeckt ist und ggf. - wie in Fig.2 dargestellt - sogar noch leicht darüber hinausgeht. Der Durchmesser d kann beispielsweise mindestens zwischen 100 Mikrometern und 300 Mikrometern betragen. Jedoch können die Bereiche Kl, K2 und/oder K3 alternativ eine nicht kreisrunde Form aufweisen, z.B. gestreckt sein,
beispielsweise elliptisch geformt sein. Der dichroitische Spiegel 2 ist bevorzugt in geringem Abstand zu dem
konvertierenden Keramikplättchen 105 angeordnet,
beispielsweise im Bereich von einigen Millimetern.
Folglich ist das blaue Primärlicht P hinter dem
dichroitischen Spiegel 2 abgeschwächt. Bei Vorhandensein eines nicht-geschädigten Keramikplättchens 105, das hier gepunktet angedeutet ist, wird folglich der Anteil des
Primärlichts P an dem Nutzlicht P, S in dem Zentralbereich Kl verringert, und zwar so, dass das Nutzlicht dort einen
Summen-Farbort in dem neutral weißen Farbband Cl aufweist. Bezug nehmend auf Fig.2 ist dies durch die gepunktete Linie L angedeutet .
Ist das Keramikplättchen 105 jedoch beschädigt oder sogar von dem Träger 106 abgefallen, fällt der Primärlichtstrahl P mit seiner höchsten Leuchtdichte auf den dichroitischen Spiegel 2 und wird von diesem in einen Lichtsensor 4 reflektiert.
Dadurch wird der Vorteil einer verbesserten Augensicherheit erreicht, da das Primärlicht P die Beleuchtungsvorrichtung 1 nur noch stark geschwächt verlassen kann.
Zudem wird durch den Lichtsensor 4 bei einem geschädigten oder abgefallenen Keramikplättchen 105 ein stark erhöhter einfallender Lichtstrom festgestellt, wodurch der
Schädigungsfall (einschließlich eines Abfalls des
Keramikplättchens 105) sicher feststellbar ist. Aufgrund des Feststellens des Schädigungsfalls kann der Primärlichtstrahl B beispielsweise gedimmt oder ganz ausgeschaltet werden, z.B. mittels einer Steuereinrichtung (o. Abb.), die sowohl mit der Laserdiode 102 als auch mit dem Lichtsensor 4 gekoppelt oder verbunden ist. Diese Beleuchtungsvorrichtung 1 kann ein Scheinwerfer oder einen Teil eines Scheinwerfers (z.B. ein LARP-Modul M davon) darstellen, insbesondere für ein Fahrzeug. Fig.5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine zweite LARP-Beleuchtungsvorrichtung 5 mit dem dichroitischen Spiegel 2. Die LARP-Beleuchtungsvorrichtung 5 ist ähnlich zu der LARP-Beleuchtungsvorrichtung 1 aufgebaut, wobei nun jedoch der dichroitische Spiegel 2 an einer dem
Keramikplättchen 105 abgewandten Seite 6 der weiteren Linse 107 aufgebracht ist. Zumindest das vom zentralen Kernbereich Kl emittierte Primärlicht P ist von dem dichroitischen
Spiegel 2 durch die Linse 107 hindurch zu der dem
Keramikplättchen 105 zugewandten Seite 3 zurück
reflektierbar. An einem Auftreffbereich des
zurückreflektierten Primärlichts P ist die Seite 6 als ein TIR-freier Bereich 7 ausgebildet.
Fig.6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine dritte LARP-Beleuchtungsvorrichtung 8 mit dem dichroitischen Spiegel 2. Die LARP-Beleuchtungsvorrichtung 8 kann als ein Fahrzeugscheinwerfer mit einem LARP-Modul N nach Fig.l ausgebildet sein, dem ein Durchlichtelement in Form einer frontseitigen Abdeckscheibe 9 nachgeschaltet ist. Die LARP- Beleuchtungsvorrichtung 8 ist ähnlich zu der LARP- Beleuchtungsvorrichtung 1 oder 4 aufgebaut, wobei der
dichroitische Spiegel 2 nun an der Abdeckscheibe 9 angebracht ist. Die Abdeckscheibe 9, der dichroitische Spiegel 2 und der Lichtsensor 4 stellen hier keine Komponenten des LARP-Moduls N dar.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So kann bei einer weiteren Ausführungsform an Stelle der Linse 107 ein abbildendes Linsensystem, zum Beispiel in einer 1:1 abbildenden Ausführung, vorhanden sein, welches ein
Zwischenbild des auf der Fokusebene liegenden Spotprofils (Leuchtdichte und Farbverteilung) der Abstrahlfläche des konvertierenden Keramikplättchens 105 erzeugt. Der
dichroitische Spiegel 2 ist dann in einer Zwischenbildebene auf der optischen Strahlachse A zu dieser Strahlachse A geneigt angeordnet, so dass das von dem dichroitische Spiegel 2 reflektierte Licht auf einen beabstandeten Sensor 4 fällt, so wie analog in Fig. 5a ausgeführt.
Allgemein kann außer einem Keramikplättchen 105 auch ein anderer wellenlängenändernder Konversionskörper vorhanden sein . Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
LARP-Beleuchtungs orrichtung 1
Dichroitischer Spiegel 2
Seite 3
Lichtsensor 4
LARP-BeleuchtungsVorrichtung 5
Seite 6
TIR-freier Bereich 7
LARP-BeleuchtungsVorrichtung 8
Abdeckscheibe 9
LARP-BeleuchtungsVorrichtung 101
Laserdiode 102
Linse 103
Linse 104
Keramikplättchen 105
Träger 106
Linse 107
Strahlachse A
Primärlichtstrahl B
Neutral weißes Farbband Cl
Summenfarbort Cx
Durchmesser d
Zentralbereich Kl
Neutralbereich K2
Außenbereich K3
Leuchtdichte Lv
LARP-Modul M
LARP-Modul N
Primärlicht P
SekundärIicht S
Zentralabschnitt Sl
Neutraler Abschnitt S2
Außenabschnitt S3
Winkel

Claims

PATENTA S PRÜCHE
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8), aufweisend
- eine Lichterzeugungseinrichtung (102) zum Erzeugen eines Primärlichtstrahls (B) ,
- einen mittels des Primärlichtstrahls (B)
bestrahlbaren Leuchtstoffkörper (105) zur teilweisen Umwandlung von Primärlicht (P) des Primärlichtstrahls (B) in Sekundärlicht (S) und
- ein dem Leuchtstoffkörper (105) nachgeschaltetes
Spektralfilter (2), welches für das Sekundärlicht (S) stärker durchlässig ist als für das Primärlicht (P) , wobei
- das Spektralfilter (2) entlang einer Strahlachse (A) des auf den Leuchtstoffkörper (105) einfallenden Primärlichtstrahls (B) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach Anspruch 1, wobei die Strahlachse (A) mittig durch das Spektralfilter (2) verläuft .
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spektralfilter (2) den gesamten primärlichtlastigen Bereich eines
Lichtabstrahlmusters des Leuchtstoffkörpers (105) abdeckt .
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spektralfilter (2) ein dichroitischer Spiegel ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach Anspruch 3 oder 4, ferner aufweisend einen Lichtsensor (4), der so angeordnet ist, dass auf den dichroitischen Spiegel (2) auftreffendes Primärlicht (P) in den Lichtsensor (4) reflektierbar ist.
6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) eine mit dem Lichtsensor (4) und der Lichterzeugungseinrichtung (102) gekoppelte Steuereinrichtung aufweist, die dazu
eingerichtet ist, ein Messsignal des Lichtsensors (4) auf eine Beschädigung des Leuchtstoffkörpers (2) hin auszuwerten und einen Lichtstrom des von der
Lichterzeugungseinrichtung (102) abgestrahlten
Primärlichtstrahls (P) bei Erkennen einer Beschädigung zu verringern.
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spektralfilter (2) an einem dem Leuchtstoffkörper (105) optisch
nachgeschalteten Durchlichtelement (107; 9) angeordnet ist .
Beleuchtungsvorrichtung (5) nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei
- das Spektralfilter (2) an einer dem Leuchtstoffkörper (105) abgewandten Seite (6) des Durchlichtelements (107) aufgebracht ist,
- das Primärlicht (P) von dem Spektralfilter (2) durch das Durchlichtelement (107) hindurch zu einer dem Leuchtstoffkörper (105) zugewandten Seite (3) reflektierbar ist und
- die dem Leuchtstoffkörper (105) zugewandten Seite (3) im Bereich des reflektierten Primärlichts (P) als ein TIR-freier Bereich (7) ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei das Durchlichtelement (107) ein
abbildendes Durchlichtelement ist und das Spektralfilter (2) in einer Zwischenbildebene angeordnet ist.
10. Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spektralfilter (2) einen Durchmesser (d) zwischen 100 Mikrometern und 300 Mikrometern aufweist.
11. Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Lichterzeugungseinrichtung (102) mindestens einen
Halbleiterlaser aufweist und der Leuchtstoffkörper (105) beabstandet von dem mindestens einen Halbleiterlaser angeordnet ist.
12. Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) ein Scheinwerfer ist.
13. Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) eine Fahrzeug- Beleuchtungsvorrichtung ist.
14. Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei eine entlang der
Strahlachse (A) projizierten Fläche des Spektralfilters (2) der Form eines primärlichtlastigen Zentralbereichs (Kl) der Abstrahlung entsprechend ausgeprägt ist.
15. Beleuchtungsvorrichtung (1; 5; 8) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei ein primärlichtlastiger Zentralbereich (Kl) der Abstrahlung vollständig von der entlang der Strahlachse (A) projizierten Fläche des Spektralfilters (2) abgedeckt ist.
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