WO2018046319A1 - Illumination device - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a lighting device with a semiconductor laser device which is designed to generate a plurality of laser light beams, and with at least one light wavelength conversion element which is designed to convert light of the laser light beam proportionally into light of a different wavelength, such that light from at least one light wavelength conversion element which is a mixture of non-wavelength-converted laser light and wavelength-converted light.
- the semiconductor laser device and the at least one light wavelength conversion element are matched to one another such that the mixture of non-wavelength-converted laser light and wavelength-converted light yields white light.
- the illumination device serves, for example, as a light source for a motor vehicle headlight.
- the laser light beams generated by the semiconductor laser device may have a directional degree of divergence, which causes problems in producing a desired light distribution.
- the direction-dependent widening or divergence of a laser light beam is recorded using the terms slow-axis and fast-axis.
- slow axis denotes the direction of minimum divergence of the laser light bundle
- fast axis denotes the direction of maximum divergence of the laser light beam.
- the divergence of a laser light beam is given by means of two, usually different divergence angles for the fast axis and the slow axis.
- the divergence angle for the fast axis or slow axis denotes in a longitudinal section through the laser light beam, which is guided along the fast axis or slow axis, the from the peripheral rays of the laser light beam included angle.
- the shape and size of a laser spot which a laser light beam generates on the surface of a screen or of a light wavelength conversion element is therefore dependent on the original profile of the laser light beam immediately after leaving the semiconductor laser device and on the length of the path the laser light beam has traveled between the semiconductor laser device and the screen or a light wavelength conversion element.
- This object is achieved by a lighting device with the features of claim 1.
- Particularly advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.
- the illumination device has a semiconductor laser device which is designed to generate a plurality of laser light beams, and at least one light wavelength conversion element which is configured to convert light of the laser light beams at least partially into light of a different wavelength, and an optical system which is designed to project the laser light beams onto a surface the optics has at least one mirror element which is pivotable about at least one axis and which is designed to guide the laser light bundles over at least one surface section of the surface of the at least one light wavelength conversion element, and wherein the optics comprise means for adjusting an expansion or Divergence of the laser light bundles along a slow axis or and along a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the mini- at least one light wavelength conversion element and means for homogenizing the illumination in light spots or laser spots, which are generated by the laser light beams on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element comprises.
- the laser spot size and the laser spot shape as well as the arrangement of each laser light beam on the surface section of the at least one light wavelength conversion element can thereby be adjusted or adjusted and the illumination or illuminance within the respective laser spot can be homogenized.
- the optics and the semiconductor laser device of the illumination device according to the invention are designed such that the laser light bundles are each guided parallel to a scanning direction over a surface portion of the surface of the at least one Lichtwellendorfnkonversi- onselements, and the means for homogenizing the illumination in light spots, the Laser light beams generated on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element are advantageously designed such that the illumination in the light spots is homogenized at least along an axis perpendicular to the scanning direction.
- a surface portion or the entire surface of the at least one light wavelength conversion element can be scanned line by line or column by laser light and a desired light distribution can be generated.
- the laser light bundles can Simultaneously guided over the surface of the at least one light wavelength conversion element of the at least one mirror element and thereby scanned a plurality of rows or columns of the surface portion simultaneously with laser light.
- a light distribution on the surface of the at least one light wavelength conversion element can be varied by temporarily switching off or dimming or excessively high operating current levels of individual or all laser light sources of the semiconductor laser device.
- a uniform illumination or illuminance in the light spots or laser spots perpendicular to the scanning direction or scanning direction can thereby be achieved.
- the means for homogenizing the illumination in light spots which become of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element, an optical component comprising a plurality of transparent plates, which are arranged along an axis perpendicular to its plate plane, each between two adjacent transparent plates, a separation means is arranged, which allows total reflection of light in the transparent plates at the interfaces of the transparent plates to the respective separating means.
- the optical component of the illumination device according to the invention which is also referred to below as an optical homogenizer, is further arranged such that the plate planes of the transparent plates are aligned parallel to the scanning direction.
- the optical component of the illumination device Due to the aforementioned features of the optical component of the illumination device according to the invention are laser light bundles which impinge on a non-parallel, preferably perpendicular to the plane of the plate extending end face of the transparent plates, coupled into the respective plate and by multiple reflection at the interfaces to the separation means one of the front side opposite Lichtauskoppelseite the respective transparent plate directed to be decoupled there again from the plate.
- the illumination or illuminance within light spots or laser spots produced by the laser light bundles on a screen downstream of the optical component in the light beam path is along an axis parallel to the direction of stacking of the transparent plates or perpendicular to the plate plane, homogenized.
- the abovementioned optical component of the illumination device according to the invention preferably has a light outcoupling surface, which is oriented not parallel to the plate plane of its transparent plates and on which the at least one light wavelength conversion element is arranged.
- the light output surface of the optical component is formed by the light outcoupling surfaces of the individual transparent plates of the optical component.
- the optics and the at least one mirror element, which is pivotable about at least one axis, of the illumination device according to the invention are preferably designed such that the laser light bundles each extend in only one of the transparent plates of the optical component are coupled.
- the light wavelength conversion element is arranged directly on the light exit surface of the optical homogenizer.
- the dimensions of the laser spots generated on the light wavelength conversion element perpendicular to the plane of the transparent plates of the optical homogenizer over the thickness of the transparent plates and the distances between the laser spots perpendicular to the plate plane over the distances between the transparent plates of the optical homogenizer to desired Values are set.
- the means for adjusting a divergence or widening of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles are preferably formed on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element such that the divergence or widening of the laser light bundles Laser light beam is adjusted perpendicular to the scanning direction or adjusted to ensure a very precise adjustment of the alignment of the laser light beam relative to each other and the laser spots caused by them on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element.
- the optics and the semiconductor laser device are particularly preferably designed such that the slow axis of the laser light bundles is arranged on the surface section of the surface of the at least one light wavelength conversion element in each case perpendicular to the scanning direction.
- the means for adjusting a divergence of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element advantageously have at least one pinhole device for beam shaping of the laser light bundles.
- the means for adjusting a divergence or expansion of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element comprise at least a first cylindrical lens for focusing the laser light bundles along their slow axis .
- the at least one first cylindrical lens makes it possible to adjust the laser spots of the laser light bundles on the mirror surface of the pivotable mirror element and thus also on the light coupling surface of the optical homogenizer in the direction of its slow axis.
- the at least one first cylindrical lens is preferably designed as a plano-convex cylindrical lens whose convex curvature runs in the direction of the slow axis of the laser light bundles.
- the means for adjusting a divergence of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element advantageously comprise at least one aspherical optical element for adjusting the laser light bundles along their fast axis .
- the at least one aspherical optical element has the further advantage that it additionally acts focusing on the laser light bundles along the slow axis.
- the optics and the semiconductor laser device of the illumination device according to the invention are preferably designed such that the fast axis of the laser light beam on the surface section of the at least one NEN light wavelength conversion element is arranged in each case parallel to the scanning direction.
- the means for adjusting a divergence of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element comprise at least one second cylindrical lens for adjusting the divergence or widening of at least one laser light bundle along the fast axis in the light beam path at least one laser light beam is arranged.
- the at least one second cylindrical lens is preferably designed as a plano-concave cylindrical lens in order to achieve an adjustment of the widening of the laser light bundles parallel to the fast axis.
- the concave curvature of the at least one plano-concave cylindrical lens runs in the direction of the fast axis of the laser light bundles, so that the effect of the plano-concave cylindrical lenses is limited to the divergence of the laser light bundles along the fast axis, and in particular not along the divergence the slow axis extends.
- the semiconductor laser device of the illumination device according to the invention advantageously has a plurality of laser diodes, each of which is designed to generate blue laser light during its operation, and the at least one light wavelength conversion element of the illumination device according to the invention is preferably designed to convert blue laser light proportionately into light of different wavelength, so that is emitted from the at least one light wavelength conversion element white light, which is a mixture of non-wavelength-converted blue laser light and at least one light wavelength conversion element wavelength-converted light.
- a light source for white light with very high luminance and light intensity can be created, which is particularly advantageous for projection applications, such as a light source for a motor vehicle headlight.
- the processing device is also referred to as a laser-activated remote phosphor illumination device or as a LARP illumination device, where the abbreviation LARP stands for laser-activated remote phosphor.
- the illumination device according to the invention is preferably designed as a component of a motor vehicle headlight or as a motor vehicle headlight.
- a motor vehicle may be an aircraft or a waterborne vehicle or a land vehicle.
- the land-based vehicle may be a motor vehicle or a rail vehicle or a bicycle.
- Particularly preferred is the use of the vehicle headlight in a truck or passenger car or motorcycle.
- FIG. 1 shows a lighting device according to the preferred embodiment of the invention in an isometric, schematic representation
- FIG. 2 shows a plan view of essential components of the illumination device depicted in FIG. 1, FIG.
- FIG. 3 shows a side view of the semiconductor laser device, the aspherical lenses and the pinhole apertures and the first deflecting mirror gels of the illumination device shown in Figures 1 and 2 in a schematic representation, a side view of the first deflecting mirror, the plano-concave cylindrical lens and the second deflecting mirror of the illustrated in Figures 1 and 2 illumination device in a schematic representation, a side view of the second deflecting mirror, the plano-convex Cylindrical lens and the pivotable about an axis micromirror of the illumination device shown in Figures 1 and 2 in a schematic representation, a side view of the pivotable about an axis micromirror and the optical component for homogenizing the illumination or illuminance and the Lichtwellendorfn- conversion element of the in the figures 1 and 2 illustrated illumination device in a schematic representation, a longitudinal section through the optical component for homogenizing the illumination or illuminance in a schematic representation, a schematic representation of the expansion divergence of a laser light beam emitted
- FIG. 9 shows a schematic illustration of the effect of the optical component for homogenizing the illumination or illuminance on the laser light bundles.
- a lighting device 1 according to the preferred embodiment of the invention is shown schematically.
- This lighting device 1 is formed as part of a motor vehicle headlight, which is used for generating dipped beam, high beam, dynamic cornering light and other lighting functions of the motor vehicle headlight.
- the illumination device 1 has a cuboidal housing 2, a semiconductor laser device 30 having six laser diodes 31 to 36, three deflection prisms 37 to 39, six aspheric optical lenses 41 to 46, a pinhole device 70 comprising six apertured diaphragms 71 to 76, a plano-concave optical lens 5 , two deflecting mirrors 61, 62, a plano-convex cylindrical lens 7, a micromirror 8 pivotable about an axis 80, an optical component 900 for homogenizing the illumination, which is also referred to below as an optical homogenizer, and a light wavelength conversion element 9.
- FIGS Lighting device 1 are all arranged in the housing 2 or on a wall 21 to 24 or on the bottom 20 of the housing 2.
- the semiconductor laser device 30, the deflection prisms 37 to 39 and the aspherical lenses 41 to 46 are also referred to as beam combiners 3.
- FIGS. 3 to 6 the laser light beam path between some components of the illumination device 1 is shown schematically.
- the housing 2 of the lighting device 1 is made of metal, preferably aluminum, and has a bottom 20 and four side walls 21 to 24 and a lid, which is not shown in Figures 1 and 2.
- the bottom 20 and the side walls 21 to 24 serve as a carrier for the components th the lighting device. 1
- the outer dimensions of the cuboid housing 2 are 100 mm by 100 mm by 50 mm.
- the semiconductor laser device 30 has six similar laser diodes 31, 32, 33, 34, 35 and 36, which each emit blue laser light with a wavelength of 450 nanometers during their operation.
- the laser diodes 31 to 36 are arranged in two, parallel to the bottom 20 extending lines and in three perpendicular to the bottom 20 extending columns.
- the laser diodes 31 to 36 are attached to a first side wall 21 of the housing 2 in such a way that the laser light beams 1 1 to 16 emitted by the laser diodes 31 to 36 are aligned perpendicular to the bottom 20 and parallel to the first side wall 21.
- Figure 3 the arrangement and orientation of the laser diodes 31 to 36 is shown schematically.
- the laser diodes 31, 33, 35 are arranged in a first, parallel to the bottom 20 of the housing line above the bottom 20 and aligned such that the laser beam emitted by them 1 1, 13, 15 each perpendicular to the bottom 20 and the housing cover (not shown), which is opposite to the bottom 20.
- the laser diodes 32, 34, 36 are arranged in a second, parallel to the bottom 20 of the housing line extending at a greater height above the bottom 20 than the first line.
- the laser diodes 32, 34, 36 are aligned in such a way that the laser light beams 12, 14, 16 emitted by them each extend perpendicular to the floor 20 and are directed towards the floor 20.
- the laser diodes 31, 32 and 33, 34 and 35, 36 are each fixed to one another on the first side wall 21 of the housing 2.
- the laser light beams 1 1 to 16 radiated from the laser diodes 31 to 36 each have a highly elliptical profile with an extension of 30 micrometers in the direction of the large semiaxis of the ellipse and 1 micrometer in the direction of the small semiaxis of the ellipse.
- the expansion or divergence of the laser light beams 1 1 to 16 are each direction-dependent. In Figure 8, this fact is based on the laser light beam 1 1 schematically shown.
- the light propagation direction of the laser light beam 1 1 is represented by an arrow 110.
- the expansion or divergence of the laser light beam 1 1 is schematically illustrated by means of two fictitious planes E1, E2, which are each arranged perpendicular to the light propagation direction 1 10 at a distance from each other.
- the laser light beam 1 1 has an elliptical profile as shown schematically in Figure 8, for example, so that the laser light beam 1 1 on a screen, which is arranged in a plane E1 perpendicular to the propagation direction 1 10 of the laser light beam 1 1 is a laser spot or laser spot L1 caused by elliptical contour.
- Fast-Axis FA and Slow-Axis SA are arranged perpendicular to each other and each perpendicular to the light propagation direction 1 10 arranged.
- the divergence angle of the laser light beam 11 is approximately four times to five times its divergence angle along its slow axis SA along its fast axis FA.
- This different divergence of the laser light beam 1 1 along the slow axis SA and fast axis FA results in the shape and size of the laser spots L1, L2 caused by the laser light beam 11 on screens which are perpendicular to the light propagation direction 1 in planes E1, E2 10 are placed at different distances from the laser diode 31, are different.
- FIG. 8 the light intensity in the laser light beam 1 1 shown schematically.
- the laser light beam 1 1 has a profile with a Gaussian curve-shaped distribution of the light intensity in the laser light beam 1 1. That is, the light intensity in the laser light beam 1 1, starting from a maximum reached in the center of the laser light beam 11, decreases toward its edge according to the course of a Gaussian curve to a minimum. The laser light intensity is thus inhomogeneously distributed in the laser light beam 11.
- the degree of illumination or the illuminance in the laser spot L1, L2 on a screen placed in the plane E1, E2 likewise has a gaussian curve. That is, the respective laser spot L1, L2 has in its center the maximum illuminance. To the edge of the laser spot L1, L2, the illuminance decreases according to the course of a Gaussian curve.
- FIG. 3 schematically shows the arrangement of the six laser diodes 31 to 36 of the semiconductor laser device 30 and the deflecting prisms 37 to 39 and the aspherical lenses 41 to 46.
- the laser light beams 1 1 to 16 generated by the laser diodes 31 to 36 are shown in FIGS. 1 to 5 by lines 1 1 to 16, which show the propagation directions of the laser light beams 1 1 to 16.
- the laser diodes 31 to 36 respectively generate blue laser light with a wavelength of 450 nanometers and a divergence angle of approximately 23 degrees along the fast axis and a divergence angle of approximately 6 degrees along the slow axis.
- Each laser diode 31 to 36 is associated with an aspherical optical lens 41 to 46, which is passed by the laser light beams 1 1 to 16 each immediately after leaving the respective laser diode 31 to 36.
- the focal lengths of the aspherical optical lenses 41 to 46 are selected and tuned with the other optical components of the illumination device 1 such that the laser light beams 1 1 to 16 on a surface 90 of the light wavelength conversion element 9 each generate a laser spot L1 1 to L16 whose extent is horizontal Direction have a desired value, for example, each 360 microns.
- the first 1 1 and second laser light beam 12 are each deflected by an angle of 90 degrees, so that both laser light beams 1 1, 12 each parallel to the bottom 20 of the housing 2 and in the same direction.
- the second deflection prism 38 which is arranged between the third 33 and fourth laser diode 34
- the third 13 and fourth laser light beams 14 are each deflected by an angle of 90 degrees, so that both laser light beams 13, 14 each parallel to the bottom 20 of the housing 2 and in the same direction.
- the fifth 15 and sixth laser light beams 16 are each deflected by an angle of 90 degrees, so that both laser light beams 15, 16 are parallel to the mirror Floor 20 of the housing 2 and extend in the same direction.
- all six laser light bundles 11 to 16 thus run parallel to the ground 20 and in the same direction after leaving the beam combiner 3.
- the fast axis FA of the laser light beams 1 1 to 16 in the illustration of FIG. 3 is oriented perpendicular to the plane of the drawing and its slow axis SA lies in the plane of the drawing.
- Fast axis FA and slow axis SA are each oriented perpendicular to the light propagation direction of the laser light beams 1 1 to 16.
- the pinhole device 70 is arranged, which has six vertically stacked, slot-like pinholes 71 to 76.
- the pinholes 71 to 76 each have a height of 500 microns and a width of 75 microns.
- the distances between each two adjacent pinhole apertures 71 to 76 can be adjusted in accordance with a desired angular range for the illumination in the vertical direction.
- the slit-like apertured apertures 71 to 76 each hide edge regions of the laser light beams 1 1 to 16 in order to avoid scattered light.
- the laser light beams 1 1 to 16 strike the first deflecting mirror 61, which is arranged in the corner formed by the first 21 and second side wall 22. With the aid of the first deflecting mirror 61, the laser light beams 1 1 to 16 are each deflected by an angle of 90 degrees, so that they run at different heights above the ground 20 and parallel to the second side wall 22 and the bottom 20.
- the fast axis FA of the laser light beams 1 1 to 16 is oriented in each case parallel to the bottom 20 and the slow axis SA of the laser light beams 1 1 to 16 is arranged perpendicular to the bottom 20 in each case.
- the laser light beams 1 1 to 16 pass through a plano-concave cylindrical lens 5, which are shown schematically in FIG.
- the plano-concave cylindrical lens 5 is oriented in such a way that its concave curvature runs in the direction or along the fast axis FA of the laser light beams 11 to 16. As a result, the laser light beams 1 1 to 16 are only widened along their fast axis FA.
- the plano-concave cylindrical lens 5 does not act on the divergence of the laser light beams 1 1 to 16 along its slow axis SA.
- the laser light beams 1 1 to 16 strike the second deflection mirror 62.
- the Laser light beam 1 1 to 16 deflected by an angle of 45 degrees, so that they meet after passing through the plano-convex cylindrical lens 7 on the centrally arranged in the housing 2 micromirror 8.
- the two deflecting mirrors 61, 62 allow a compact arrangement of the components of the lighting device 1 in the housing 2.
- the micromirror 8 is designed as a MEMS mirror, wherein the abbreviation MEMS stands for Micro-Electro-Mechanical System.
- the dimensions of the mirror surface of the micromirror 8 are 5 mm by 1.5 mm.
- the micromirror 8 is fixed in a holder 81 on a base 82 on the bottom 20 of the housing 2, so that it extends around a vertical to the bottom 20 extending Swivel axis 80 is pivotable. With the aid of the micromirror 8, the laser light beams 1 1 to 16 are directed onto the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 via the optical homogenizer 900.
- a surface portion of the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 is scanned line by line with the laser light beams 11 to 16.
- the micromirror 8 oscillates about its pivot axis 80 at a frequency of, for example, 133 Hz.
- the surface portion of the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 which can be illuminated by the laser light beams 11 to 16 is limited by the pivoting range 17 of the micromirror 8. In FIG. 1, the maximum pivoting range is shown schematically by means of dashed lines 17.
- the control of the micromirror 8 is electro-magnetic.
- the micromirror 8 can also be operated statically instead of an oscillatory movement in order to hold it in a desired orientation, for example, or the speed of the pivoting movement can be changed or the pivoting movement can be carried out only over part of the maximum pivoting range.
- the maximum pivoting range may be smaller or larger than the lateral dimensions of the Lichtwellenauernkonversionsele- ment.
- FIG. 10 schematically shows the arrangement of the laser spots L1 1 to L16 generated by the laser light bundles 11 to 16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element corresponding to a snapshot of the pivoting movement of the micromirror 8.
- the laser spots L1 1 to L16 are arranged vertically above one another on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 and are guided over the surface 90 by the pivoting movement of the micromirror 8 about its pivot axis 80 simultaneously along the scanning directions 91 symbolized by double-headed arrows.
- the distance between the laser spots L1 1 to L16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9, with the aid of the plano-convex cylindrical lens 7 and the optical homogenizer 900 to a desired value.
- the focal length of the plano-convex cylindrical lens 7 and the dimensions of the optical homogenizer 900 are selected so that the distance between two adjacent laser spots L1 1, L13 and L13, L15 etc. on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 is 12.5 microns ,
- this situation is shown only twice in FIG. 7 for the laser spots L15 and L16 caused by the laser light bundles 15 and 16.
- the laser spots L1 1, L13, L15 each have a maximum dimension of 900 micrometers in the direction of the slow axis SA and in each case a maximum dimension of 360 micrometers in the direction of the fast axis FA.
- the laser spots L12, L14, L16 each have a maximum dimension of 600 micrometers in the direction of the slow axis SA and in each case a maximum dimension of 360 micrometers in the direction of the fast axis FA.
- the contour of the laser spots L1 1 to L16 is elliptical in each case, wherein the large semiaxis of the elliptical contour runs in each case parallel to the slow axis SA and the small semiaxis of the elliptical contour parallel to the fast axis FA and parallel to the scanning directions 91.
- FIG. 5 shows a side view of the second deflecting mirror 62, the plano-convex cylindrical lens 7 and the micromirror 8.
- FIG. 5 schematically shows the course of the laser light beams 11 to 16 between the second deflecting mirror 62 and the micromirror 8. After the deflecting mirror 62, all the laser light beams 1 1 to 16 impinge on the plano-convex cylindrical lens 7.
- the slow axis SA of the laser light beams 1 1 to 16 is transmitted via the optical homogenizer 900 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 adjusted so that the vertical distance between the laser spots L1 1 to L16 to a desired value, for example to the above-mentioned value of 12.5 microns between adjacent laser spots.
- the focal length of the plano-convex cylindrical lens 7 is therefore chosen accordingly. Its focus 700 lies in the region between the micromirror 8 and the optical homogenizer 900 (FIG. 6).
- the convex curvature of the plano-convex cylindrical lens 7 is oriented parallel to the slow axis SA of the laser light beams 1 1 to 16.
- the plano-convex cylindrical lens 7 unfolds its focusing effect only on the slow axis SA of the laser light beams 11 to 16.
- the fast axis FA of the laser light beams 11 to 16 is perpendicular to the drawing plane and the slow axis, respectively oriented in the drawing plane perpendicular to the light propagation direction.
- FIG. 6 shows a side view of the micromirror 8, the optical homogenizer 900 and the light wavelength conversion element 9 in a schematic representation.
- FIG. 6 diagrammatically shows the course of the laser light beams 1 1 to 16 between the micromirror 8 and a light coupling surface 901 of the optical homogenizer 900 as well as the surface 90 of the light wavelength conversion element 9.
- FIG. 7 shows a schematic representation of a longitudinal section through the optical homogenizer 900.
- the optical homogenizer 900 has six rectangular glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960, which are lined up along an axis 100 perpendicular to its plane of the plate. Between two adjacent glass plates is a film 915, 925, 935, 945, 955 made of polytetrafluoroethylene. Luoetzhylen arranged, each acts as a connecting means between these glass plates.
- the six glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 and the polytetrafluoroethylene foils 915, 925, 935, 945, 955 are therefore arranged alternately one above another in the schematic longitudinal section in FIG. 7 in the manner of a sandwich, so that the optical component or the optical homogenizer 900 is almost cuboid.
- the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 and the polytetrafluoroethylene foils 915, 925, 935, 945, 955 are bonded together by lamination.
- the transparent glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 each consist of borosilicate crown glass and have an optical refractive index of 1.52.
- the likewise transparent polytetrafluoroethylene films 915, 925, 935, 945, 955 have an optical refractive index of 1.35.
- the length L of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 is 18 millimeters each and their width (perpendicular to the plane of the drawing in Fig. 7) is 20 millimeters each.
- the lower three glass plates 910, 920, 930 each have a thickness of 600 microns.
- the polytetrafluoroethylene foils 915, 925 arranged between the glass plates 910 and 920 as well as 920 and 930 each have a thickness of 12.5 micrometers. The distance between the glass plates 910 and 920 and 920 and 930 is therefore 12.5 microns each.
- the upper three glass plates 940, 950, 960 each have a thickness of 900 microns.
- the polytetrafluoroethylene films 935, 945, 955 arranged between the glass plates 930 and 940 as well as 940 and 950 as well as 950 and 960 each have a thickness of 12.5 micrometers.
- the distance between the glass plates 930 and 940 as well as 940 and 950 as well as 950 and 960 is therefore 12.5 micrometers each.
- Each glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 is provided with an optical lens structure 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 at an end face extending perpendicularly to the plane of the plate.
- the optical lens structures 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 are each formed as concave cylindrical lenses which are parallel to the plane of the plate in the direction of the width B (in FIG. 7 perpendicular to the plane of the page) of the respective glass plate 910, 920, 930, 940 , 950, 960 and whose concave curvature extends perpendicular to the plane of the plate of the respective glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960.
- the optical lens structures 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 are oriented such that they are arranged on the same side of the optical component 900 or homogenizer.
- the optical lens structures 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 each form a light coupling surface for the respective glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 and together a light coupling surface 901 for the optical homogenizer 900.
- the pinhole device 70, the optical cylindrical lenses 5 and 7 and pivotable about the axis 80 mirror element 8 the six laser light beams 1 1 to 16, shaped and steered such that each of the laser light beams 1 1 to 16 each on the optical lens structure 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 meets only one glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960, so that each laser light beam 1 1 to 16 in only one glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 is coupled.
- each laser light beam 1 1 to 16 in each case over a surface portion of the corresponding concave cylindrical lens 91 1, 921, 931, 941, 951 and 961, parallel to the plane of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960, led.
- the laser light bundles 1 1 to 16 are each a laser light bundle that has been generated by a blue laser light generating laser diode.
- the Laser light beams 1 1 to 16 each have a profile with a gaussian-shaped distribution of the light intensity in the laser light beam.
- the light intensity in the respective laser light beam 1 1 to 16 starting from a maximum, which is reached in the center of the respective laser light beam, towards the edge of the respective laser light beam 1 1 to 16 according to the course of a Gaussian curve to a minimum decreases.
- the laser light intensity is thus inhomogeneously distributed in each laser light beam 1 1 to 16. Accordingly, the illumination or illuminance within a light spot or laser spot, which is generated by the respective laser light beam 1 1 to 16 on a screen in a plane E1 perpendicular to the light propagation direction of the respective laser light beam 1 1 to 16, correspondingly inhomogeneous.
- the degree of illumination or the illuminance in the respective laser spot on a screen placed in the plane E1 also has a gaussian curve shape. This means that the respective laser spot has the maximum illuminance at its center. To the edge of the laser spot, the illuminance decreases according to the course of a Gaussian curve.
- FIG. 9 the gaussian curve shape of the intensity profile of the laser light beams 11 to 16 or the degree of illumination in the laser spots caused by them on a screen in the plane E1 is shown schematically.
- Each of the laser light beams 1 1 to 16 strikes one of the concave cylindrical lenses 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 and is via the respective cylindrical lens 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 in the respective, to the corresponding Cylinder lens 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 coupled.
- the laser light beams 1 1 to 16 are respectively expanded in directions perpendicular to the plane of the plates of the transparent glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960.
- Each laser light beam 1 1 to 16 is within the respective glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960th by total reflection at the interfaces to the polytetrafluoroethylene foils 915, 925, 935, 945, 955 to a light output surface 912, 922, 932, 942, 952, 962 of the respective glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 passed.
- the light output surfaces 912, 922, 932, 942, 952, 962 extend perpendicular to the plane of the plates of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 and are diametrically opposite to the concave cylindrical lenses 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 arranged.
- the light output surfaces 912, 922, 932, 942, 952, 962 of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 together form a light output surface 902 of the optical homogenizer 900.
- the distribution of the light intensity within the laser light beams 1 1 to 16 in directions perpendicular to the plane of the plate or parallel to the axis 100 is homogenized, so that the degree of illumination or the illuminance in laser spots L1 1, L12, L13, L14, L15 L16, which are generated by the laser light beams 1 1 to 16 on a the optical homogenizer 900 in the laser light beam path downstream surface 90 of the Lichtwellendorfnkonversi- onselements 9, parallel to the axis 100 and perpendicular to the plate plane of the glass plates 910, 920, 930, 940th , 950, 960 is even.
- FIG. 9 schematically illustrates this situation by means of rectangles on the surface 90, which symbolize the degree of illumination parallel to the axis 100 within each laser spot L1 1, L12, L13, L14, L15, L16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9.
- laser spots L1 1, L12, L13 caused by the laser light beams 11 to 16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 are used.
- L14, L15, L16 each homogenize the light intensity along the slow axis SA.
- the dimensions of the laser spots L1 1, L12, L13. L14, L15, L16 and their distances from one another in directions perpendicular to the plane of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 set precisely.
- the dimensions of the laser spots L1 1, L13, L15 along the slow axis correspond to the thickness of the glass plates 940, 950, 960 and the distances between the laser spots L1 1, L13 , L15 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 correspond to the distances between the aforementioned glass plates 940, 950, 960 of the optical homogenizer 900.
- the dimensions of the laser spots L12, L14, L16 along the slow axis correspond to the thickness of the glass plates 910, 920 , 930 and the distances between the laser spots L12, L14, L14 on the surface 90 of the Lichtwellenlienkonversionsele- element 9 correspond to the distances between the aforementioned glass plates 910, 920, 930 of the optical homogenizer 900th
- the light output surface 902 of the optical homogenizer 900 is preferably provided with a non-reflective coating (not shown) in order to avoid reflection of the laser light beams 1 1 to 16 at the light output surface 902.
- the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 is arranged directly on the light outcoupling surface 902 of the optical homogenizer 900.
- the light wavelength conversion element 9 may have a transparent substrate, for example a sapphire plate, which is connected to the light output surface 902 of the optical homogenizer 900.
- the light wavelength conversion element 9 is arranged in a window 230 in the third side wall 23 of the housing 2 of the illumination device 1.
- the light wavelength conversion element 9 consists of a ceramic phosphor which is arranged on a transparent substrate, which is formed for example as a rectangular sapphire plate.
- the phosphor used is cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce).
- YAG cerium-doped yttrium aluminum garnet
- the dimensions of the window area of the window 230 and of the window arranged therein th light wavelength conversion element 9 amount to only a few square millimeters, for example 100 mm 2 .
- the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 is disposed within the housing 2 and its opposite surface 92 is disposed outside the housing 2.
- the blue laser light generated by the laser light beams 1 1 to 16 and impinging on the surface 90 in the laser spots L1 1 to L 16 penetrates the light wavelength conversion element 9 and is proportionately converted into light of a different wavelength with an intensity maximum in the wavelength range from 560 nanometers to 590 nanometers by means of the phosphor is converted so that from the surface 92 of the light wavelength conversion element 9 white light is emitted, which is a mixture of non-wavelength-converted blue laser light and the light wavelength conversion element 9 wavelength-converted light.
- light wavelength conversion element 9 and its located on the outside of the housing 2 surface 92 can be regarded as a light source that emits white light with high intensity and luminance.
- the surface 92 of the light wavelength conversion element 9 can be projected by means of secondary optics, for example by means of projection optics, on the roadway in front of the vehicle to produce a desired light distribution, for example for low beam or high beam.
- the desired light distribution is generated on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 with the aid of the laser spots L1 1 to L16.
- the laser spots L1 1 to L16 are guided by the pivotal movement of the micromirror 8 in directions parallel to the plane of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 over a surface portion of the surface 90 of the light wavelength conversion element 9.
- individual laser diodes 31 to 36 may be temporarily switched off or dimmed, or operated excessively in terms of current, so that individual laser spots L1 1 to L16 are temporarily changed in their intensity or or and modulated, or the pivoting range of the micromirror 8 can be limited to change the light distribution.
- the lighting device 1 is part of a Kraft severely stressedwer- fers.
- the two mutually opposite side walls 22, 24 of the housing 2 are each provided on their outer side with a fastening device 220, 240, which allows mounting of the lighting device 1 in a motor vehicle headlight.
- the invention is not limited to the above-described embodiment of the invention.
- the optical components 41 to 46, 5 and 7 may be formed such that the dimensions of the laser spots L1 1 to L16 in the direction of the slow axis and fast axis have different values than in the embodiment of the invention explained above.
- some or all of the laser spots L1 1 to L16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 may also be arranged overlapping or at different distances.
- the illumination device 1 can have a plurality of light wavelength conversion elements 9 whose surface is scanned with the aid of the micromirror 8 with laser light. It can also be provided several micromirrors 8.
- the light wavelength conversion element 9 can also be designed as a fluorescent wheel rotatably mounted about its axis. By a rotation of the phosphor wheel, the illumination duration of the areas coated with phosphor is reduced and thus the heat dissipation is improved.
- the phosphor wheel may also include segments of different phosphor coverage. have layering, for example, to produce white light with different color temperature.
- the illumination device 1 according to the invention can also have more than just one optical homogenizer 900.
- the illumination device 1 according to the invention can have two optical homogenizers 900 with different spatial orientation of the plate plane of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960.
- the plate plane of the transparent glass plates of the second optical component can be arranged perpendicular to the plate plane of the transparent glass plates of the first optical component, the light intensity of the laser light bundles or the degree of illumination of the laser spots generated by the laser light bundles on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 not only to homogenize along the slow axis SA, but also along the fast axis FA.
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Abstract
The invention relates to an illumination device (1) comprising a semiconductor laser unit (30) that is designed to generate multiple laser light bundles (11 to 16), and comprising at least one light wavelength conversion element (9) that is designed to convert light of the laser light bundles (11 to 16) at least partially into light of another wavelength, as well as comprising an optic that is designed to direct the laser light bundles (11 to 16) onto a surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9), wherein the optic has at least one mirror element (8) which can swivel about at least one axis (80), and which is designed to guide the laser light bundles (11 to 16) over at least one surface section of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9), and wherein the optic comprises means (7, 41 to 46, 51 to 56, 70) for adjusting a divergence of the laser light bundle (11 to 16) along a slow axis (SA) and/or a fast axis (FA) of the laser light bundle (11 to 16) on the surface section of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9), as well as means for the homogenisation of the illumination in light flecks (L11, L12, L13, L14, L15, L16), which are generated by the laser light bundles (11 to 16) on the surface section of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9).
Description
BELEUCHTUNGSEINRICHTUNG LIGHTING DEVICE
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Halbleiterlasereinrichtung, die ausgebildet ist, mehrere Laserlichtbündel zu erzeugen, und mit mindestens einem Lichtwellenlängenkonversionselement, das ausgebil- det ist, Licht der Laserlichtbündel anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren, so dass vom mindestens einen Lichtwellenlängenkonversions- element Licht abgestrahlt wird, das eine Mischung aus nicht- wellenlängenkonvertiertem Laserlicht und wellenlängenkonvertiertem Licht ist. Vorzugsweise sind die Halbleiterlasereinrichtung und das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement derart aufeinander abgestimmt, dass die Mischung aus nicht-wellenlängenkonvertiertem Laserlicht und wellenlängenkonvertiertem Licht weißes Licht ergibt. Die Beleuchtungseinrichtung dient beispielsweise als Lichtquelle für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer. The invention relates to a lighting device with a semiconductor laser device which is designed to generate a plurality of laser light beams, and with at least one light wavelength conversion element which is designed to convert light of the laser light beam proportionally into light of a different wavelength, such that light from at least one light wavelength conversion element which is a mixture of non-wavelength-converted laser light and wavelength-converted light. Preferably, the semiconductor laser device and the at least one light wavelength conversion element are matched to one another such that the mixture of non-wavelength-converted laser light and wavelength-converted light yields white light. The illumination device serves, for example, as a light source for a motor vehicle headlight.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Bei Beleuchtungseinrichtungen, die mit einer Halbleiterlasereinrichtung aus- gestattet sind, können die von der Halbleiterlasereinrichtung erzeugten Laserlichtbündel einen richtungsabhängigen Grad der Aufweitung bzw. Divergenz besitzen, der Probleme bei der Erzeugung bzw. Abbildung einer gewünschten Lichtverteilung verursacht. Die richtungsabhängige Aufweitung bzw. Divergenz eines Laserlichtbündels wird mit Hilfe der Begriffe Slow-Axis und Fast-Axis erfasst. In einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserlichtbündels bezeichnet der Begriff Slow-Axis die Richtung minimaler Divergenz des Laserlichtbündels und der Begriff Fast-Axis die Richtung maximaler Divergenz des Laserlichtbündels. Die Divergenz eines Laserlichtbündels wird mit Hilfe von zwei, in der Regel unterschiedlichen Divergenz- winkeln für die Fast-Axis und die Slow-Axis angegeben. Der Divergenzwinkel für die Fast-Axis bzw. Slow-Axis bezeichnet in einem Längsschnitt durch das Laserlichtbündel, der entlang der Fast-Axis bzw. Slow-Axis geführt wird, den
von den Randstrahlen des Laserlichtbündels eingeschlossenen Winkel. Die Form und Größe eines Lichtflecks bzw. Laserspots, den ein Laserlichtbündel auf der Oberfläche eines Schirms oder eines Lichtwellenlängenkonversions- elements erzeugt, ist daher abhängig von dem ursprünglichen Profil des La- serlichtbündels unmittelbar nach dem Verlassen der Halbleiterlasereinrichtung und von der Länge des Weges, den das Laserlichtbündel zwischen der Halbleiterlasereinrichtung und dem Schirm bzw. einem Lichtwellenlängen- konversionselement zurückgelegt hat. In illumination devices equipped with a semiconductor laser device, the laser light beams generated by the semiconductor laser device may have a directional degree of divergence, which causes problems in producing a desired light distribution. The direction-dependent widening or divergence of a laser light beam is recorded using the terms slow-axis and fast-axis. In a plane perpendicular to the propagation direction of the laser light bundle, the term slow axis denotes the direction of minimum divergence of the laser light bundle and the term fast axis denotes the direction of maximum divergence of the laser light beam. The divergence of a laser light beam is given by means of two, usually different divergence angles for the fast axis and the slow axis. The divergence angle for the fast axis or slow axis denotes in a longitudinal section through the laser light beam, which is guided along the fast axis or slow axis, the from the peripheral rays of the laser light beam included angle. The shape and size of a laser spot which a laser light beam generates on the surface of a screen or of a light wavelength conversion element is therefore dependent on the original profile of the laser light beam immediately after leaving the semiconductor laser device and on the length of the path the laser light beam has traveled between the semiconductor laser device and the screen or a light wavelength conversion element.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung mit einer mehrere Laserlichtbündel erzeugenden Halbleiterlasereinrichtung und mit mindestens einem Lichtwellenlängenkonversionselement bereitzustellen, die eine verbesserte Justierung, Ausrichtung oder bzw. und Formung der Laserlichtbündel auf einer Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlän- genkonversionselements ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen aus dem Anspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt. It is an object of the present invention to provide a lighting device with a laser light beam generating a plurality of semiconductor laser device and having at least one light wavelength conversion element, which allows improved adjustment, alignment or or and shaping the laser light beam on a surface of the at least one light wavelength conversion element. This object is achieved by a lighting device with the features of claim 1. Particularly advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt eine Halbleiterlasereinrichtung, die ausgebildet ist, mehrere Laserlichtbündel zu erzeugen, und mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement, das ausgebildet ist, Licht der Laserlichtbündel zumindest anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren, sowie eine Optik, die ausgebildet ist, die Laserlichtbündel auf eine Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement zu lenken, wobei die Optik mindestens ein um mindestens eine Achse schwenkbares Spiegelelement aufweist, das ausgebildet ist, die Laserlichtbündel über zumindest einen Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements zu führen, und wobei die Optik Mittel zur Justierung einer Aufweitung bzw. Divergenz der Laserlichtbündel entlang einer Slow-Axis oder bzw. und entlang einer Fast-Axis der Laserlichtbündel auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des min-
destens einen Lichtwellenlängenkonversionselements sowie Mittel zur Homogenisierung der Ausleuchtung in Lichtflecken bzw. Laserspots, die von den Laserlichtbündeln auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements erzeugt werden, umfasst. The illumination device according to the invention has a semiconductor laser device which is designed to generate a plurality of laser light beams, and at least one light wavelength conversion element which is configured to convert light of the laser light beams at least partially into light of a different wavelength, and an optical system which is designed to project the laser light beams onto a surface the optics has at least one mirror element which is pivotable about at least one axis and which is designed to guide the laser light bundles over at least one surface section of the surface of the at least one light wavelength conversion element, and wherein the optics comprise means for adjusting an expansion or Divergence of the laser light bundles along a slow axis or and along a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the mini- at least one light wavelength conversion element and means for homogenizing the illumination in light spots or laser spots, which are generated by the laser light beams on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element comprises.
Dadurch kann eine präzise Ausrichtung der Laserlichtbündel relativ zueinander auf der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversions- elements gewährleistet werden und eine homogenere Ausleuchtung in von den Laserlichtbündeln auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements erzeugten Lichtflecken bzw. Laserspots erreicht werden. Insbesondere können dadurch die Laserspotgröße und die Laserspotform sowie die Anordnung jedes Laserlichtbündels auf dem Oberflächenabschnitt des mindestens einen Lichtwel- lenlängenkonversionselements justiert bzw. eingestellt werden und die Aus- leuchtung bzw. Beleuchtungsstärke innerhalb des jeweiligen Laserspots homogenisiert werden. As a result, a precise alignment of the laser light bundles relative to one another on the surface of the at least one light wavelength conversion element can be ensured and a more homogeneous illumination in light spots or laser spots generated by the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element can be achieved. In particular, the laser spot size and the laser spot shape as well as the arrangement of each laser light beam on the surface section of the at least one light wavelength conversion element can thereby be adjusted or adjusted and the illumination or illuminance within the respective laser spot can be homogenized.
Vorteilhafterweise sind die Optik und die Halbleiterlasereinrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung derart ausgebildet, dass die Laserlichtbündel jeweils parallel zu einer Abtastrichtung über einen Oberflächen- abschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversi- onselements geführt werden, und die Mittel zur Homogenisierung der Ausleuchtung in Lichtflecken, die von den Laserlichtbündeln erzeugt auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlän- genkonversionselements werden, sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass die Ausleuchtung in den Lichtflecken zumindest entlang einer senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Achse homogenisiert wird. Advantageously, the optics and the semiconductor laser device of the illumination device according to the invention are designed such that the laser light bundles are each guided parallel to a scanning direction over a surface portion of the surface of the at least one Lichtwellenlängenkonversi- onselements, and the means for homogenizing the illumination in light spots, the Laser light beams generated on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element are advantageously designed such that the illumination in the light spots is homogenized at least along an axis perpendicular to the scanning direction.
Dadurch kann ein Oberflächenabschnitt oder die gesamte Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements zeilenweise oder spaltenweise mit Laserlicht abgetastet werden und eine gewünschte Licht- Verteilung generiert werden. Insbesondere können die Laserlichtbündel mit-
tels des mindestens einen Spiegelelements simultan über die Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements geführt werden und dadurch mehrere Zeilen oder Spalten des Oberflächenabschnitts gleichzeitig mit Laserlicht abgetastet werden. Außerdem kann während des zei- lenweisen oder spaltenweisen Abtastens der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements durch zeitweiliges Ausschalten oder Dimmen oder betriebsstrommäßiges Überhöhen einzelner oder aller Laserlichtquellen der Halbleiterlasereinrichtung eine Lichtverteilung auf der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements variiert werden. Zusätzlich kann dadurch eine gleichmäßige Ausleuchtung bzw. Beleuchtungsstärke in den Lichtflecken bzw. Laserspots senkrecht zur Abtastrichtung bzw. Scanrichtung erreicht werden. Thereby, a surface portion or the entire surface of the at least one light wavelength conversion element can be scanned line by line or column by laser light and a desired light distribution can be generated. In particular, the laser light bundles can Simultaneously guided over the surface of the at least one light wavelength conversion element of the at least one mirror element and thereby scanned a plurality of rows or columns of the surface portion simultaneously with laser light. In addition, during line-wise or column-wise scanning of the surface of the at least one light wavelength conversion element, a light distribution on the surface of the at least one light wavelength conversion element can be varied by temporarily switching off or dimming or excessively high operating current levels of individual or all laser light sources of the semiconductor laser device. In addition, a uniform illumination or illuminance in the light spots or laser spots perpendicular to the scanning direction or scanning direction can thereby be achieved.
Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Homogenisierung der Ausleuchtung in Lichtflecken, die von den Laserlichtbündeln auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements werden, ein optisches Bauteil, das mehrere transparente Platten aufweist, die entlang einer Achse senkrecht zu ihrer Plattenebene aneinandergereiht sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten transparenten Platten ein Separationsmittel angeordnet ist, das Totalreflexion von Licht in den transpa- renten Platten an den Grenzflächen der transparenten Platten zu dem jeweiligen Separationsmittel ermöglicht. Das optische Bauteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, das nachstehend auch als optischer Homogenisator bezeichnet wird, ist ferner derart angeordnet, dass die Plattenebenen der transparenten Platten parallel zur Abtastrichtung ausgerichtet sind. Preferably, the means for homogenizing the illumination in light spots, which become of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element, an optical component comprising a plurality of transparent plates, which are arranged along an axis perpendicular to its plate plane, each between two adjacent transparent plates, a separation means is arranged, which allows total reflection of light in the transparent plates at the interfaces of the transparent plates to the respective separating means. The optical component of the illumination device according to the invention, which is also referred to below as an optical homogenizer, is further arranged such that the plate planes of the transparent plates are aligned parallel to the scanning direction.
Durch die vorgenannten Merkmale des optischen Bauteils der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung werden Laserlichtbündel, die auf eine nichtparallel, vorzugsweise senkrecht, zur Plattenebene verlaufende Stirnseite der transparenten Platten auftreffen, in die jeweilige Platte eingekoppelt und durch mehrfache Reflexion an den Grenzflächen zum Separationsmittel zu
einer der Stirnseite gegenüberliegenden Lichtauskoppelseite der jeweiligen transparenten Platte gelenkt, um dort wieder aus der Platte ausgekoppelt zu werden. Dabei wird durch die vorgenannte mehrfache Reflexion der Laserlichtbündel die Ausleuchtung bzw. Beleuchtungsstärke innerhalb von Licht- flecken bzw. Laserspots, die von den Laserlichtbündeln auf einem dem optischen Bauteil im Lichtstrahlengang nachgeordneten Schirm erzeugt werden, entlang einer Achse, die parallel zur Aneinanderreihungsrichtung der transparenten Platten bzw. senkrecht zur Plattenebene verläuft, homogenisiert. Due to the aforementioned features of the optical component of the illumination device according to the invention are laser light bundles which impinge on a non-parallel, preferably perpendicular to the plane of the plate extending end face of the transparent plates, coupled into the respective plate and by multiple reflection at the interfaces to the separation means one of the front side opposite Lichtauskoppelseite the respective transparent plate directed to be decoupled there again from the plate. As a result of the aforementioned multiple reflection of the laser light bundles, the illumination or illuminance within light spots or laser spots produced by the laser light bundles on a screen downstream of the optical component in the light beam path is along an axis parallel to the direction of stacking of the transparent plates or perpendicular to the plate plane, homogenized.
Das vorgenannten optische Bauteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungs- einrichtung besitzt vorzugsweise eine nicht parallel zur Plattenebene seiner transparenten Platten orientierte Lichtauskoppelfläche, an der das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement angeordnet ist. Die Lichtauskoppelfläche des optischen Bauteils wird von den Lichtauskoppelflächen der einzelnen transparenten Platten des optischen Bauteils gebildet. Durch die vorgenannte Anordnung des mindestens einen Lichtwellenlängenkonver- sionselements wird eine präzise zeilenweise Abtastung eines Oberflächenabschnitts oder der gesamten Oberfläche des mindestens einen Lichtwellen- längenkonversionselements mit mehreren Laserlichtbündeln ermöglicht. Insbesondere werden eine Einstellung der Abmessungen der von den Laser- lichtbündeln auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements erzeugten Laserspots sowie der Abstände zwischen den Laserspots senkrecht zur Abtastrichtung ermöglicht und eine homogene Ausleuchtung bzw. gleichmäßige Beleuchtungsstärke senkrecht zur Abtastrichtung in den von den Laserlichtbündeln auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellen- längenkonversionselements erzeugten Laserspots gewährleistet. The abovementioned optical component of the illumination device according to the invention preferably has a light outcoupling surface, which is oriented not parallel to the plate plane of its transparent plates and on which the at least one light wavelength conversion element is arranged. The light output surface of the optical component is formed by the light outcoupling surfaces of the individual transparent plates of the optical component. The aforementioned arrangement of the at least one light wavelength conversion element enables a precise line-by-line scanning of a surface section or the entire surface of the at least one light wavelength conversion element with a plurality of laser light bundles. In particular, an adjustment of the dimensions of the laser beam generated on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element laser spot and the distances between the laser spots perpendicular to the scanning possible and homogeneous illumination or uniform illuminance perpendicular to the scanning direction in the of the laser light bundles on the laser laser spot generated on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element.
Für den obengenannten Zweck und zur Trennung der einzelnen Laserlichtbündel sind die Optik und das mindestens eine, um mindestens eine Achse schwenkbare Spiegelelement der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrich- tung vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Laserlichtbündel jeweils in
nur eine der transparenten Platten des optischen Bauteils eingekoppelt werden. Es lassen sich insbesondere auch sehr geringe Abstände senkrecht zur Abtastrichtung zwischen den Laserspots einstellen. For the above-mentioned purpose and for the separation of the individual laser light bundles, the optics and the at least one mirror element, which is pivotable about at least one axis, of the illumination device according to the invention are preferably designed such that the laser light bundles each extend in only one of the transparent plates of the optical component are coupled. In particular, it is also possible to set very small distances perpendicular to the scanning direction between the laser spots.
Vorteilhafterweise ist das Lichtwellenlängenkonversionselement unmittelbar an der Lichtaustrittsfläche des optischen Homogenisators angeordnet. Dadurch können die Abmessungen der auf dem Lichtwellenlängenkonversi- onselement erzeugten Laserspots senkrecht zur Plattenebene der transparenten Platten des optischen Homogenisators über die Dicke der transparenten Platten und die Abstände zwischen den Laserspots senkrecht zur Plat- tenebene über die Abstände zwischen den transparenten Platten des optischen Homogenisators auf gewünschte Werte eingestellt werden. Advantageously, the light wavelength conversion element is arranged directly on the light exit surface of the optical homogenizer. As a result, the dimensions of the laser spots generated on the light wavelength conversion element perpendicular to the plane of the transparent plates of the optical homogenizer over the thickness of the transparent plates and the distances between the laser spots perpendicular to the plate plane over the distances between the transparent plates of the optical homogenizer to desired Values are set.
Vorzugsweise sind die Mittel zur Justierung einer Divergenz bzw. Aufweitung der Laserlichtbündel entlang einer Slow-Axis oder bzw. und einer Fast-Axis der Laserlichtbündel auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des min- destens einen Lichtwellenlängenkonversionselements derart ausgebildet sind, dass die Divergenz bzw. Aufweitung der Laserlichtbündel senkrecht zur Abtastrichtung justiert bzw. eingestellt ist, um eine sehr präzise Justierung der Ausrichtung der Laserlichtbündel relativ zueinander und der von ihnen verursachten Laserspots auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements zu gewährleisten. Besonders bevorzugt sind zu dem vorgenannten Zweck die Optik und die Halbleiterlasereinrichtung derart ausgebildet, dass die Slow-Axis der Laserlichtbündel auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements jeweils senkrecht zur Abtast- richtung angeordnet ist. The means for adjusting a divergence or widening of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles are preferably formed on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element such that the divergence or widening of the laser light bundles Laser light beam is adjusted perpendicular to the scanning direction or adjusted to ensure a very precise adjustment of the alignment of the laser light beam relative to each other and the laser spots caused by them on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element. For the aforementioned purpose, the optics and the semiconductor laser device are particularly preferably designed such that the slow axis of the laser light bundles is arranged on the surface section of the surface of the at least one light wavelength conversion element in each case perpendicular to the scanning direction.
Die Mittel zur Justierung einer Divergenz der Laserlichtbündel entlang einer Slow-Axis oder bzw. und einer Fast-Axis der Laserlichtbündel auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängen- konversionselements weisen vorteilhafterweise mindestens eine Lochblen- denvorrichtung zur Strahlformung der Laserlichtbündel auf. Vorzugsweise
weist die Lochblendenvornchtung für jedes Laserlichtbündel eine Lochblende auf, um jedes Laserlichtbündel zu formen. Insbesondere wird mittels der Lochblendenvorrichtung bzw. der Lochblenden gewährleistet, dass Randbereiche der Laserlichtbündel ausgeblendet werden, die Streulicht verursachen und das mindestens eine, um mindestens eine Achse schwenkbare Spiegelelement überstrahlen würden. The means for adjusting a divergence of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element advantageously have at least one pinhole device for beam shaping of the laser light bundles. Preferably The Lochwellvornchtung for each laser light bundle on a pinhole to form each laser light bundle. In particular, it is ensured by means of the pinhole diaphragm device or the pinhole diaphragms that edge regions of the laser light bundles are faded out, which cause stray light and which would over-irradiate at least one mirror element which can be pivoted about at least one axis.
Vorteilhafterweise umfassen die Mittel zur Justierung einer Divergenz bzw. Aufweitung der Laserlichtbündel entlang einer Slow-Axis oder bzw. und einer Fast-Axis der Laserlichtbündel auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements mindestens eine erste Zylinderlinse zur Fokussierung der Laserlichtbündel entlang ihrer Slow-Axis. Die mindestens eine erste Zylinderlinse ermöglicht eine Justierung der Laserspots der Laserlichtbündel auf der Spiegelfläche des schwenkbaren Spiegelelements und damit auch auf der Lichteinkoppelfläche des optischen Homogenisators in Richtung ihrer Slow-Axis. Die mindestens eine erste Zylinderlinse ist vorzugsweise als plan-konvexe Zylinderlinse ausgebildet, deren konvexe Krümmung in Richtung der Slow-Axis der Laserlichtbündel verläuft. Advantageously, the means for adjusting a divergence or expansion of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element comprise at least a first cylindrical lens for focusing the laser light bundles along their slow axis , The at least one first cylindrical lens makes it possible to adjust the laser spots of the laser light bundles on the mirror surface of the pivotable mirror element and thus also on the light coupling surface of the optical homogenizer in the direction of its slow axis. The at least one first cylindrical lens is preferably designed as a plano-convex cylindrical lens whose convex curvature runs in the direction of the slow axis of the laser light bundles.
Die Mittel zur Justierung einer Divergenz der Laserlichtbündel entlang einer Slow-Axis oder bzw. und einer Fast-Axis der Laserlichtbündel auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängen- konversionselements umfassen vorteilhafterweise mindestens ein asphärisches optisches Element zur Justierung der Laserlichtbündel entlang ihrer Fast-Axis. Das mindestens eine asphärische optische Element hat den weite- ren Vorteil, dass es zusätzlich auch fokussierend auf die Laserlichtbündel entlang der Slow-Axis wirkt. The means for adjusting a divergence of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element advantageously comprise at least one aspherical optical element for adjusting the laser light bundles along their fast axis , The at least one aspherical optical element has the further advantage that it additionally acts focusing on the laser light bundles along the slow axis.
Die Optik und die Halbleiterlasereinrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Fast- Axis der Laserlichtbündel auf dem Oberflächenabschnitt des mindestens ei-
nen Lichtwellenlängenkonversionselements jeweils parallel zur Abtastrichtung angeordnet ist. The optics and the semiconductor laser device of the illumination device according to the invention are preferably designed such that the fast axis of the laser light beam on the surface section of the at least one NEN light wavelength conversion element is arranged in each case parallel to the scanning direction.
Vorteilhafterweise umfassen die Mittel zur Justierung einer Divergenz der Laserlichtbündel entlang einer Slow-Axis oder bzw. und einer Fast-Axis der Laserlichtbündel auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements mindestens eine zweite Zylinderlinse, die zwecks Justierung der Divergenz bzw. Aufweitung zumindest eines Laserlichtbündels entlang der Fast Axis im Lichtstrahlengang mindestens eines Laserlichtbündels angeordnet ist. Die mindestens eine zweite Zylinderlinse ist vorzugsweise als plan-konkave Zylinderlinse ausgebildet, um eine Justierung der Aufweitung der Laserlichtbündel parallel zur Fast-Axis zu erreichen. Vorzugsweise verläuft die konkave Krümmung der mindestens einen plan-konkaven Zylinderlinse in Richtung der Fast-Axis der Laserlichtbündel, so dass die Wirkung der plan-konkaven Zylinderlinsen auf die Divergenz der Laserlichtbündel entlang der Fast-Axis beschränkt ist und sich insbesondere nicht auf die Divergenz entlang der Slow-Axis erstreckt. Advantageously, the means for adjusting a divergence of the laser light bundles along a slow axis and / or a fast axis of the laser light bundles on the surface portion of the surface of the at least one light wavelength conversion element comprise at least one second cylindrical lens for adjusting the divergence or widening of at least one laser light bundle along the fast axis in the light beam path at least one laser light beam is arranged. The at least one second cylindrical lens is preferably designed as a plano-concave cylindrical lens in order to achieve an adjustment of the widening of the laser light bundles parallel to the fast axis. Preferably, the concave curvature of the at least one plano-concave cylindrical lens runs in the direction of the fast axis of the laser light bundles, so that the effect of the plano-concave cylindrical lenses is limited to the divergence of the laser light bundles along the fast axis, and in particular not along the divergence the slow axis extends.
Die Halbleiterlasereinrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weist vorteilhafterweise mehrere Laserdioden auf, die jeweils ausgebil- det sind, während ihres Betriebs blaues Laserlicht zu erzeugen, und das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, blaues Laserlicht anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren, so dass von dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement weißes Licht emittiert wird, das eine Mischung aus nicht-wellenlängenkonvertiertem blauem Laserlicht und am mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement wellenlängenkonvertiertem Licht ist. Dadurch kann eine Lichtquelle für weißes Licht mit sehr hoher Leuchtdichte und Lichtintensität geschaffen werden, die insbesondere für Projektionsanwendungen, wie beispielsweise als Lichtquelle für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, vorteilhaft ist. Eine solche Beleuch-
tungseinrichtung wird auch als Laser-Activated-Remote-Phosphor- Beleuchtungseinrichtung oder als LARP-Beleuchtungseinrichtung bezeichnet, wobei die Abkürzung LARP für Laser-Activated-Remote-Phosphor steht. The semiconductor laser device of the illumination device according to the invention advantageously has a plurality of laser diodes, each of which is designed to generate blue laser light during its operation, and the at least one light wavelength conversion element of the illumination device according to the invention is preferably designed to convert blue laser light proportionately into light of different wavelength, so that is emitted from the at least one light wavelength conversion element white light, which is a mixture of non-wavelength-converted blue laser light and at least one light wavelength conversion element wavelength-converted light. Thereby, a light source for white light with very high luminance and light intensity can be created, which is particularly advantageous for projection applications, such as a light source for a motor vehicle headlight. Such an illumination The processing device is also referred to as a laser-activated remote phosphor illumination device or as a LARP illumination device, where the abbreviation LARP stands for laser-activated remote phosphor.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise als Be- standteil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers oder als Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet. Insbesondere können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung Lichtverteilungen für einen Kraftfahrzeug- Frontscheinwerfer erzeugt werden. Im Allgemeinen kann ein Kraftfahrzeug ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebun- denes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen oder Kraftrad. The illumination device according to the invention is preferably designed as a component of a motor vehicle headlight or as a motor vehicle headlight. In particular, light distributions for a motor vehicle headlight can be generated with the aid of the illumination device according to the invention. In general, a motor vehicle may be an aircraft or a waterborne vehicle or a land vehicle. The land-based vehicle may be a motor vehicle or a rail vehicle or a bicycle. Particularly preferred is the use of the vehicle headlight in a truck or passenger car or motorcycle.
Weitere Anwendungen sind in Scheinwerfern oder bzw. und in Leuchten für Bühnen- und Effektbeleuchtung, Außenbeleuchtung, Raumbeleuchtung oder Allgemeinbeleuchtung. Other applications are in headlamps or or and in lights for stage and effect lighting, outdoor lighting, room lighting or general lighting.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten von Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment. The figures show:
Fig. 1 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung in isometrischer, schematischer Darstellung, 1 shows a lighting device according to the preferred embodiment of the invention in an isometric, schematic representation,
Fig. 2 eine Draufsicht auf wesentliche Komponenten der in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung, FIG. 2 shows a plan view of essential components of the illumination device depicted in FIG. 1, FIG.
Fig. 3 eine Seitenansicht der Halbleiterlasereinrichtung, der asphäri- sehen Linsen und der Lochblenden sowie des ersten Umlenkspie-
gels der in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung in schematischer Darstellung, eine Seitenansicht des ersten Umlenkspiegels, der plan-konkaven Zylinderlinse und des zweiten Umlenkspiegels der in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung in schematischer Darstellung, eine Seitenansicht des zweiten Umlenkspiegels, der plankonvexen Zylinderlinse und des um eine Achse schwenkbaren Mikrospiegels der in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung in schematischer Darstellung, eine Seitenansicht des um eine Achse schwenkbaren Mikrospiegels und des optischen Bauteils zur Homogenisierung der Ausleuchtung bzw. Beleuchtungsstärke sowie des Lichtwellenlängen- konversionselements der in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung in schematischer Darstellung, einen Längsschnitt durch das optische Bauteil zur Homogenisierung der Ausleuchtung bzw. Beleuchtungsstärke in schematischer Darstellung, eine schematische Darstellung der Aufweitung bzw. Divergenz eines Laserlichtbündels, das von der Halbleiterlasereinrichtung der in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung emittiert wurde, 3 shows a side view of the semiconductor laser device, the aspherical lenses and the pinhole apertures and the first deflecting mirror gels of the illumination device shown in Figures 1 and 2 in a schematic representation, a side view of the first deflecting mirror, the plano-concave cylindrical lens and the second deflecting mirror of the illustrated in Figures 1 and 2 illumination device in a schematic representation, a side view of the second deflecting mirror, the plano-convex Cylindrical lens and the pivotable about an axis micromirror of the illumination device shown in Figures 1 and 2 in a schematic representation, a side view of the pivotable about an axis micromirror and the optical component for homogenizing the illumination or illuminance and the Lichtwellenlängen- conversion element of the in the figures 1 and 2 illustrated illumination device in a schematic representation, a longitudinal section through the optical component for homogenizing the illumination or illuminance in a schematic representation, a schematic representation of the expansion divergence of a laser light beam emitted by the semiconductor laser device of the illumination device depicted in FIGS. 1 and 2;
Fig. 9 eine schematische Darstellung der Wirkung des optischen Bauteils zur Homogenisierung der Ausleuchtung bzw. der Beleuchtungsstärke auf die Laserlichtbündel, und 9 shows a schematic illustration of the effect of the optical component for homogenizing the illumination or illuminance on the laser light bundles, and FIG
Fig. 10 eine Draufsicht auf die mit Laserlicht beleuchtete Oberfläche des 10 is a plan view of the illuminated with laser light surface of
Lichtwellenlängenkonversionselements der in den Figuren 1 und 2
abgebildeten Beleuchtungseinrichtung in schematischer Darstel- Lichtwellenlängenkonversionselements that in Figures 1 and 2 illustrated illumination device in a schematic representation
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Preferred embodiment of the invention
In den Figuren 1 und 2 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Beleuchtungseinrichtung 1 ist als Bestandteil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ausgebildet, der zum Erzeugen von Abblendlicht, Fernlicht, dynamisches Kurvenlicht und weiterer Beleuchtungsfunktionen des Kraftfahrzeugscheinwerfers dient. In Figures 1 and 2, a lighting device 1 according to the preferred embodiment of the invention is shown schematically. This lighting device 1 is formed as part of a motor vehicle headlight, which is used for generating dipped beam, high beam, dynamic cornering light and other lighting functions of the motor vehicle headlight.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 besitzt ein quaderförmiges Gehäuse 2, eine sechs Laserdioden 31 bis 36 aufweisende Halbleiterlasereinrichtung 30, drei Umlenkprismen 37 bis 39, sechs asphärische optische Linsen 41 bis 46, eine sechs Lochblenden 71 bis 76 aufweisende Lochblendenvorrichtung 70, eine plan-konkave optische Linse 5, zwei Umlenkspiegel 61 , 62, eine plankonvexe Zylinderlinse 7, einen um eine Achse 80 schwenkbaren Mikrospie- gel 8, ein optisches Bauteil 900 zur Homogenisierung der Ausleuchtung, das nachstehend auch als optischer Homogenisator bezeichnet wird, und ein Lichtwellenlängenkonversionselement 9. Die vorgenannten Komponenten der Beleuchtungseinrichtung 1 sind alle im Gehäuse 2 bzw. an einer Wand 21 bis 24 oder am Boden 20 des Gehäuses 2 angeordnet. Die Halbleiterla- sereinrichtung 30, die Umlenkprismen 37 bis 39 und die asphärischen Linsen 41 bis 46 werden auch als Beamcombiner 3 bezeichnet. In den Figuren 3 bis 6 ist der Laserlichtstrahlengang zwischen einigen Komponenten der Beleuchtungseinrichtung 1 schematisch dargestellt. The illumination device 1 has a cuboidal housing 2, a semiconductor laser device 30 having six laser diodes 31 to 36, three deflection prisms 37 to 39, six aspheric optical lenses 41 to 46, a pinhole device 70 comprising six apertured diaphragms 71 to 76, a plano-concave optical lens 5 , two deflecting mirrors 61, 62, a plano-convex cylindrical lens 7, a micromirror 8 pivotable about an axis 80, an optical component 900 for homogenizing the illumination, which is also referred to below as an optical homogenizer, and a light wavelength conversion element 9. The abovementioned components of FIGS Lighting device 1 are all arranged in the housing 2 or on a wall 21 to 24 or on the bottom 20 of the housing 2. The semiconductor laser device 30, the deflection prisms 37 to 39 and the aspherical lenses 41 to 46 are also referred to as beam combiners 3. In FIGS. 3 to 6, the laser light beam path between some components of the illumination device 1 is shown schematically.
Das Gehäuse 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 besteht aus Metall, vorzugs- weise Aluminium, und besitzt einen Boden 20 und vier Seitenwände 21 bis 24 sowie einen Deckel, der in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigt ist. Der Boden 20 und die Seitenwände 21 bis 24 dienen als Träger für die Komponen-
ten der Beleuchtungseinrichtung 1 . Die Außenabmessungen des quaderförmigen Gehäuses 2 betragen 100 mm mal 100 mm mal 50 mm. The housing 2 of the lighting device 1 is made of metal, preferably aluminum, and has a bottom 20 and four side walls 21 to 24 and a lid, which is not shown in Figures 1 and 2. The bottom 20 and the side walls 21 to 24 serve as a carrier for the components th the lighting device. 1 The outer dimensions of the cuboid housing 2 are 100 mm by 100 mm by 50 mm.
Die Halbleiterlasereinrichtung 30 weist sechs gleichartige Laserdioden 31 , 32, 33, 34, 35 und 36 auf, die während ihres Betriebs jeweils blaues Laser- licht mit einer Wellenlänge von 450 Nanometer emittieren. Die Laserdioden 31 bis 36 sind in zwei, parallel zum Boden 20 verlaufenden Zeilen und in drei senkrecht zum Boden 20 verlaufenden Spalten angeordnet. Die Laserdioden 31 bis 36 sind derart an einer ersten Seitenwand 21 des Gehäuses 2 befestigt, dass die von den Laserdioden 31 bis 36 abgestrahlten Laserlichtbündel 1 1 bis 16 jeweils senkrecht zum Boden 20 und parallel zur ersten Seitenwand 21 ausgerichtet sind. In Figur 3 ist die Anordnung und Ausrichtung der Laserdioden 31 bis 36 schematisch dargestellt. Die Laserdioden 31 , 33, 35 sind in einer ersten, parallel zum Boden 20 des Gehäuses verlaufenden Zeile über dem Boden 20 angeordnet und derart ausgerichtet, dass die von ihnen abgestrahlten Laserlichtbündel 1 1 , 13, 15 jeweils senkrecht zum Boden 20 verlaufen und zum Gehäusedeckel (nicht abgebildet) gerichtet sind, der dem Boden 20 gegenüberliegt. Die Laserdioden 32, 34, 36 sind in einer zweiten, parallel zum Boden 20 des Gehäuses verlaufenden Zeile angeordnet, die in größerer Höhe über dem Boden 20 verläuft als die erste Zeile. Die Laserdio- den 32, 34, 36 sind derart ausgerichtet, dass die von ihnen abgestrahlten Laserlichtbündel 12, 14, 16 jeweils senkrecht zum Boden 20 verlaufen und zum Boden 20 gerichtet sind. Die Laserdioden 31 , 32 und 33, 34 sowie 35, 36 sind jeweils übereinander an der ersten Seitenwand 21 des Gehäuses 2 fixiert. Die von den Laserdioden 31 bis 36 abgestrahlten Laserlichtbündel 1 1 bis 16 weisen jeweils ein stark elliptisches Profil mit einer Ausdehnung von 30 Mikrometer in Richtung der großen Halbachse der Ellipse und 1 Mikrometer in Richtung der kleinen Halbachse der Ellipse auf. Außerdem ist die Aufweitung bzw. Divergenz der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 jeweils richtungsabhängig. In Figur 8 ist dieser Sachverhalt anhand des Laserlichtbündels 1 1 schematisch
dargestellt. Die Lichtausbreitungsrichtung des Laserlichtbündels 1 1 ist durch einen Pfeil 1 10 dargestellt. Die Aufweitung bzw. Divergenz des Laserlichtbündels 1 1 ist mit Hilfe von zwei fiktiven Ebenen E1 , E2 schematisch dargestellt, die jeweils senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung 1 10 mit Abstand zueinander angeordnet sind. Unmittelbar nach dem Verlassen der Laserdiode 31 besitzt das Laserlichtbündel 1 1 ein elliptisches Profil wie es beispielsweise in Figur 8 schematisch dargestellt ist, so dass das Laserlichtbündel 1 1 auf einem Schirm, der in einer Ebene E1 senkrecht zur Ausbreitungsrichtung 1 10 des Laserlichtbündels 1 1 angeordnet ist, einen Laserleuchtfleck bzw. Laserspot L1 mit elliptischer Kontur verursacht. Fast-Axis FA und Slow-Axis SA sind senkrecht zueinander angeordnet und jeweils senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung 1 10 angeordnet. Der Divergenzwinkel des Laserlichtbündels 1 1 ist entlang seiner Fast-Axis FA ungefähr viermal bis fünfmal so groß wie sein Divergenzwinkel entlang seiner Slow-Axis SA. Diese unter- schiedliche Divergenz des Laserlichtbündels 1 1 entlang der Slow-Axis SA und Fast-Axis FA führt dazu, dass Form und Größe der vom Laserlichtbündel 1 1 verursachten Laserspots L1 , L2 auf Schirmen, die in Ebenen E1 , E2 senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung 1 10 mit unterschiedlichen Abständen zur Laserdiode 31 aufgestellt sind, unterschiedlich sind. Insbesondere wird aus dem vom Laserlichtbündel 1 1 verursachten Laserspot L1 mit der Kontur einer vertikal ausgerichteten Ellipse bei ausreichend großer Entfernung zur Laserdiode 31 ein Laserspot L2 mit der Kontur einer horizontal ausgerichteten Ellipse in der Darstellung der Figur 8. In Figur 8 ist zusätzlich auch die Verteilung der Lichtintensität im Laserlichtbündel 1 1 schematisch dargestellt. Das Laserlichtbündel 1 1 besitzt ein Profil mit einer gaußkurvenförmigen Verteilung der Lichtintensität im Laserlichtbündel 1 1 . Das heißt, dass die Lichtintensität im Laserlichtbündel 1 1 , ausgehend von einem Maximum, das im Zentrum des Laserlichtbündels 1 1 erreicht ist, in Richtung zu seinem Rand gemäß dem Verlauf einer Gaußkurve auf ein Minimum abnimmt. Die Laser- lichtintensität ist somit inhomogen im Laserlichtbündel 1 1 verteilt. In Figur 8 ist eine Schnittebene E3 gezeichnet, die senkrecht zur Ebene E1 orientiert ist, und eine in der Ebene E3 gezeichnete Gaußkurve G stellt schematisch
die Verteilung der Lichtintensität im Laserlichtbündel 1 1 dar. Demzufolge ist auch die Ausleuchtung bzw. die Beleuchtungsstärke innerhalb eines Lichtflecks oder Laserspots L1 , L2, der von dem Laserlichtbündel 1 1 auf einem Schirm in der Ebene E1 oder E2 senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung 30 des Laserlichtbündels 1 1 erzeugt wird, entsprechend inhomogen. Der Grad der Ausleuchtung bzw. die Beleuchtungsstärke in dem Laserspot L1 , L2 auf einem in der Ebene E1 , E2 platzierten Schirm besitzt ebenfalls einen gauß- kurvenförmigen Verlauf. Das heißt, der jeweilige Laserspot L1 , L2 besitzt in seinem Zentrum die maximale Beleuchtungsstärke. Zum Rand des Laser- spots L1 , L2 nimmt die Beleuchtungsstärke gemäß dem Verlauf einer Gauß- kurve ab. The semiconductor laser device 30 has six similar laser diodes 31, 32, 33, 34, 35 and 36, which each emit blue laser light with a wavelength of 450 nanometers during their operation. The laser diodes 31 to 36 are arranged in two, parallel to the bottom 20 extending lines and in three perpendicular to the bottom 20 extending columns. The laser diodes 31 to 36 are attached to a first side wall 21 of the housing 2 in such a way that the laser light beams 1 1 to 16 emitted by the laser diodes 31 to 36 are aligned perpendicular to the bottom 20 and parallel to the first side wall 21. In Figure 3, the arrangement and orientation of the laser diodes 31 to 36 is shown schematically. The laser diodes 31, 33, 35 are arranged in a first, parallel to the bottom 20 of the housing line above the bottom 20 and aligned such that the laser beam emitted by them 1 1, 13, 15 each perpendicular to the bottom 20 and the housing cover (not shown), which is opposite to the bottom 20. The laser diodes 32, 34, 36 are arranged in a second, parallel to the bottom 20 of the housing line extending at a greater height above the bottom 20 than the first line. The laser diodes 32, 34, 36 are aligned in such a way that the laser light beams 12, 14, 16 emitted by them each extend perpendicular to the floor 20 and are directed towards the floor 20. The laser diodes 31, 32 and 33, 34 and 35, 36 are each fixed to one another on the first side wall 21 of the housing 2. The laser light beams 1 1 to 16 radiated from the laser diodes 31 to 36 each have a highly elliptical profile with an extension of 30 micrometers in the direction of the large semiaxis of the ellipse and 1 micrometer in the direction of the small semiaxis of the ellipse. In addition, the expansion or divergence of the laser light beams 1 1 to 16 are each direction-dependent. In Figure 8, this fact is based on the laser light beam 1 1 schematically shown. The light propagation direction of the laser light beam 1 1 is represented by an arrow 110. The expansion or divergence of the laser light beam 1 1 is schematically illustrated by means of two fictitious planes E1, E2, which are each arranged perpendicular to the light propagation direction 1 10 at a distance from each other. Immediately after leaving the laser diode 31, the laser light beam 1 1 has an elliptical profile as shown schematically in Figure 8, for example, so that the laser light beam 1 1 on a screen, which is arranged in a plane E1 perpendicular to the propagation direction 1 10 of the laser light beam 1 1 is a laser spot or laser spot L1 caused by elliptical contour. Fast-Axis FA and Slow-Axis SA are arranged perpendicular to each other and each perpendicular to the light propagation direction 1 10 arranged. The divergence angle of the laser light beam 11 is approximately four times to five times its divergence angle along its slow axis SA along its fast axis FA. This different divergence of the laser light beam 1 1 along the slow axis SA and fast axis FA results in the shape and size of the laser spots L1, L2 caused by the laser light beam 11 on screens which are perpendicular to the light propagation direction 1 in planes E1, E2 10 are placed at different distances from the laser diode 31, are different. In particular, from the laser spot L1 caused by the laser light beam 1 1 with the contour of a vertically oriented ellipse at a sufficiently great distance to the laser diode 31, a laser spot L2 with the contour of a horizontally aligned ellipse in the representation of FIG. 8 is shown in FIG. 8 the light intensity in the laser light beam 1 1 shown schematically. The laser light beam 1 1 has a profile with a Gaussian curve-shaped distribution of the light intensity in the laser light beam 1 1. That is, the light intensity in the laser light beam 1 1, starting from a maximum reached in the center of the laser light beam 11, decreases toward its edge according to the course of a Gaussian curve to a minimum. The laser light intensity is thus inhomogeneously distributed in the laser light beam 11. In Figure 8, a sectional plane E3 is drawn, which is oriented perpendicular to the plane E1, and a drawn in the plane E3 Gaussian G represents schematically Accordingly, the illumination or the illuminance within a light spot or laser spot L1, L2, that of the laser light beam 1 1 on a screen in the plane E1 or E2 perpendicular to the light propagation direction 30 of the laser light beam 1 is the distribution of the light intensity in the laser light beam 1 is generated, correspondingly inhomogeneous. The degree of illumination or the illuminance in the laser spot L1, L2 on a screen placed in the plane E1, E2 likewise has a gaussian curve. That is, the respective laser spot L1, L2 has in its center the maximum illuminance. To the edge of the laser spot L1, L2, the illuminance decreases according to the course of a Gaussian curve.
In Figur 3 ist schematisch die Anordnung der sechs Laserdioden 31 bis 36 der Halbleiterlasereinrichtung 30 und der Umlenkprismen 37 bis 39 sowie der asphärischen Linsen 41 bis 46 dargestellt. Die von den Laserdioden 31 bis 36 erzeugten Laserlichtbündel 1 1 bis 16 sind in den Figuren 1 bis 5 durch Linien 1 1 bis 16 dargestellt, welche die Ausbreitungsrichtungen der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 zeigen. Die Laserdioden 31 bis 36 erzeugen während des Betriebs jeweils blaues Laserlicht mit einer Wellenlänge von 450 Nano- meter und einem Divergenzwinkel von ca. 23 Grad entlang der Fast-Axis so- wie einem Divergenzwinkel von ca. 6 Grad entlang der Slow-Axis. FIG. 3 schematically shows the arrangement of the six laser diodes 31 to 36 of the semiconductor laser device 30 and the deflecting prisms 37 to 39 and the aspherical lenses 41 to 46. The laser light beams 1 1 to 16 generated by the laser diodes 31 to 36 are shown in FIGS. 1 to 5 by lines 1 1 to 16, which show the propagation directions of the laser light beams 1 1 to 16. During operation, the laser diodes 31 to 36 respectively generate blue laser light with a wavelength of 450 nanometers and a divergence angle of approximately 23 degrees along the fast axis and a divergence angle of approximately 6 degrees along the slow axis.
Jeder Laserdiode 31 bis 36 ist eine asphärische optische Linse 41 bis 46 zugeordnet, die von den Laserlichtbündeln 1 1 bis 16 jeweils unmittelbar nach dem Verlassen der jeweiligen Laserdiode 31 bis 36 passiert wird. Die Brennweiten der asphärischen optischen Linsen 41 bis 46 sind derart gewählt und mit den anderen optischen Komponenten der Beleuchtungseinrichtung 1 abgestimmt, dass die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 auf einer Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 jeweils einen Laserspot L1 1 bis L16 erzeugen, dessen Ausdehnung in horizontaler Richtung einen gewünschten Wert von beispielsweise jeweils 360 Mikrometer aufweisen.
Mit Hilfe von zwei Spiegelflächen des ersten Umlenkprismas 37, das zwischen der ersten 31 und zweiten Laserdiode 32 angeordnet ist, werden das erste 1 1 und zweite Laserlichtbündel 12 jeweils um einen Winkel von 90 Grad umgelenkt, so dass beide Laserlichtbündel 1 1 , 12 jeweils parallel zum Boden 20 des Gehäuses 2 und in dieselbe Richtung verlaufen. Analog dazu werden mit Hilfe von zwei Spiegelflächen des zweiten Umlenkprismas 38, das zwischen der dritten 33 und vierten Laserdiode 34 angeordnet ist, das dritte 13 und vierte Laserlichtbündel 14 jeweils um einen Winkel von 90 Grad umgelenkt, so dass beide Laserlichtbündel 13, 14 jeweils parallel zum Boden 20 des Gehäuses 2 und in dieselbe Richtung verlaufen. Ebenso werden mit Hilfe von zwei Spiegelflächen des dritten Umlenkprismas 39, das zwischen der fünften 35 und sechsten Laserdiode 36 angeordnet ist, das fünfte 15 und sechste Laserlichtbündel 16 jeweils um einen Winkel von 90 Grad umgelenkt, so dass beide Laserlichtbündel 15, 16 jeweils parallel zum Boden 20 des Gehäuses 2 und in dieselbe Richtung verlaufen. Insgesamt verlaufen damit alle sechs Laserlichtbündel 1 1 bis 16 nach dem Verlassen des Beam- combiners 3 parallel zum Boden 20 und in dieselbe Richtung. Nach dem Verlassen des Beamcombiners 3 ist die Fast-Axis FA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 in der Darstellung der Figur 3 jeweils senkrecht zur Zeichenblattebene orientiert und ihre Slow-Axis SA liegt jeweils in der Zeichenblattebene. Fast- Axis FA und Slow-Axis SA sind jeweils senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 orientiert. Each laser diode 31 to 36 is associated with an aspherical optical lens 41 to 46, which is passed by the laser light beams 1 1 to 16 each immediately after leaving the respective laser diode 31 to 36. The focal lengths of the aspherical optical lenses 41 to 46 are selected and tuned with the other optical components of the illumination device 1 such that the laser light beams 1 1 to 16 on a surface 90 of the light wavelength conversion element 9 each generate a laser spot L1 1 to L16 whose extent is horizontal Direction have a desired value, for example, each 360 microns. With the aid of two mirror surfaces of the first deflection prism 37, which is arranged between the first 31 and second laser diode 32, the first 1 1 and second laser light beam 12 are each deflected by an angle of 90 degrees, so that both laser light beams 1 1, 12 each parallel to the bottom 20 of the housing 2 and in the same direction. Similarly, with the aid of two mirror surfaces of the second deflection prism 38, which is arranged between the third 33 and fourth laser diode 34, the third 13 and fourth laser light beams 14 are each deflected by an angle of 90 degrees, so that both laser light beams 13, 14 each parallel to the bottom 20 of the housing 2 and in the same direction. Likewise, with the aid of two mirror surfaces of the third deflection prism 39, which is arranged between the fifth 35 and sixth laser diode 36, the fifth 15 and sixth laser light beams 16 are each deflected by an angle of 90 degrees, so that both laser light beams 15, 16 are parallel to the mirror Floor 20 of the housing 2 and extend in the same direction. Overall, all six laser light bundles 11 to 16 thus run parallel to the ground 20 and in the same direction after leaving the beam combiner 3. After leaving the beam combiner 3, the fast axis FA of the laser light beams 1 1 to 16 in the illustration of FIG. 3 is oriented perpendicular to the plane of the drawing and its slow axis SA lies in the plane of the drawing. Fast axis FA and slow axis SA are each oriented perpendicular to the light propagation direction of the laser light beams 1 1 to 16.
Am Ausgang des Beamcombiners 3 ist die Lochblendenvorrichtung 70 angeordnet, die sechs vertikal übereinander angeordnete, schlitzartige Lochblen- den 71 bis 76 aufweist. Die Lochblenden 71 bis 76 besitzen jeweils eine Höhe von 500 Mikrometer und eine Breite von 75 Mikrometer. Die Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Lochblenden 71 bis 76 können entsprechend einem gewünschten Winkelbereich für die Ausleuchtung in vertikaler Richtung eingestellt werden. Die schlitzartigen Lochblenden 71 bis 76 blen- den jeweils Randbereiche der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 aus, um Streulicht zu vermeiden.
Nach dem Passieren der Lochblenden 71 bis 76 treffen die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 auf den ersten Umlenkspiegel 61 , der in der von der ersten 21 und zweiten Seitenwand 22 gebildeten Ecke angeordnet ist. Mit Hilfe des ersten Umlenkspiegels 61 werden die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 jeweils um einen Winkel von 90 Grad umgelenkt, so dass sie in unterschiedlicher Höhe über dem Boden 20 und jeweils parallel zur zweiten Seitenwand 22 und zum Boden 20 verlaufen. Die Fast-Axis FA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 ist jeweils parallel zum Boden 20 orientiert und die Slow-Axis SA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 ist jeweils senkrecht zum Boden 20 angeordnet. Die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 durchlaufen eine plan-konkave Zylinderlinse 5, die schematisch in Figur 4 dargestellt sind. Die plan-konkave Zylinderlinse 5 ist derart orientiert, dass ihre konkave Krümmung in Richtung bzw. entlang der Fast-Axis FA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 verläuft. Dadurch werden die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 jeweils nur entlang ihrer Fast-Axis FA aufgeweitet. Die plan-konkave Zylinderlinse 5 wirkt nicht auf die Divergenz der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 entlang ihrer Slow-Axis SA. At the output of the beam combiner 3, the pinhole device 70 is arranged, which has six vertically stacked, slot-like pinholes 71 to 76. The pinholes 71 to 76 each have a height of 500 microns and a width of 75 microns. The distances between each two adjacent pinhole apertures 71 to 76 can be adjusted in accordance with a desired angular range for the illumination in the vertical direction. The slit-like apertured apertures 71 to 76 each hide edge regions of the laser light beams 1 1 to 16 in order to avoid scattered light. After passing through the apertured diaphragms 71 to 76, the laser light beams 1 1 to 16 strike the first deflecting mirror 61, which is arranged in the corner formed by the first 21 and second side wall 22. With the aid of the first deflecting mirror 61, the laser light beams 1 1 to 16 are each deflected by an angle of 90 degrees, so that they run at different heights above the ground 20 and parallel to the second side wall 22 and the bottom 20. The fast axis FA of the laser light beams 1 1 to 16 is oriented in each case parallel to the bottom 20 and the slow axis SA of the laser light beams 1 1 to 16 is arranged perpendicular to the bottom 20 in each case. The laser light beams 1 1 to 16 pass through a plano-concave cylindrical lens 5, which are shown schematically in FIG. The plano-concave cylindrical lens 5 is oriented in such a way that its concave curvature runs in the direction or along the fast axis FA of the laser light beams 11 to 16. As a result, the laser light beams 1 1 to 16 are only widened along their fast axis FA. The plano-concave cylindrical lens 5 does not act on the divergence of the laser light beams 1 1 to 16 along its slow axis SA.
Nach dem Passieren der plan-konkaven Zylinderlinse 5 treffen die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 auf den zweiten Umlenkspiegel 62. Mit Hilfe des zweiten Umlenkspiegels 62, der in der von der zweiten 22 und dritten Seitenwand 23 des Gehäuses 2 gebildeten Ecke angeordnet ist, werden die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 um einen Winkel von 45 Grad umgelenkt, so dass sie nach dem Passieren der plan-konvexen Zylinderlinse 7 auf den mittig im Gehäuse 2 angeordneten Mikrospiegel 8 treffen. Die beiden Umlenkspiegel 61 , 62 ermöglichen eine kompakte Anordnung der Komponenten der Beleuchtungs- einrichtung 1 im Gehäuse 2. After passing through the plano-concave cylindrical lens 5, the laser light beams 1 1 to 16 strike the second deflection mirror 62. With the aid of the second deflection mirror 62, which is arranged in the corner formed by the second 22 and third side wall 23 of the housing 2, the Laser light beam 1 1 to 16 deflected by an angle of 45 degrees, so that they meet after passing through the plano-convex cylindrical lens 7 on the centrally arranged in the housing 2 micromirror 8. The two deflecting mirrors 61, 62 allow a compact arrangement of the components of the lighting device 1 in the housing 2.
Der Mikrospiegel 8 ist als MEMS Spiegel ausgebildet, wobei die Abkürzung MEMS für Micro-Electro-Mechanical System steht. Die Abmessungen der Spiegelfläche des Mikrospiegels 8 betragen 5 mm mal 1 ,5 mm. Der Mikrospiegel 8 ist in einer Halterung 81 auf einem Sockel 82 am Boden 20 des Gehäuses 2 fixiert, so dass er um eine vertikal zum Boden 20 verlaufende
Schwenkachse 80 schwenkbar ist. Mit Hilfe des Mikrospiegels 8 werden die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 über den optischen Homogen isator 900 auf die Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 gelenkt. Durch eine Schwenkbewegung des Mikrospiegels 8 um seine Schwenkachse 80 wird ein Oberflächenabschnitt der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkon- versionselements 9 zeilenweise mit den Laserlichtbündeln 1 1 bis 16 abgetastet. Zur Abtastung oszilliert der Mikrospiegel 8 um seine Schwenkachse 80 mit einer Frequenz von beispielsweise 133 Hz. Der mit den Laserlichtbündeln 1 1 bis 16 beleuchtbare Oberflächenabschnitt der Oberfläche 90 des Lichtwel- lenlängenkonversionselements 9 ist durch den Schwenkbereich 17 des Mikrospiegels 8 begrenzt. In Figur 1 ist mittels gestrichelter Linien 17 der maximale Schwenkbereich schematisch dargestellt. Die Ansteuerung des Mikrospiegels 8 erfolgt elektro-magnetisch. Dadurch kann der Mikrospiegel 8 anstelle einer Oszillationsbewegung auch statisch betrieben werden, um ihn beispielsweise in einer gewünschten Orientierung festzuhalten, oder es kann die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung verändert werden oder die Schwenkbewegung nur über einen Teil des maximalen Schwenkbereichs ausgeführt werden. Der maximale Schwenkbereich kann kleiner oder größer sein als die lateralen Abmessungen des Lichtwellenlängenkonversionsele- ments. The micromirror 8 is designed as a MEMS mirror, wherein the abbreviation MEMS stands for Micro-Electro-Mechanical System. The dimensions of the mirror surface of the micromirror 8 are 5 mm by 1.5 mm. The micromirror 8 is fixed in a holder 81 on a base 82 on the bottom 20 of the housing 2, so that it extends around a vertical to the bottom 20 extending Swivel axis 80 is pivotable. With the aid of the micromirror 8, the laser light beams 1 1 to 16 are directed onto the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 via the optical homogenizer 900. By a pivoting movement of the micromirror 8 about its pivot axis 80, a surface portion of the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 is scanned line by line with the laser light beams 11 to 16. For scanning, the micromirror 8 oscillates about its pivot axis 80 at a frequency of, for example, 133 Hz. The surface portion of the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 which can be illuminated by the laser light beams 11 to 16 is limited by the pivoting range 17 of the micromirror 8. In FIG. 1, the maximum pivoting range is shown schematically by means of dashed lines 17. The control of the micromirror 8 is electro-magnetic. As a result, the micromirror 8 can also be operated statically instead of an oscillatory movement in order to hold it in a desired orientation, for example, or the speed of the pivoting movement can be changed or the pivoting movement can be carried out only over part of the maximum pivoting range. The maximum pivoting range may be smaller or larger than the lateral dimensions of the Lichtwellenlängenkonversionsele- ment.
In Figur 10 ist die Anordnung der von den Laserlichtbündeln 1 1 bis 16 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements erzeugten Laserspots L1 1 bis L16 entsprechend einer Momentaufnahme der Schwenkbewegung des Mikrospiegels 8 schematisch dargestellt. Die Laserspots L1 1 bis L16 sind auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 vertikal übereinander angeordnet und werden durch die Schwenkbewegung des Mikrospiegels 8 um seine Schwenkachse 80 simultan entlang den mittels Doppelpfeil symbolisierten Abtastrichtungen 91 über die Oberfläche 90 geführt. Der Abstand zwischen den Laserspots L1 1 bis L16 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 wird mit Hilfe der plankonvexen Zylinderlinse 7 und des optischen Homogenisators 900 auf einen
gewünschten Wert eingestellt. Beispielsweise sind die Brennweite der plankonvexen Zylinderlinse 7 und die Abmessungen des optischen Homogenisators 900 derart gewählt, dass der Abstand zweier benachbarter Laserspots L1 1 , L13 bzw. L13, L15 etc. auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängen- konversionselements 9 jeweils 12,5 Mikrometer beträgt. FIG. 10 schematically shows the arrangement of the laser spots L1 1 to L16 generated by the laser light bundles 11 to 16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element corresponding to a snapshot of the pivoting movement of the micromirror 8. The laser spots L1 1 to L16 are arranged vertically above one another on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 and are guided over the surface 90 by the pivoting movement of the micromirror 8 about its pivot axis 80 simultaneously along the scanning directions 91 symbolized by double-headed arrows. The distance between the laser spots L1 1 to L16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9, with the aid of the plano-convex cylindrical lens 7 and the optical homogenizer 900 to a desired value. For example, the focal length of the plano-convex cylindrical lens 7 and the dimensions of the optical homogenizer 900 are selected so that the distance between two adjacent laser spots L1 1, L13 and L13, L15 etc. on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 is 12.5 microns ,
Die Fast-Axis FA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 verläuft bei ihrem Auftreffen auf die Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 jeweils parallel zu den Abtastrichtungen 91 und ihre Slow-Axis verläuft jeweils senkrecht zu den Abtastrichtungen 91 . In Figur 7 ist dieser Sachverhalt der Über- sichtlichkeit halber nur zweimal und zwar für die von den Laserlichtbündeln 15 und 16 verursachten Laserspot L15 und L16 dargestellt. Die Laserspots L1 1 , L13, L15 besitzen in Richtung der Slow-Axis SA jeweils eine maximale Abmessung von 900 Mikrometer und in Richtung der Fast-Axis FA jeweils eine maximale Abmessung von 360 Mikrometer. Die Laserspots L12, L14, L16 besitzen in Richtung der Slow-Axis SA jeweils eine maximale Abmessung von 600 Mikrometer und in Richtung der Fast-Axis FA jeweils eine maximale Abmessung von 360 Mikrometer. Die Kontur der Laserspots L1 1 bis L16 ist jeweils elliptisch, wobei die große Halbachse der elliptischen Kontur jeweils parallel zur Slow-Axis SA und die kleine Halbachse der elliptischen Kontur jeweils parallel zur Fast-Axis FA und parallel zu den Abtastrichtungen 91 verläuft. The fast axis FA of the laser light beams 1 1 to 16, when they impinge on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9, in each case run parallel to the scanning directions 91 and their slow axis runs perpendicular to the scanning directions 91. For the sake of clarity, this situation is shown only twice in FIG. 7 for the laser spots L15 and L16 caused by the laser light bundles 15 and 16. The laser spots L1 1, L13, L15 each have a maximum dimension of 900 micrometers in the direction of the slow axis SA and in each case a maximum dimension of 360 micrometers in the direction of the fast axis FA. The laser spots L12, L14, L16 each have a maximum dimension of 600 micrometers in the direction of the slow axis SA and in each case a maximum dimension of 360 micrometers in the direction of the fast axis FA. The contour of the laser spots L1 1 to L16 is elliptical in each case, wherein the large semiaxis of the elliptical contour runs in each case parallel to the slow axis SA and the small semiaxis of the elliptical contour parallel to the fast axis FA and parallel to the scanning directions 91.
Figur 5 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Umlenkspiegels 62, der plankonvexen Zylinderlinse 7 und des Mikrospiegels 8. In Figur 5 ist der Verlauf der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 zwischen dem zweiten Umlenkspiegel 62 und dem Mikrospiegel 8 schematisch dargestellt. Nach dem Umlenkspiegel 62 treffen alle Laserlichtbündel 1 1 bis 16 auf die plan-konvexe Zylinderlinse 7. Mit Hilfe der plan-konvexen Zylinderlinse 7 wird die Slow-Axis SA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 über den optischen Homogenisator 900 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 justiert, so dass der vertikale Abstand zwischen den Laserspots L1 1 bis L16 auf einen gewünsch-
ten Wert, beispielsweise auf den oben genannten Wert von 12,5 Mikrometer zwischen benachbarten Laserspots, eingestellt ist. Die Brennweite der plankonvexen Zylinderlinse 7 ist daher entsprechend gewählt. Ihr Fokus 700 liegt im Bereich zwischen dem Mikrospiegel 8 und dem optischen Homogenisator 900 (Fig. 6). Die konvexe Krümmung der plan-konvexen Zylinderlinse 7 ist parallel zur Slow-Axis SA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 orientiert. Daher entfaltet die plan-konvexe Zylinderlinse 7 ihre fokussierende Wirkung nur auf die Slow-Axis SA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16. In Figur 5 ist die Fast-Axis FA der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 jeweils senkrecht zur Zeichenblattebene und die Slow-Axis jeweils in der Zeichenblattebene senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung orientiert. 5 shows a side view of the second deflecting mirror 62, the plano-convex cylindrical lens 7 and the micromirror 8. FIG. 5 schematically shows the course of the laser light beams 11 to 16 between the second deflecting mirror 62 and the micromirror 8. After the deflecting mirror 62, all the laser light beams 1 1 to 16 impinge on the plano-convex cylindrical lens 7. With the aid of the plano-convex cylindrical lens 7, the slow axis SA of the laser light beams 1 1 to 16 is transmitted via the optical homogenizer 900 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 adjusted so that the vertical distance between the laser spots L1 1 to L16 to a desired value, for example to the above-mentioned value of 12.5 microns between adjacent laser spots. The focal length of the plano-convex cylindrical lens 7 is therefore chosen accordingly. Its focus 700 lies in the region between the micromirror 8 and the optical homogenizer 900 (FIG. 6). The convex curvature of the plano-convex cylindrical lens 7 is oriented parallel to the slow axis SA of the laser light beams 1 1 to 16. Therefore, the plano-convex cylindrical lens 7 unfolds its focusing effect only on the slow axis SA of the laser light beams 11 to 16. In FIG. 5, the fast axis FA of the laser light beams 11 to 16 is perpendicular to the drawing plane and the slow axis, respectively oriented in the drawing plane perpendicular to the light propagation direction.
Figur 6 zeigt eine Seitenansicht des Mikrospiegels 8, des optischen Homogenisators 900 und das Lichtwellenlängenkonversionselement 9 in schemati- scher Darstellung. In Figur 6 ist der Verlauf der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 zwischen dem Mikrospiegel 8 und einer Lichteinkoppelfläche 901 des optischen Homogenisators 900 sowie der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängen- konversionselements 9 schematisch dargestellt. Durch die Brechung der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 an der plan-konvexen Zylinderlinse 7 und der Anordnung ihrer Brennlinie bzw. ihres linienförmigen Fokus 700 vor dem opti- sehen Homogenisator 900 wird die Anordnung der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 vertauscht, so dass der vom Laserlichtbündel 16 verursachte Laserspot L16 der unterste Laserspot und der vom Laserlichtbündel 15 verursachte Laserspot L15 der oberste Laserspot auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlän- genkonversionselements 9 ist (Fig. 10). Figur 7 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den optischen Homogenisator 900. FIG. 6 shows a side view of the micromirror 8, the optical homogenizer 900 and the light wavelength conversion element 9 in a schematic representation. FIG. 6 diagrammatically shows the course of the laser light beams 1 1 to 16 between the micromirror 8 and a light coupling surface 901 of the optical homogenizer 900 as well as the surface 90 of the light wavelength conversion element 9. By the refraction of the laser light beams 1 1 to 16 on the plano-convex cylindrical lens 7 and the arrangement of their focal line or their linear focus 700 in front of the optical see homogenizer 900, the arrangement of the laser light beams 1 1 to 16 is reversed, so that of the laser light beam 16 laser spot L16 is the lowest laser spot and the laser spot L15 caused by the laser light beam 15 is the highest laser spot on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 (FIG. 10). FIG. 7 shows a schematic representation of a longitudinal section through the optical homogenizer 900.
Der optische Homogenisator 900 besitzt sechs rechteckige Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960, die entlang einer senkrecht zu ihrer Plattenebene verlaufenden Achse 100 aneinandergereiht sind. Zwischen zwei benachbar- ten Glasplatten ist jeweils eine Folie 915, 925, 935, 945, 955 aus Polytetraf-
luoräthylen angeordnet, die jeweils als Verbindungsmittel zwischen diesen Glasplatten wirkt. The optical homogenizer 900 has six rectangular glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960, which are lined up along an axis 100 perpendicular to its plane of the plate. Between two adjacent glass plates is a film 915, 925, 935, 945, 955 made of polytetrafluoroethylene. Luoräthylen arranged, each acts as a connecting means between these glass plates.
Die sechs Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 und die Polytetrafluor- äthylen-Folien 915, 925, 935, 945, 955 sind daher in der schematischen Längsschnittdarstellung in Figur 7 nach Art eines Sandwichs abwechselnd übereinander angeordnet, so dass das optische Bauteil bzw. der optische Homogen isator 900 nahezu quaderförmig ist. Die Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 und die Polytetrafluoräthylen-Folien 915, 925, 935, 945, 955 sind durch Laminieren miteinander verbunden. Die transparenten Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 bestehen jeweils aus Borsilikat-Kronglas und besitzen einen optischen Brechungsindex von 1 ,52. Die ebenfalls transparenten Polytetrafluoräthylen-Folien 915, 925, 935, 945, 955 besitzen einen optischen Brechungsindex von 1 ,35. The six glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 and the polytetrafluoroethylene foils 915, 925, 935, 945, 955 are therefore arranged alternately one above another in the schematic longitudinal section in FIG. 7 in the manner of a sandwich, so that the optical component or the optical homogenizer 900 is almost cuboid. The glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 and the polytetrafluoroethylene foils 915, 925, 935, 945, 955 are bonded together by lamination. The transparent glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 each consist of borosilicate crown glass and have an optical refractive index of 1.52. The likewise transparent polytetrafluoroethylene films 915, 925, 935, 945, 955 have an optical refractive index of 1.35.
Die Länge L der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 beträgt jeweils 18 Millimeter und ihre Breite (senkrecht zur Zeichenblattebene in Fig. 7) beträgt jeweils 20 Millimeter. The length L of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 is 18 millimeters each and their width (perpendicular to the plane of the drawing in Fig. 7) is 20 millimeters each.
Die unteren drei Glasplatten 910, 920, 930 besitzen jeweils eine Dicke von 600 Mikrometer. Die zwischen den Glasplatten 910 und 920 sowie 920 und 930 angeordneten Polytetrafluoräthylen-Folien 915, 925 besitzen jeweils eine Dicke von 12,5 Mikrometer. Der Abstand zwischen den Glasplatten 910 und 920 sowie 920 und 930 beträgt daher jeweils 12,5 Mikrometer. The lower three glass plates 910, 920, 930 each have a thickness of 600 microns. The polytetrafluoroethylene foils 915, 925 arranged between the glass plates 910 and 920 as well as 920 and 930 each have a thickness of 12.5 micrometers. The distance between the glass plates 910 and 920 and 920 and 930 is therefore 12.5 microns each.
Die oberen drei Glasplatten 940, 950, 960 besitzen jeweils eine Dicke von 900 Mikrometer. Die zwischen den Glasplatten 930 und 940 sowie 940 und 950 sowie auch 950 und 960 angeordneten Polytetrafluoräthylen-Folien 935, 945, 955 besitzen jeweils eine Dicke von 12,5 Mikrometer. Der Abstand zwischen den Glasplatten 930 und 940 sowie 940 und 950 sowie auch 950 und 960 beträgt daher jeweils 12,5 Mikrometer.
Jede Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960 ist an einer, senkrecht zur Plattenebene verlaufenden Stirnseite jeweils mit einer optischen Linsenstruktur 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 versehen. Die optischen Linsenstrukturen 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 sind jeweils als konkave Zylinderlinsen ausgebildet, die sich parallel zur Plattenebene in Richtung der Breite B (in Figur 7 senkrecht zur Blattebene) der jeweiligen Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960 erstrecken und deren konkave Krümmung sich senkrecht zur Plattenebene der jeweiligen Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960 erstreckt. Die optischen Linsenstrukturen 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 sind derart orientiert, dass sie an derselben Seite des optischen Bauteils 900 bzw. Homogenisators angeordnet sind. Die optischen Linsenstrukturen 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 bilden jeweils eine Lichteinkoppelfläche für die jeweilige Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960 und zusammen eine Lichteinkoppelfläche 901 für den optischen Homogeni- sator 900. The upper three glass plates 940, 950, 960 each have a thickness of 900 microns. The polytetrafluoroethylene films 935, 945, 955 arranged between the glass plates 930 and 940 as well as 940 and 950 as well as 950 and 960 each have a thickness of 12.5 micrometers. The distance between the glass plates 930 and 940 as well as 940 and 950 as well as 950 and 960 is therefore 12.5 micrometers each. Each glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 is provided with an optical lens structure 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 at an end face extending perpendicularly to the plane of the plate. The optical lens structures 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 are each formed as concave cylindrical lenses which are parallel to the plane of the plate in the direction of the width B (in FIG. 7 perpendicular to the plane of the page) of the respective glass plate 910, 920, 930, 940 , 950, 960 and whose concave curvature extends perpendicular to the plane of the plate of the respective glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960. The optical lens structures 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 are oriented such that they are arranged on the same side of the optical component 900 or homogenizer. The optical lens structures 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 each form a light coupling surface for the respective glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 and together a light coupling surface 901 for the optical homogenizer 900.
Anhand der schematischen Darstellung in Figur 9 wird nachstehend die Funktion des optischen Homogenisators 900 erläutert. Based on the schematic representation in Figure 9, the function of the optical homogenizer 900 is explained below.
Mit Hilfe des Beamcombiners 3, der Lochblendenvorrichtung 70, der optischen Zylinderlinsen 5 und 7 sowie des um die Achse 80 schwenkbaren Spiegelelements 8 werden die sechs Laserlichtbündel 1 1 bis 16, derart geformt und gelenkt, dass jedes der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 jeweils auf die optische Linsenstruktur 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 nur einer Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960 trifft, so dass jedes Laserlichtbündel 1 1 bis 16 in nur eine Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960 eingekoppelt wird. Durch die Schwenkbewegungen des Spiegelelements 8 wird jedes Laserlichtbündel 1 1 bis 16 jeweils über einen Oberflächenabschnitt der entsprechenden konkaven Zylinderlinse 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 bzw. 961 , parallel zur Plattenebene der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960, geführt. Bei den Laserlichtbündeln 1 1 bis 16 handelt es sich jeweils um ein Laserlichtbündel, das von einer blaues Laserlicht erzeugenden Laserdiode generiert wurde. Die
Laserlichtbündel 1 1 bis 16 besitzen jeweils ein Profil mit einer gaußkurven- förmigen Verteilung der Lichtintensität im Laserlichtbündel. Das heißt, dass die Lichtintensität im jeweiligen Laserlichtbündel 1 1 bis 16, ausgehend von einem Maximum, das im Zentrum des jeweiligen Laserlichtbündels erreicht ist, in Richtung zum Rand des jeweiligen Laserlichtbündels 1 1 bis 16 gemäß dem Verlauf einer Gaußkurve auf ein Minimum abnimmt. Die Laserlichtintensität ist somit inhomogen in jedem Laserlichtbündel 1 1 bis 16 verteilt. Demzufolge ist auch die Ausleuchtung bzw. die Beleuchtungsstärke innerhalb eines Lichtflecks oder Laserspots, der von dem jeweiligen Laserlichtbündel 1 1 bis 16 auf einem Schirm in einer Ebene E1 senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung des jeweiligen Laserlichtbündels 1 1 bis 16 erzeugt wird, entsprechend inhomogen. Der Grad der Ausleuchtung bzw. die Beleuchtungsstärke in dem jeweiligen Laserspot auf einem in der Ebene E1 platzierten Schirm besitzt ebenfalls einen gaußkurvenförmigen Verlauf. Das heißt, der jeweilige Laser- spot besitzt in seinem Zentrum die maximale Beleuchtungsstärke. Zum Rand des Laserspots nimmt die Beleuchtungsstärke gemäß dem Verlauf einer Gaußkurve ab. With the help of the Beamcombiners 3, the pinhole device 70, the optical cylindrical lenses 5 and 7 and pivotable about the axis 80 mirror element 8, the six laser light beams 1 1 to 16, shaped and steered such that each of the laser light beams 1 1 to 16 each on the optical lens structure 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 meets only one glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960, so that each laser light beam 1 1 to 16 in only one glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 is coupled. By the pivoting movements of the mirror element 8, each laser light beam 1 1 to 16 in each case over a surface portion of the corresponding concave cylindrical lens 91 1, 921, 931, 941, 951 and 961, parallel to the plane of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960, led. The laser light bundles 1 1 to 16 are each a laser light bundle that has been generated by a blue laser light generating laser diode. The Laser light beams 1 1 to 16 each have a profile with a gaussian-shaped distribution of the light intensity in the laser light beam. This means that the light intensity in the respective laser light beam 1 1 to 16, starting from a maximum, which is reached in the center of the respective laser light beam, towards the edge of the respective laser light beam 1 1 to 16 according to the course of a Gaussian curve to a minimum decreases. The laser light intensity is thus inhomogeneously distributed in each laser light beam 1 1 to 16. Accordingly, the illumination or illuminance within a light spot or laser spot, which is generated by the respective laser light beam 1 1 to 16 on a screen in a plane E1 perpendicular to the light propagation direction of the respective laser light beam 1 1 to 16, correspondingly inhomogeneous. The degree of illumination or the illuminance in the respective laser spot on a screen placed in the plane E1 also has a gaussian curve shape. This means that the respective laser spot has the maximum illuminance at its center. To the edge of the laser spot, the illuminance decreases according to the course of a Gaussian curve.
In Figur 9 ist schematisch der gaußkurvenförmige Verlauf des Intensitätsprofils der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 bzw. des Grades der Ausleuchtung in den von ihnen auf einem Schirm in der Ebene E1 verursachten Laserspots dargestellt. In FIG. 9, the gaussian curve shape of the intensity profile of the laser light beams 11 to 16 or the degree of illumination in the laser spots caused by them on a screen in the plane E1 is shown schematically.
Jedes der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 trifft auf eine der konkaven Zylinderlinsen 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 und wird über die jeweilige Zylinderlinse 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 in die jeweilige, zu der entsprechenden Zylin- derlinse 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 gehörenden Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960 eingekoppelt. Beim Passieren der jeweiligen konkaven Zylinderlinse 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 werden die Laserlichtbündel 1 1 bis 16 jeweils in Richtungen senkrecht zur Plattenebene der transparenten Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 aufgeweitet. Jedes Laserlichtbündel 1 1 bis 16 wird innerhalb der jeweiligen Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960
durch Totalreflexion an den Grenzflächen zu den Polytetrafluoräthylen-Folien 915, 925, 935, 945, 955 zu einer Lichtauskoppelfläche 912, 922, 932, 942, 952, 962 der jeweiligen Glasplatte 910, 920, 930, 940, 950, 960 geleitet. Die Lichtauskoppelflächen 912, 922, 932, 942, 952, 962 erstrecken sich senk- recht zur Plattenebene der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 und sind diametral gegenüberliegend zu den konkaven Zylinderlinsen 91 1 , 921 , 931 , 941 , 951 , 961 angeordnet. Die Lichtauskoppelflächen 912, 922, 932, 942, 952, 962 der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 bilden zusammen eine Lichtauskoppelfläche 902 des optischen Homogenisators 900. Durch mehrfache Totalreflexion in den Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 wird die Verteilung der Lichtintensität innerhalb der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 in Richtungen senkrecht zur Plattenebene bzw. parallel zur Achse 100 homogenisiert, so dass der Grad der Ausleuchtung bzw. die Beleuchtungsstärke in Laserspots L1 1 , L12, L13, L14, L15, L16, die von den Laserlicht- bündeln 1 1 bis 16 auf einer dem optischen Homogenisator 900 im Laserlichtstrahlengang nachgeordneten Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversi- onselements 9 erzeugt werden, parallel zur Achse 100 bzw. senkrecht zur Plattenebene der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 gleichmäßig ist. In Figur 9 ist dieser Sachverhalt durch Rechtecke auf der Oberfläche 90 schematisch dargestellt, die den Grad der Ausleuchtung parallel zur Achse 100 innerhalb jedes Laserspots L1 1 , L12, L13, L14, L15, L16 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 symbolisieren. Each of the laser light beams 1 1 to 16 strikes one of the concave cylindrical lenses 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 and is via the respective cylindrical lens 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 in the respective, to the corresponding Cylinder lens 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 coupled. When passing the respective concave cylindrical lens 91 1, 921, 931, 941, 951, 961, the laser light beams 1 1 to 16 are respectively expanded in directions perpendicular to the plane of the plates of the transparent glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960. Each laser light beam 1 1 to 16 is within the respective glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960th by total reflection at the interfaces to the polytetrafluoroethylene foils 915, 925, 935, 945, 955 to a light output surface 912, 922, 932, 942, 952, 962 of the respective glass plate 910, 920, 930, 940, 950, 960 passed. The light output surfaces 912, 922, 932, 942, 952, 962 extend perpendicular to the plane of the plates of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 and are diametrically opposite to the concave cylindrical lenses 91 1, 921, 931, 941, 951, 961 arranged. The light output surfaces 912, 922, 932, 942, 952, 962 of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 together form a light output surface 902 of the optical homogenizer 900. By multiple total reflection in the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960, the distribution of the light intensity within the laser light beams 1 1 to 16 in directions perpendicular to the plane of the plate or parallel to the axis 100 is homogenized, so that the degree of illumination or the illuminance in laser spots L1 1, L12, L13, L14, L15 L16, which are generated by the laser light beams 1 1 to 16 on a the optical homogenizer 900 in the laser light beam path downstream surface 90 of the Lichtwellenlängenkonversi- onselements 9, parallel to the axis 100 and perpendicular to the plate plane of the glass plates 910, 920, 930, 940th , 950, 960 is even. FIG. 9 schematically illustrates this situation by means of rectangles on the surface 90, which symbolize the degree of illumination parallel to the axis 100 within each laser spot L1 1, L12, L13, L14, L15, L16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9.
Mit Hilfe des optischen Homogenisators 900 wird in den von den Laserlichtbündeln 1 1 bis 16 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversions- elements 9 verursachten Laserspots L1 1 , L12, L13. L14, L15, L16 jeweils die Lichtintensität entlang der Slow-Axis SA homogenisiert. Zusätzlich werden mittels des optischen Homogenisators 900 auch die Abmessungen der Laserspots L1 1 , L12, L13. L14, L15, L16 und deren Abstände zueinander in Richtungen senkrecht zur Plattenebene der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 präzise eingestellt. Da die Oberfläche 90 des Lichtwellenlängen-
konversionselements 9 unmittelbar an der Lichtaustrittsfläche 902 des optischen Homogenisators 900 angeordnet ist, entsprechen daher die Abmessungen der Laserspots L1 1 , L13, L15 entlang der Slow-Axis der Dicke der Glasplatten 940, 950, 960 und die Abstände zwischen den Laserspots L1 1 , L13, L15 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 entsprechen den Abständen zwischen den vorgenannten Glasplatten 940, 950, 960 des optischen Homogenisators 900. Analog dazu entsprechen die Abmessungen der Laserspots L12, L14, L16 entlang der Slow-Axis der Dicke der Glasplatten 910, 920, 930 und die Abstände zwischen den Laserspots L12, L14, L14 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionsele- ments 9 entsprechen den Abständen zwischen den vorgenannten Glasplatten 910, 920, 930 des optischen Homogenisators 900. With the aid of the optical homogenizer 900, laser spots L1 1, L12, L13 caused by the laser light beams 11 to 16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 are used. L14, L15, L16 each homogenize the light intensity along the slow axis SA. In addition, by means of the optical homogenizer 900, the dimensions of the laser spots L1 1, L12, L13. L14, L15, L16 and their distances from one another in directions perpendicular to the plane of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 set precisely. Since the surface 90 of the light wavelength Therefore, the dimensions of the laser spots L1 1, L13, L15 along the slow axis correspond to the thickness of the glass plates 940, 950, 960 and the distances between the laser spots L1 1, L13 , L15 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 correspond to the distances between the aforementioned glass plates 940, 950, 960 of the optical homogenizer 900. Analogously, the dimensions of the laser spots L12, L14, L16 along the slow axis correspond to the thickness of the glass plates 910, 920 , 930 and the distances between the laser spots L12, L14, L14 on the surface 90 of the Lichtwellenlängenkonversionsele- element 9 correspond to the distances between the aforementioned glass plates 910, 920, 930 of the optical homogenizer 900th
Die Lichtauskoppelfläche 902 des optischen Homogenisators 900 ist vorzugsweise mit einer nicht-reflektierenden Beschichtung (nicht abgebildet) versehen, um eine Reflexion der Laserlichtbündel 1 1 bis 16 an der Lichtauskoppelfläche 902 zu vermeiden. The light output surface 902 of the optical homogenizer 900 is preferably provided with a non-reflective coating (not shown) in order to avoid reflection of the laser light beams 1 1 to 16 at the light output surface 902.
Die Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 ist unmittelbar an der Lichtauskoppelfläche 902 des optischen Homogen isators 900 angeordnet. Beispielsweise kann das Lichtwellenlängenkonversionselement 9 ein transparentes Substrat, zum Beispiel eine Saphirplatte, besitzen, das mit der Lichtauskoppelfläche 902 des optischen Homogenisators 900 verbunden ist. The surface 90 of the light wavelength conversion element 9 is arranged directly on the light outcoupling surface 902 of the optical homogenizer 900. For example, the light wavelength conversion element 9 may have a transparent substrate, for example a sapphire plate, which is connected to the light output surface 902 of the optical homogenizer 900.
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 9 ist in einem Fenster 230 in der dritten Seitenwand 23 des Gehäuses 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 ange- ordnet. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 9 besteht aus einem keramischen Leuchtstoff, der auf einem transparenten Substrat, das beispielsweise als rechteckige Saphirplatte ausgebildet ist, angeordnet ist. Als Leuchtstoff dient mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce). Die Abmessungen der Fensterfläche des Fensters 230 und des darin angeordne-
ten Lichtwellenlängenkonversionselements 9 betragen nur wenige Quadrat- millimeter, beispielsweise 100 mm2. The light wavelength conversion element 9 is arranged in a window 230 in the third side wall 23 of the housing 2 of the illumination device 1. The light wavelength conversion element 9 consists of a ceramic phosphor which is arranged on a transparent substrate, which is formed for example as a rectangular sapphire plate. The phosphor used is cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce). The dimensions of the window area of the window 230 and of the window arranged therein th light wavelength conversion element 9 amount to only a few square millimeters, for example 100 mm 2 .
Die Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 ist innerhalb des Gehäuses 2 und seine gegenüberliegende Oberfläche 92 ist außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Das von den Laserlichtbündeln 1 1 bis 16 erzeugte und in den Laserspots L1 1 bis L16 auf die Oberfläche 90 auftreffende blaue Laserlicht durchdringt das Lichtwellenlängenkonversionselement 9 und wird dabei mittels des Leuchtstoffs anteilig in Licht anderer Wellenlänge mit einem Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von 560 Nanometer bis 590 Nanometer konvertiert, so dass von der Oberfläche 92 des Lichtwellen- längenkonversionselements 9 weißes Licht abgestrahlt wird, das eine Mischung aus nicht-wellenlängenkonvertiertem blauem Laserlicht und vom Lichtwellenlängenkonversionselement 9 wellenlängenkonvertiertem Licht ist. The surface 90 of the light wavelength conversion element 9 is disposed within the housing 2 and its opposite surface 92 is disposed outside the housing 2. The blue laser light generated by the laser light beams 1 1 to 16 and impinging on the surface 90 in the laser spots L1 1 to L 16 penetrates the light wavelength conversion element 9 and is proportionately converted into light of a different wavelength with an intensity maximum in the wavelength range from 560 nanometers to 590 nanometers by means of the phosphor is converted so that from the surface 92 of the light wavelength conversion element 9 white light is emitted, which is a mixture of non-wavelength-converted blue laser light and the light wavelength conversion element 9 wavelength-converted light.
Insgesamt kann daher das im Fenster 230 angeordnete Lichtwellenlängen- konversionselement 9 bzw. seine an der Außenseite des Gehäuse 2 befindliche Oberfläche 92 als Lichtquelle angesehen werden, die weißes Licht mit hoher Intensität und Leuchtdichte emittiert. Overall, therefore, arranged in the window 230 light wavelength conversion element 9 and its located on the outside of the housing 2 surface 92 can be regarded as a light source that emits white light with high intensity and luminance.
Für die Anwendung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer kann die Oberfläche 92 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 mittels einer Sekundäroptik, beispielsweise mittels einer Projektionsoptik, auf die Fahrbahn vor dem Fahrzeug projiziert werden, um eine gewünschte Lichtverteilung, beispielsweise für Abblendlicht oder Fernlicht, zu erzeugen. Die gewünschte Lichtverteilung wird mit Hilfe der Laserspots L1 1 bis L16 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 generiert. Die Laserspots L1 1 bis L16 werden durch die Schwenkbewegung des Mikrospiegels 8 in Richtungen parallel zur Plattenebene der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 über einen Oberflächenabschnitt der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonver- sionselements 9 geführt. Während der Schwenkbewegung des Mikrospiegels 8 können beispielsweise einzelne Laserdioden 31 bis 36 zeitweilig ausge- schaltet oder gedimmt oder strommäßig überhöht betrieben werden, so dass
einzelne Laserspots L1 1 bis L16 zeitweise in ihrer Intensität verändert oder bzw. und moduliert sind, oder der Schwenkbereich des Mikrospiegels 8 kann eingeschränkt werden, um die Lichtverteilung zu verändern. For use in a motor vehicle headlight, the surface 92 of the light wavelength conversion element 9 can be projected by means of secondary optics, for example by means of projection optics, on the roadway in front of the vehicle to produce a desired light distribution, for example for low beam or high beam. The desired light distribution is generated on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 with the aid of the laser spots L1 1 to L16. The laser spots L1 1 to L16 are guided by the pivotal movement of the micromirror 8 in directions parallel to the plane of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960 over a surface portion of the surface 90 of the light wavelength conversion element 9. During the pivoting movement of the micromirror 8, for example, individual laser diodes 31 to 36 may be temporarily switched off or dimmed, or operated excessively in terms of current, so that individual laser spots L1 1 to L16 are temporarily changed in their intensity or or and modulated, or the pivoting range of the micromirror 8 can be limited to change the light distribution.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugscheinwer- fers. Die beiden einander gegenüberliegenden Seitenwände 22, 24 des Gehäuses 2 sind an ihrer Außenseite jeweils mit einer Befestigungsvorrichtung 220, 240 versehen, die eine Montage der Beleuchtungseinrichtung 1 in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer ermöglicht. The lighting device 1 is part of a Kraftfahrzeugscheinwer- fers. The two mutually opposite side walls 22, 24 of the housing 2 are each provided on their outer side with a fastening device 220, 240, which allows mounting of the lighting device 1 in a motor vehicle headlight.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung. The invention is not limited to the above-described embodiment of the invention.
Beispielsweise kann anstelle von sechs Laserdioden 31 bis 36 eine geringere oder eine höhere Anzahl von Laserdioden verwendet werden. Außerdem können die optischen Komponenten 41 bis 46, 5 und 7 derart ausgebildet sein, dass die Abmessungen der Laserspots L1 1 bis L16 in Richtung der Slow-Axis und Fast-Axis andere Werte aufweisen als bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere können einige oder alle Laserspots L1 1 bis L16 auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonver- sionselements 9 auch überlappend oder mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sein. Ferner kann die Beleuchtungseinrichtung 1 mehrere Lichtwellenlängenkon- versionselement 9 aufweisen, deren Oberfläche mit Hilfe des Mikrospiegels 8 mit Laserlicht abgetastet wird. Es können weiterhin mehrere Mikrospiegel 8 vorgesehen sein. Um einen Oberflächenabschnitt der Oberfläche eines oder mehrerer Lichtwellenlängenkonversionselemente 9 mit Laserlicht abzutasten. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 9 kann ferner als um seine Achse drehbar gelagertes Leuchtstoffrad ausgebildet sein. Durch eine Rotation des Leuchtstoffrades wird die Beleuchtungsdauer der mit Leuchtstoff beschichteten Bereiche reduziert und damit die Wärmeabfuhr verbessert. Das Leuchtstoffrad kann außerdem Segmente mit unterschiedlicher Leuchtstoffbe-
schichtung aufweisen, um beispielsweise weißes Licht mit unterschiedlicher Farbtemperatur zu erzeugen. For example, instead of six laser diodes 31 to 36, a smaller or a larger number of laser diodes may be used. In addition, the optical components 41 to 46, 5 and 7 may be formed such that the dimensions of the laser spots L1 1 to L16 in the direction of the slow axis and fast axis have different values than in the embodiment of the invention explained above. In particular, some or all of the laser spots L1 1 to L16 on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 may also be arranged overlapping or at different distances. Furthermore, the illumination device 1 can have a plurality of light wavelength conversion elements 9 whose surface is scanned with the aid of the micromirror 8 with laser light. It can also be provided several micromirrors 8. To scan a surface portion of the surface of one or more light wavelength conversion elements 9 with laser light. The light wavelength conversion element 9 can also be designed as a fluorescent wheel rotatably mounted about its axis. By a rotation of the phosphor wheel, the illumination duration of the areas coated with phosphor is reduced and thus the heat dissipation is improved. The phosphor wheel may also include segments of different phosphor coverage. have layering, for example, to produce white light with different color temperature.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1 kann ferner mehr als nur einen optischen Homogenisator 900 aufweisen. Insbesondere kann die erfin- dungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1 zwei optische Homogenisatoren 900 mit unterschiedlicher räumlicher Orientierung der Plattenebene der Glasplatten 910, 920, 930, 940, 950, 960 aufweisen. Insbesondere kann die Plattenebene der transparenten Glasplatten des zweiten optischen Bauteils senkrecht zur Plattenebene der transparenten Glasplatten des ersten opti- sehen Bauteils angeordnet sein, um die Lichtintensität der Laserlichtbündel bzw. den Grad der Ausleuchtung der von den Laserlichtbündeln auf der Oberfläche 90 des Lichtwellenlängenkonversionselements 9 erzeugten Laserspots nicht nur entlang der Slow-Axis SA, sondern zusätzlich entlang der Fast-Axis FA zu homogenisieren.
The illumination device 1 according to the invention can also have more than just one optical homogenizer 900. In particular, the illumination device 1 according to the invention can have two optical homogenizers 900 with different spatial orientation of the plate plane of the glass plates 910, 920, 930, 940, 950, 960. In particular, the plate plane of the transparent glass plates of the second optical component can be arranged perpendicular to the plate plane of the transparent glass plates of the first optical component, the light intensity of the laser light bundles or the degree of illumination of the laser spots generated by the laser light bundles on the surface 90 of the light wavelength conversion element 9 not only to homogenize along the slow axis SA, but also along the fast axis FA.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Beleuchtungseinrichtung 1 lighting device
1 1 , 12, 13 Laserlichtbündel 1 1, 12, 13 laser light bundles
14, 15, 16 Laserlichtbündel 14, 15, 16 laser light bundles
100 Achse senkrecht zur Plattenebene der Glasplatten des optischen Homogen isators 100 axis perpendicular to the plate plane of the glass plates of the optical homogenizer
1 10 Lichtausbreitungsrichtung 1 10 light propagation direction
2 Gehäuse 2 housings
20 Boden 20 floor
21 erste Seitenwand 21 first side wall
22 zweite Seitenwand 22 second side wall
23 dritte Seitenwand 23 third side wall
24 vierte Seitenwand 24 fourth side wall
220, 240 Befestigungsmittel 220, 240 fasteners
3 Halbleiterlasereinrichtung 3 semiconductor laser device
30 Halbleiterlasereinrichtung 30 semiconductor laser device
31 , 32, 33 Laserdioden 31, 32, 33 laser diodes
34, 35, 36 Laserdioden 34, 35, 36 laser diodes
37, 38, 39 Umlenkprismen 37, 38, 39 deflection prisms
41 , 42, 43 asphärischen optische Linsen 41, 42, 43 aspherical optical lenses
44, 45, 46 asphärischen optische Linsen 44, 45, 46 aspherical optical lenses
5 plan-konkave Zylinderlinse 5 plano-concave cylindrical lens
61 , 62 Umlenkspiegel 61, 62 deflecting mirror
7 plan-konvexe Zylinderlinse 7 plano-convex cylindrical lens
700 Brennlinie der plan-konvexen Zylinderlinse 7 700 focal line of the plano-convex cylindrical lens 7
8 schwenkbarer Mikrospiegel 8 swiveling micromirror
80 Schwenkachse des Mikrospiegels 80 pivot axis of the micromirror
81 Halterung des Mikrospiegels 81 Holder of the micromirror
82 Sockel des Mikrospiegels 82 Base of the micromirror
9 Lichtwellenlängenkonversionselement
BEZUGSZEICHENLISTE (Fortset; 9 light wavelength conversion element REFERENCE LIST (Continued;
90 innen liegende Oberfläche des Lichtwellenlängenkon- versionselements 90 inside surface of the Lichtwellenlängenkon- conversionelements
92 außen liegende Oberfläche des Lichtwellenlängenkon- versionselements 92 outer surface of the Lichtwellenlängenkon- conversionelements
91 Abtastrichtungen 91 scanning directions
900 optischer Homogen isator 900 optical homogenizer
901 Lichteinkoppelfläche des Homogenisators 901 light input surface of the homogenizer
902 Lichtauskoppelfläche des Homogenisators 902 light output surface of the homogenizer
910, 920, 930 transparente Platte, Glasplatte 910, 920, 930 transparent plate, glass top
940, 950, 960 transparente Platte, Glasplatte 940, 950, 960 transparent plate, glass top
91 1 , 921 , 931 konkave Zylinderlinse am Homogenisator 91 1, 921, 931 concave cylindrical lens on the homogenizer
941 , 951 , 961 konkave Zylinderlinse am Homogenisator 941, 951, 961 concave cylindrical lens on the homogenizer
912, 922, 932 Lichtauskoppelfläche 912, 922, 932 light output surface
942, 952, 962 Lichtauskoppelfläche 942, 952, 962 light output surface
915, 925, 935 Polytetrafluoräthylen-Folie 915, 925, 935 polytetrafluoroethylene film
945, 955 Polytetrafluoräthylen-Folie 945, 955 polytetrafluoroethylene film
L1 1 . L12, L13 Laserspot L1 1. L12, L13 laser spot
L14, L15 L16 Laserspot L14, L15 L16 laser spot
L1 , L2 Laserspot L1, L2 laser spot
E1 , E2, E3 fiktive Ebene E1, E2, E3 fictitious plane
FA Fast-Axis der Laserlichtbündel FA fast axis of the laser light beam
SA Slow-Axis der Laserlichtbündel SA slow axis of the laser light bundles
G Gaußkurve
G Gauss curve
Claims
Ansprüche claims
Beleuchtungsvorrichtung (1 ) mit einer Halbleiterlasereinrichtung (30), die ausgebildet ist, mehrere Laserlichtbündel (1 1 bis 16) zu erzeugen, und mit mindestens einem Lichtwellenlängenkonversionselement (9), das ausgebildet ist, Licht der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) zumindest anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren, sowie mit einer Optik, die ausgebildet ist, die Laserlichtbündel (1 1 bis 16) auf eine Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement (9) zu lenken, wobei die Optik mindestens ein um mindestens eine Achse (80) schwenkbares Spiegelelement (8) aufweist, das ausgebildet ist, die Laserlichtbündel (1 1 bis 16) über zumindest einen Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängen- konversionselements (9) zu führen, und wobei die Optik Mittel (7, 41 bis 46, 5, 70, 900) zur Justierung einer Divergenz der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) entlang einer Slow-Axis (SA) oder bzw. und einer Fast-Axis (FA) der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversions- elements (9) sowie Mittel (900) zur Homogenisierung der Ausleuchtung in Lichtflecken (L1 1 , L12, L13, L14, L15, L16), die von den Laserlichtbündeln (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements (9) erzeugt werden, umfasst. Lighting device (1) with a semiconductor laser device (30) which is designed to generate a plurality of laser light beams (1 1 to 16), and at least one light wavelength conversion element (9), which is formed light of the laser light beam (1 1 to 16) at least partially into an optical system adapted to direct the laser light beams (1 1 to 16) onto a surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9), the optical system at least one 80) pivotable mirror element (8), which is designed to guide the laser light beams (1 1 to 16) over at least a surface portion of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9), and wherein the optics means (7, 41 to 46, 5, 70, 900) for adjusting a divergence of the laser light beams (1 1 to 16) along a slow axis (SA) and / or a fast axis (F A) the laser light beam (1 1 to 16) on the surface portion of the surface (90) of the at least one Lichtwellenlängenkonversions- (9) and means (900) for homogenizing the illumination in light spots (L1 1, L12, L13, L14, L15, L16) generated by the laser light beams (11 to 16) on the surface portion of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9).
2. Beleuchtungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Optik und die Halbleiterlasereinrichtung (30) derart ausgebildet sind, dass die Laserlichtbündel (1 1 bis 16) jeweils parallel zu einer Abtastrichtung (91 ) über den Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen2. Lighting device (1) according to claim 1, wherein the optics and the semiconductor laser device (30) are formed such that the laser light beams (1 1 to 16) each parallel to a scanning direction (91) over the surface portion of the surface (90) of the at least one
Lichtwellenlängenkonversionselements (9) geführt werden und die Mittel (900) zur Homogenisierung der Ausleuchtung in Lichtflecken (L1 1 ,
L12, L13, L14, L15, L16), die von den Laserlichtbündeln (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements (9) werden, derart ausgebildet sind, dass die Ausleuchtung in den Lichtflecken (L1 1 , L12, L13, L14, L15, L16) zumindest entlang einer senkrecht zur Abtastrichtung (91 ) verlaufenden Achse homogenisiert wird. Lichtwellenlängenkonversionselements (9) are guided and the means (900) for homogenizing the illumination in light spots (L1 1, L12, L13, L14, L15, L16) formed by the laser light beams (11 to 16) on the surface portion of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9) are formed such that the illumination in the light spots (L1 1, L12, L13, L14, L15, L16) is homogenized at least along an axis perpendicular to the scanning direction (91) extending axis.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mittel (900) zur Homogenisierung der Ausleuchtung in Lichtflecken (L1 1 , L12, L13, L14, L15, L16), die von den Laserlichtbündeln (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellen- längenkonversionselements (9) werden, ein optisches Bauteil (900) umfassen, das mehrere transparente Platten (910, 92, 930, 940, 950, 960) aufweist, die entlang einer Achse (100) senkrecht zu ihrer Plattenebene aneinandergereiht sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten transparenten Platten (910, 92, 930, 940, 950, 960) ein Separationsmittel (915, 925, 935, 945, 955), das Totalreflexion von Licht in den transparenten Platten (910, 920, 930, 940,, 950, 960) an den Grenzflächen der transparenten Platten zu dem jeweiligen Separationsmittel ermöglicht, angeordnet ist, und wobei das optische Bauteil (900) derart angeordnet ist, dass die Plattenebenen parallel zur Abtastrichtung (91 ) ausgerichtet sind. Lighting device according to claim 2, wherein the means (900) for homogenizing the illumination in light spots (L1 1, L12, L13, L14, L15, L16), which are of the laser light beams (1 1 to 16) on the surface portion of the surface (90). of the at least one light wavelength conversion element (9), comprise an optical component (900) comprising a plurality of transparent plates (910, 92, 930, 940, 950, 960) aligned along an axis (100) perpendicular to their plane of the plate , wherein between each two adjacent transparent plates (910, 92, 930, 940, 950, 960) a separation means (915, 925, 935, 945, 955), the total reflection of light in the transparent plates (910, 920, 930 , 940, 950, 960) at the interfaces of the transparent plates to the respective separating means, and wherein the optical component (900) is arranged such that the plate planes are aligned parallel to the scanning direction (91).
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei das optische Bauteil (900) eine nicht parallel zur Plattenebene der transparenten Platten (910, 92, 930, 940, 950, 960) orientierte Lichtauskoppelfläche (902) besitzt, an der das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement (9) angeordnet ist. Lighting device according to claim 3, wherein the optical component (900) has a non-parallel to the plane of the transparent plates (910, 92, 930, 940, 950, 960) oriented light output surface (902) on which the at least one light wavelength conversion element (9) is.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Optik und das mindestens eine, um mindestens eine Achse (80) schwenkbare
Spiegelelement (8) derart ausgebildet sind, dass die Laserlichtbündel (1 1 bis 16) jeweils in nur eine transparente Platte (910, 92, 930, 940, 950, 960) des optischen Bauteils (900) eingekoppelt werden. Lighting device according to claim 3 or 4, wherein the optics and the at least one, about at least one axis (80) pivotable Mirror element (8) are formed such that the laser light beams (1 1 to 16) in each case only in a transparent plate (910, 92, 930, 940, 950, 960) of the optical component (900) are coupled.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mittel zur Justierung einer Divergenz der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) entlang einer Slow-Axis (SA) oder bzw. und einer Fast-Axis (FA) der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements (9) derart ausgebildet sind, dass die Divergenz der Laserlichtbündel (1 1 bis16) senkrecht zur Abtastrichtung (91 ) justiert bzw. eingestellt ist. Lighting device according to one of claims 1 to 5, wherein the means for adjusting a divergence of the laser light bundles (1 1 to 16) along a slow axis (SA) and / or a fast axis (FA) of the laser light beams (1 1 to 16 ) are formed on the surface portion of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9) such that the divergence of the laser light beams (1 1 to 16) is adjusted perpendicular to the scanning direction (91).
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Optik und die Halbleiterlasereinrichtung (30) derart ausgebildet sind, dass die Slow- Axis (SA) der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängen- konversionselements (9) jeweils senkrecht zur Abtastrichtung (91 ) angeordnet ist. Lighting device according to claim 6, wherein the optics and the semiconductor laser device (30) are formed such that the slow axis (SA) of the laser light beams (1 1 to 16) on the surface portion of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9 ) is arranged in each case perpendicular to the scanning direction (91).
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mittel zur Justierung einer Divergenz der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) entlang einer Slow-Axis (SA) oder bzw. und einer Fast-Axis (FA) der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements (9) mindestens eine Lochblendenvorrichtung (70) zur Strahlformung für die Laserlichtbündel (1 1 bis 16) aufweisen. Lighting device according to one of claims 1 to 7, wherein the means for adjusting a divergence of the laser light beams (1 1 to 16) along a slow axis (SA) and or a fast axis (FA) of the laser light beams (1 1 to 16 ) on the surface portion of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9) at least one pinhole diaphragm device (70) for beam shaping for the laser light bundles (1 1 to 16).
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mittel (7, 41 bis 46, 5) zur Justierung einer Divergenz der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) entlang einer Slow-Axis (SA) oder bzw. und einer Fast-Axis (FA) der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) auf dem Oberflächen-
abschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängen- konversionselements (9) mindestens eine erste Zylinderlinse (7) zur Fokussierung der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) entlang ihrer Slow-Axis (SA) umfassen. 10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Mittel (7, 41 bis 46, 5) zur Justierung einer Divergenz der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) entlang einer Slow-Axis (SA) oder bzw. und einer Fast-Axis (FA) der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängen- konversionselements (9) mindestens ein asphärisches optisches Element (41 bis 46) zur Fokussierung einer Fast-Axis (FA) der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) umfassen. Lighting device according to one of claims 1 to 8, wherein the means (7, 41 to 46, 5) for adjusting a divergence of the laser light beams (1 1 to 16) along a slow axis (SA) and / or a fast axis ( FA) of the laser light beam (1 1 to 16) on the surface section of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9) comprise at least a first cylindrical lens (7) for focusing the laser light beams (1 1 to 16) along its slow axis (SA). 10. Lighting device according to one of claims 1 to 9, wherein the means (7, 41 to 46, 5) for adjusting a divergence of the laser light beam (1 1 to 16) along a slow axis (SA) or or and a Fast- Axis (FA) of the laser light beams (1 1 to 16) on the surface portion of the surface (90) of the at least one light wavelength conversion element (9) at least one aspheric optical element (41 to 46) for focusing a fast axis (FA) of the laser light beam (1 1 to 16).
1 1 . Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Mittel (7, 41 bis 46, 5) zur Justierung einer Divergenz der Laserlicht- bündel entlang einer Slow-Axis (SA) oder bzw. und einer Fast-Axis (FA) der Laserlichtbündel (1 1 bis 16) auf dem Oberflächenabschnitt der Oberfläche (90) des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversions- elements (9) mindestens eine zweite Zylinderlinse (5) umfassen, die zwecks Justierung der Divergenz zumindest eines Laserlichtbündels (1 1 bis 16) entlang der Fast Axis (FA) im Lichtstrahlengang zumindest eines Laserlichtbündels (1 1 bis 16) angeordnet ist. 1 1. Lighting device according to one of claims 1 to 10, wherein the means (7, 41 to 46, 5) for adjusting a divergence of the laser light bundle along a slow axis (SA) and / or a fast axis (FA) of the laser light beam (1 1 to 16) comprise on the surface portion of the surface (90) of the at least one Lichtwellenlängenkonversions- (9) at least one second cylindrical lens (5) for the purpose of adjusting the divergence of at least one laser light beam (1 1 to 16) along the fast axis (FA) in the light beam path of at least one laser light beam (1 1 to 16) is arranged.
12. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei die Halbleiterlasereinrichtung (30) mehrere Laserdioden (31 bis 36) aufweist, die jeweils ausgebildet sind, während des Betriebs blaues Laser- licht zu erzeugen, und wobei das mindestens eine Lichtwellenlängen- konversionselement (9) ausgebildet ist, blaues Laserlicht anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren, so dass von dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement (9) weißes Licht emit-
tiert wird, das eine Mischung aus nicht-wellenlängenkonvertiertem blauem Laserlicht und am mindestens einen Lichtwellenlängenkonver- sionselement (9) wellenlängenkonvertiertem Licht ist. 12. Lighting device according to one of claims 1 to 1 1, wherein the semiconductor laser device (30) comprises a plurality of laser diodes (31 to 36), each adapted to generate blue laser light during operation, and wherein the at least one light wavelength conversion element (9) is adapted to convert blue laser light proportionally into light of other wavelengths, so that white light emits from the at least one light wavelength conversion element (9). is a mixture of non-wavelength-converted blue laser light and on at least one Lichtwellenlängenkonver- sion element (9) wavelength-converted light.
Beleuchtungseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Beleuchtungseinrichtung (1 ) als Bestandteil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers oder als Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet ist.
Lighting device (1) according to one of claims 1 to 12, wherein the illumination device (1) is formed as part of a motor vehicle headlight or as a motor vehicle headlight.
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