DE102014221382A1

DE102014221382A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit Pumpstrahlungsquelle

Info

Publication number: DE102014221382A1
Application number: DE102014221382.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Schnarrenberger; Dirk Amsbeck; Norbert Magg
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-04-21
Also published as: WO2016062500A1; CN107077056A; US20170315431A1; CN107077056B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung (6) mit einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission von Pumpstrahlung (1), einem ersten Leuchtstoffelement (7) zur Konversion der Pumpstrahlung (1) in ein erstes Konversionslicht (2), einem zweiten Leuchtstoffelement (8) zur Erzeugung eines zweiten Konversionslichts (5) und einem Auskoppelspiegel (15), der dem ersten Leuchtstoffelement (7) nachgelagert in einem Strahlengang (12) mit zumindest einem Teil des ersten Konversionslichts (2) angeordnet ist, wobei das erste Konversionslicht (2) ein Breitbandenkonversionslicht mit Anteilen (3a, b) in einem ersten Spektralbereich (4a) und einem davon verschiedenen zweiten Spektralbereich (4b) ist, wobei der in dem Strahlengang (12) mit zumindest einem Teil des ersten Konversionslichts (2) angeordnete Auskoppelspiegel (15) nur in einem der beiden Spektralbereiche (4a, b) transmissiv, in dem anderen jedoch reflektiv ist, sodass dem Auskoppelspiegel (15) nachgelagert Licht mit einem ersten Spektralanteil (3a) in dem ersten Spektralbereich (4a) und Licht mit einem zweiten Spektralanteil (3b) in dem zweiten Spektralbereich (4b) aufgetrennt vorliegt, wobei zumindest ein Teil des Lichts mit dem ersten Spektralanteil (3a) an einem Ausgang (18) der Beleuchtungsvorrichtung (6) zur Verfügung steht, und wobei ferner das zweite Leuchtstoffelement (8) in einem Strahlengang (21) mit zumindest einem Teil des von dem Auskoppelspiegel (15) aufgetrennten Lichts mit dem zweiten Spektralanteil (3b) angeordnet ist und auf diese Anregung hin das zweite Konversionslicht (5) emittiert, das zur Erhöhung der Effizienz gemeinsam mit dem Licht mit dem ersten Spektralanteil (3a) nutzbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission von Pumpstrahlung und einem Leuchtstoffelement zur Konversion der Pumpstrahlung in Konversionslicht.
Stand der Technik
Eine Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Art kann beispielsweise als Lichtquelle in einem Projektionsgerät Anwendung finden. Durch die Kombination einer Pumpstrahlungsquelle mit einem beabstandet dazu angeordneten Leuchtstoffelement lässt sich eine hohe Leuchtdichte erreichen. Das Leuchtstoffelement emittiert auf die Anregung mit der Pumpstrahlung hin Konversionslicht einer bestimmten Farbe, die dann einen Farbkanal versorgen kann (zum Beispiel rot, grün oder blau). Indem sich in der Farbe ihres Konversionslichts unterscheidende Leuchtstoffelemente sequentiell angeregt werden, stehen dann die entsprechenden Kanäle sequentiell zur Verfügung und ergibt sich im zeitlichen Verlauf für einen Betrachter ein Mischbild aus den verschiedenen Farben. Dies soll ein Anwendungsgebiet illustrieren, den Gegenstand jedoch nicht in seiner Allgemeinheit beschränken.
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvorrichtung anzugeben.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission von Pumpstrahlung, einem ersten Leuchtstoffelement zur Konversion der Pumpstrahlung in ein erstes Konversionslicht, einem zweiten Leuchtstoffelement zur Erzeugung eines zweiten Konversionslichts und einem Auskoppelspiegel, der dem ersten Leuchtstoffelement nachgelagert in einem Strahlengang mit zumindest einem Teil des ersten Konversionslichts angeordnet ist, wobei das erste Konversionslicht ein Breitbandenkonversionslicht mit Anteilen in einem ersten Spektralbereich und einem davon verschiedenen (nicht überlappenden) zweiten Spektralbereich ist, wobei der in dem Strahlengang mit zumindest einem Teil des ersten Konversionslichts angeordnete Auskoppelspiegel nur in einem der beiden Spektralbereiche transmissiv, in dem anderen jedoch reflektiv ist, sodass dem Auskoppelspiegel nachgelagert Licht mit einem ersten Spektralanteil in dem ersten Spektralbereich und Licht mit einem zweiten Spektralanteil in dem zweiten Spektralbereich aufgetrennt vorliegt, wobei zumindest ein Teil des Lichts mit dem ersten Spektralanteil an einem Ausgang der Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung steht, und wobei ferner das zweite Leuchtstoffelement in einem Strahlengang mit zumindest einem Teil des von dem Auskoppelspiegel aufgetrennten Lichts mit dem zweiten Spektralanteil (in Bezug auf dieses Licht dem Auskoppelspiegel nachgelagert) angeordnet ist und auf diese Anregung hin das zweite Konversionslicht emittiert, das zur Erhöhung der Effizienz gemeinsam mit dem Licht mit dem ersten Spektralanteil nutzbar ist.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der vorliegenden Beschreibung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
Um an dem Ausgang Licht einer bestimmten Farbe zur Verfügung zu stellen, wird also zunächst kein (mit der Pumpstrahlung angeregter) Leuchtstoff gewählt, dessen Konversionslicht bereits originär, also ohne spektrale Modifikation, die gewünschte Farbe hat. Das entsprechende, „erste“ Konversionslicht hat jedoch einen Spektralanteil (den „ersten“) in dem Spektralbereich (dem „ersten“), welcher der letztlich gewünschten Farbe entspricht. Ein entsprechend breitbandiges Konversionslicht emittierender Leuchtstoff wird auch als Breitbandenleuchtstoff bezeichnet. Gegenüber einem bereits originär Licht der gewünschten Farbe emittierenden Leuchtstoff kann er beispielsweise effizienter sein, etwa im Vergleich zu manchen Rot-Leuchtstoffen, die bei höheren Leistungen ein Quenchen zeigen können; andererseits kann ein Breitbandenleuchtstoff auch kostengünstig verfügbar sein.
Ein von den Erfindern alternativ zum vorliegenden Konzept angedachter Ansatz hätte darin bestanden, den anderen, „zweiten“ Spektralbereich des ersten Konversionslichts auszufiltern, also allein den ersten Spektralbereich der gewünschten Farbe zu nutzen. Nach der hauptanspruchsgemäßen Merkmalskombination wird nun nicht nur das hinsichtlich der Farbe gewünschte Licht mit dem ersten Spektralanteil am Ausgang zur Verfügung gestellt, sondern wird auch das Licht mit dem zweiten Spektralanteil weiter genutzt, was die Effizienz verbessern kann. Indem mit dem Licht mit dem zweiten Spektralanteil das zweite Leuchtstoffelement angeregt wird, emittiert es auf die Anregung hin das zweite Konversionslicht und steht damit zusätzliches Licht mit einer geeigneten Spektralverteilung zur Verfügung.
Wie nachstehend weiter im Detail erläutert, hat das zweite Konversionslicht in etwa dieselbe Farbe wie das Licht mit dem ersten Spektralanteil am Ausgang. Es steht dann also mehr Licht der gewünschten Farbe zur Verfügung. Etwa im Falle einer eingangs genannten Anwendung mit sequentiell ausgegebenen Kanälen unterschiedlicher Farbe wird so der in einem Zeitintervall abgegebene Kanal „verstärkt“; ohne die nochmalige Konversion mit dem zweiten Leuchtstoff läge die Farbe des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil hingegen bei einer von dem aktuell ausgegebenen Kanal abweichenden Farbe, wäre also nicht nutzbar.
Zum Auftrennen des Lichts mit dem ersten und zweiten Spektralanteil ist der Auskoppelspiegel vorgesehen, der wellenlängenabhängig reflektiv oder transmissiv ist. Es kann also das Licht mit dem ersten Spektralanteil reflektiert und das Licht mit dem zweiten Spektralanteil transmittiert werden, oder umgekehrt. Dem Auskoppelspiegel nachgelagert liegen jedenfalls ein reflektierter und ein transmittierter Strahlengang vor; in dem einen Strahlengang findet sich das Licht mit dem ersten Spektralanteil, in dem anderen das mit dem zweiten. „Auskoppeln“ meint insoweit, dass das Licht mit dem ersten Spektralanteil dann zu Beleuchtungszwecken zur Verfügung steht; das Licht mit dem zweiten Spektralanteil wird hingegen zuvor in der vorliegend beschriebenen Weise nochmals aufbereitet. Der Ausgang ist dann ein Abschnitt, ab dem das gewünschte Licht zur Verfügung steht und wird nicht zwingend von einer Apertur (Lochblende) oder einem bezogen auf die Strahlausbreitung letzten optischen Element gebildet; es ist auch nachgelagert bspw. noch eine Strahlformung möglich.
Dass der Auskoppelspiegel/Strahlteiler in einem der beiden Spektralbereiche „transmissiv“ ist, meint beispielsweise, dass mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, weiter bevorzugt mindestens 80 %, des in diesem Spektralbereich liegenden Teils des ersten Konversionslichts transmittiert werden; „reflektiv“ meint beispielsweise, dass mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 70 %, weiter bevorzugt mindestens 80 % des in dem entsprechenden Spektralbereich liegenden Teils des ersten Konversionslichts reflektiert werden. Jeweils 100 % sind bevorzugt, es können aber technisch bedingt Obergrenzen beispielsweise bei 95 % oder 90 % liegen. Wegen einer möglichen Abhängigkeit von Einfallswinkeln beziehen sich die Angaben konkret auf die Situation in der Beleuchtungsvorrichtung. Entsprechende Prozentwerte können im Rahmen dieser Offenbarung generell bevorzugt sein, soweit davon die Rede ist, dass ein wellenlängenabhängiger Spiegel in einem bestimmten Spektralbereich bzw. bestimmtes Licht transmittiert oder reflektiert.
Als Strahlteiler (wellenlängenabhängiger Spiegel) ist ein Interferenzspiegel bevorzugt (auch als „dichroitischer Spiegel“ bezeichnet), etwa ein Mehrschichtsystem aus mindestens zwei dielektrischen Schichtmaterialien, die sich in ihren Brechungsindizes unterscheiden und abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind. Ein erstes Schichtmaterial kann beispielsweise Siliziumdioxid und ein zweites beispielsweise Titandioxid sein. Der Strahlteiler kann beispielsweise als Hochpass oder Tiefpass, also mit genau einer Grenzwellenlänge, ausgelegt sein oder auch als Bandpass oder Bandsperre mit zwei Grenzwellenlängen; in seinem Passbereich transmittiert er, im Sperrbereich reflektiert er. Generell kann, soweit im Rahmen dieser Offenbarung von einem wellenlängenabhängigen Spiegel die Rede ist, dieser in der eben beschriebenen Weise ausgestaltet sein (also auch andere Spiegel als der Auskoppelspiegel).
Das von dem Auskoppelspiegelaufgetrennte „Breitbandenkonversionslicht“ kann beispielsweise eine spektrale Intensitätsverteilung haben, die über einen Wellenlängenbereich von mindestens 30 nm, vorzugsweise mindestens 60 nm, weiter bevorzugt mindestens 100 nm, durchgehend (bei sämtlichen Wellenlängen innerhalb des Bereichs) eine Intensität zeigt, die jeweils mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 %, weiter bevorzugt mindestens 30 %, eines Maximalwerts der Intensität im sichtbaren Spektralbereich (zwischen 380 nm und 780 nm) ausmacht.
Im Allgemeinen kann es sich bei der „Pumpstrahlung“ beispielsweise auch um UV-Strahlung handeln, bevorzugt ist blaues Pumplicht, beispielsweise mit einer dominanten Wellenlänge von 405 nm oder 450 nm. Als Pumpstrahlung ist Laserstrahlung bevorzugt, die Pumpstrahlungsquelle ist also vorzugsweise eine Laserquelle. Es können auch eine Mehrzahl Laserquellen, die im Allgemeinen auch unterschiedliche Wellenlängen haben können, vorzugsweise jedoch dieselbe Wellenlänge haben und besonders bevorzugt baugleich sind, in einem Array angeordnet sein und kann die jeweilig emittierte Pumpstrahlung auf dem Leuchtstoffelement zusammengeführt werden. Als Laserquelle ist eine Laserdiode bevorzugt.
Im Allgemeinen ist für das erste Leuchtstoffelement sowohl ein Betrieb in Transmission (Pumpstrahlungs-Einstrahlseite entgegengesetzt zur Konversionslicht-Abstrahlseite) oder in Reflexion (Einstrahlseite = Abstrahlseite) möglich; bevorzugt ist der Betrieb in Reflexion, beispielsweise aus thermischen bzw. Effizienzgründen. Auch das zweite Leuchtstoffelement kann in Reflexion oder Transmission betrieben werden; für sowohl das erste als auch das zweite Leuchtstoffelement ist auch jeweils ein kombinierter Betrieb in Transmission und Reflexion möglich.
Im Falle des ersten und/oder des zweiten Leuchtstoffelements ist ein senkrechter Einfall der jeweilig anregenden Strahlung bevorzugt (Pumpstrahlung oder Licht mit zweitem Spektralanteil), wobei jeweils eine Schwerpunktrichtung des jeweiligen Strahlenbündels betrachtet wird. Soweit im Rahmen dieser Offenbarung von einer „Schwerpunktrichtung“ des Lichts die Rede ist, ist diese als Mittelwert der mit dem jeweiligen Lichtstrom gewichteten Vektoren des Strahlenbündels an der entsprechenden Stelle im Strahlengang gebildet. Dem Leuchtstoffelement kann dann eine Optik zugeordnet sein, über welche sowohl die anregende Strahlung fokussiert als auch das Konversionslicht aufgesammelt wird; aufgrund der typischerweise Lambertschen Abstrahlcharakteristik wird dann bei senkrecht einfallender Anregungsstrahlung am meisten Konversionslicht aufgesammelt.
Generell kann zum Führen von Konversionslicht/Anregungsstrahlung dem jeweiligen Leuchtstoffelement zugeordnet eine Optik vorgesehen sein, die abbildend oder beispielsweise im Falle eines Compound Parabolic Concentrator (CPC) auch nicht abbildend sein kann.
Den Auskoppelspiegel muss nicht das gesamte von dem ersten Leuchtstoffelement emittierte Konversionslicht erreichen, sondern es kann beispielsweise in Abhängigkeit von der zur Strahlführung genutzten Optik einen gewissen Verlust geben; es kann in der Regel nicht das gesamte Konversionslicht aufgesammelt werden. Ferner kann das erste Konversionslicht dem Auskoppelspiegel vorgelagert auch spektral verändert werden, vgl. beispielsweise 6, 8 mit zugehöriger Beschreibung zur Illustration. Es soll „zumindest ein Teil“ des ersten Konversionslichts am Auskoppelspiegel ankommen; der Teil des ersten Konversionslichts, der bei dem Auskoppelspiegel ankommt, hat den ersten Spektralanteil in dem ersten Spektralbereich und den zweiten Spektralanteil in dem zweiten Spektralbereich. Soweit generell in dieser Offenbarung auf „zumindest einen Teil des Lichts“ Bezug genommen wird, kann dies auch in Abhängigkeit vom jeweiligen Aufbau beispielsweise mindestens 20 %, 40 %, 60 %, 80 % bzw. 90 % meinen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt).
Im Vergleich zu dem vom ersten Leuchtstoffelement originär emittierten ersten Konversionslicht kann der bei dem Auskoppelspiegel ankommende Teil davon auch spektral verändert sein. Der erste und der zweite Spektralanteil können also zusammen den spektralen Verlauf des (originären) ersten Konversionslichts auch nur zum Teil wiedergeben, also nur einen Ausschnitt davon darstellen, vgl. 1 zur Illustration. Etwa aufgrund eines nachstehend im Detail erläuterten Einkoppelspiegels kann nämlich beispielsweise ein an den ersten Spektralbereich grenzender tiefroter Teil abgeschnitten sein. Gleichwohl hat das von dem Auskoppelspiegel aufgetrennte Licht in beiden Spektralbereichen noch eine Intensität, nämlich den ersten und den zweiten Spektralanteil (der erste und der zweite Spektralanteil werden beim Auskoppelspiegel betrachtet); generell meint „Spektralanteil“ eine spektrale Intensität.
Bei bevorzugten Ausführungsformen kann das erste Konversionslicht aber auch spektral unverändert von dem ersten Leuchtstoffelement zu dem Auskoppelspiegel gelangen. In anderen Worten enthält das erste Konversionslicht dann ausschließlich den ersten und den zweiten Spektralanteil und keine darüberhinausgehenden Anteile (die wie vorstehend beschrieben abgeschnitten werden).
In bevorzugter Ausgestaltung ist der erste Spektralanteil im Vergleich zum zweiten Spektralanteil langwellig, ist also anders ausgedrückt der zweite Spektralanteil kurzwelliger. Es wird also das längerwellige Licht ausgekoppelt und das kürzerwellige Licht zum zweiten Leuchtstoffelement geführt. Das davon auf diese Anregung hin emittierte zweite Konversionslicht ist langwelliger als das Licht mit dem zweiten Spektralanteil, es findet also eine Down-Konversion statt. Eine solche ist auch generell im Falle des ersten Leuchtstoffelements bevorzugt, sodass das erste Konversionslicht längerwellig als die Pumpstrahlung ist.
Der erste und der zweite Spektralbereich grenzen per definitionem in einer Grenzwellenlänge aneinander; im eben dargestellten, bevorzugten Fall erstreckt sich der erste Spektralbereich dann davon weg über längere Wellenlängen und der zweite Spektralbereich über kürzere Wellenlängen. Die Grenzwellenlänge bestimmt sich nach den optischen Eigenschaften des Auskoppelspiegels, also dem Übergang zwischen Reflexion/Transmission.
Weiter bevorzugt ist das erste Konversionslicht gelbes Licht, dessen dominante Wellenlänge beispielsweise bei mindestens 570 nm, vorzugsweise mindestens 575 nm, und zum Beispiel bei höchstens 585 nm, vorzugsweise höchstens 582,5 nm, weiter bevorzugt höchstens 580 nm, liegen kann (Ober- und Untergrenze können auch unabhängig voneinander von Interesse sein).
Für das erste Leuchtstoffelement kann als Gelb-Leuchtstoff ein Granatleuchtstoff bevorzugt sein, beispielsweise Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) oder Lutetium-Aluminium-Granat (LuAG), jeweils mit Cer dotiert. Es kann genau ein Einzelleuchtstoff oder auch eine Mischung mehrerer Einzelleuchtstoffe vorgesehen sein.
Bei dem Licht mit dem zweiten Spektralanteil, welches zu dem zweiten Leuchtstoffelement geführt wird, handelt es sich vorzugsweise um grünes Licht (was auch gelb-grün umfassen soll). Dessen dominante Wellenlänge kann beispielsweise bei mindestens 520 nm, vorzugsweise mindestens 530 nm, weiter bevorzugt mindestens 535 nm, liegen und zum Beispiel bei höchstens 580 nm, vorzugsweise höchstens 570 nm, weiter bevorzugt höchstens 565 nm, besonders bevorzugt höchstens 560 nm (Ober- und Untergrenze können wiederum unabhängig voneinander von Interesse sein).
Das Licht mit dem ersten Spektralanteil ist vorzugsweise rotes Licht, dessen dominante Wellenlänge beispielsweise bei mindestens 580 nm, vorzugsweise mindestens 585 nm, weiter bevorzugt mindestens 590 nm, besonders bevorzugt mindestens 595 nm, liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das rote Licht eine dominante Wellenlänge von beispielsweise höchstens 615 nm, vorzugsweise höchstens 610 nm, weiter bevorzugt höchstens 605 nm und ist das zweite Konversionslicht tiefrotes Licht mit einer dominanten Wellenlänge von mindestens 605 nm, vorzugsweise mindestens 610 nm, weiter bevorzugt mindestens 615 nm, besonders bevorzugt mindestens 620 nm. Das zweite Konversionslicht kann das rote Licht also in gewisser Hinsicht spektral ergänzen und beispielsweise einen sich dann bei Mischung des roten und tiefroten Lichts ergebenden Farbort optimieren helfen.
Andererseits kann ein gewisser spektraler Abstand zwischen dem zweiten Konversionslicht und dem Licht mit dem ersten Spektralanteil auch insoweit von Interesse sein, als sich dann beispielsweise mit einem nachstehend beschriebenen Einkoppelspiegel ein Strahlengang des zweiten Konversionslichts auf einen Ausgangsstrahlengang mit dem Licht des ersten Spektralanteils koppeln lässt; der Einkoppelspiegel kann also beispielsweise das Licht mit dem zweiten Spektralanteil transmittieren und das zweite Konversionslicht reflektieren, vgl. 2 zur Illustration. Einen gewissen Teil des Spektrums des ersten Konversionslichts kann der Einkoppelspiegel jedoch auch „abschneiden“ (soweit eben ein Überlapp mit dem zweiten Konversionslicht besteht).
Das zweite Leuchtstoffelement weist vorzugsweise eine hohe Pumpeffizienz im zweiten Spektralbereich auf und emittiert tiefrotes Licht mit einer dominanten Wellenlänge im oben genannten Bereich. Bevorzugt ist ein mit Europium dotiertes Siliziumnitrid, etwa des Typs (Ca, Sr, Ba)₂Si₅N₈ oder des Typs CaAlSiN₃, als Einzelleuchtstoff; das Leuchtstoffelement kann entweder genau einen Einzelleuchtstoff oder auch eine Mischung mehrerer Einzelleuchtstoffe aufweisen. Bevorzugt kann also ein mit Eu dotierter Einzelleuchtstoff sein, oder aber auch ein mit Mn⁴⁺ dotierter Einzelleuchtstoff.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Auskoppelspiegel in dem ersten Spektralbereich transmissiv und in dem zweiten reflektiv. Bevorzugt kann also beispielsweise ein Tiefpass oder eine Bandsperre sein, wobei im Falle letzterer der erste und der zweite Spektralbereich bei der längerwelligen der beiden Grenzwellenlängen aneinandergrenzen. Zwischen den beiden Grenzwellenlängen ist die Bandsperre reflektiv und bei Wellenlängen kleiner der kürzerwelligen wieder transmissiv, beispielsweise für einen blauen Kanal (siehe unten im Detail). Die Begriffe „Hochpass“/„Tiefpass“ beziehen sich im Rahmen dieser Offenbarung auf die Energie.
Auch unabhängig davon, ob der Auskoppelspiegel im ersten oder zweiten Spektralbereich reflektiv ist, liegt die Grenzwellenlänge, in welcher der erste und der zweite Spektralbereich vorzugsweise aneinander grenzen, bei in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 570 nm, 575 nm, 580 nm bzw. 585 nm. Vorteilhafte Obergrenzen liegen beispielsweise bei in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 610 nm, 605 nm, 600 nm bzw. 595 nm; Ober- und Untergrenze können auch unabhängig voneinander von Interesse sein. In anderen Worten liegt also die Grenzwellenlänge beziehungsweise eine der Grenzwellenlängen des Auskoppelspiegels in einem entsprechenden Bereich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das zweite Konversionslicht gemeinsam mit dem Licht mit dem ersten Spektralanteil zu demselben Ausgang geführt; das Licht mit dem ersten Spektralanteil liegt dem Auskoppelspiegel nachgelagert in einem „Ausgangsstrahlengang“ vor. Auf diesen wird der Strahlengang des zweiten Konversionslichts gekoppelt und dazu vorzugsweise bereits dem Auskoppelspiegel vorgelagert entlang eines Strahlengangs geführt, welcher das Licht mit dem ersten Spektralanteil enthält.
Wie nachstehend weiter im Detail erläutert, kann der Strahlengang des zweiten Konversionslichts beispielsweise mit einem Einkoppelspiegel auf den Strahlengang des Lichts mit dem ersten Spektralanteil gekoppelt werden. Andererseits können das erste und das zweite Leuchtstoffelement beispielsweise auch direkt aneinandergrenzend vorgesehen sein und kann das an dieser Grenzfläche vom zweiten Leuchtstoffelement durch das erste hindurch abgegebene zweite Konversionslicht gemeinsam mit dem von dem ersten Leuchtstoffelement an seiner der Grenzfläche entgegengesetzten Seite abgegebenen ersten Konversionslicht geführt werden.
In dem Ausgang der Beleuchtungsvorrichtung kann generell in bevorzugter Ausgestaltung ein Flächenlichtmodulator angeordnet sein, mit dem sich durch eine bildpunktabhängige Weiterleitung (oder Nicht-Weiterleitung) ein Bild auf ein Strahlenbündel aufmodulieren lässt. Die „Weiterleitung“ kann durch Reflexion oder Transmission erfolgen. Es kann also beispielsweise ein Mikrospiegelarray (Digital Micromirror Device, DMD-Array) oder ein Flüssigkristall-basierter Bildgeber, etwa ein LCD (Liquid Crystal Display)- oder LCoS(Liquid Crystal on Silicon)-Bildgeber vorgesehen sein.
Generell betrifft eine bevorzugte Ausführungsform ein erstes und ein zweites Leuchtstoffelement, die in einem direkten optischen Kontakt miteinander vorgesehen sind, entweder direkt aneinandergrenzend oder über einen Zwischenraum zueinander beabstandet, der vorzugsweise von optisch wirksamen Gasvolumina frei ist, vgl. 6 zur Illustration. In einem entsprechenden Zwischenraum soll also beispielsweise allenfalls ein optisches Glas angeordnet sein; es sollen beispielsweise allenfalls Materialien mit einem Brechungsindex n ≥ 1,2, vorzugsweise ≥ 1,3, in einem etwaigen Zwischenraum vorgesehen sein (jeweils betrachtet bei λ = 580 nm).
Generell ist für die Leuchtstoffelemente eine Schichtform bevorzugt, haben sie also jeweils in den Schichtrichtungen eine größere, etwa mindestens um das 5-, 10-, 15-, 20- bzw. 25-fache, Erstreckung als senkrecht dazu, in einer Dickenrichtung. Mögliche Obergrenzen können beispielsweise bei höchstens dem 100-, 70-, 50- bzw. 35-fachen liegen. Die Erstreckung in den Schichtrichtungen kann beispielsweise zwischen 1 mm und 3 mm liegen, die Dicke zwischen 100 µm und 200 µm.
Bezogen auf die Schichtrichtungen können die Leuchtstoffelemente vorzugsweise deckungsgleich vorgesehen sein. Einstrahl- und Abstrahlseite liegen bevorzugt bezogen auf die Dickenrichtung außen, im Falle eines Betriebs in Reflexion auf derselben und bei einem Betrieb in Transmission auf entgegengesetzten Seiten; Einstrahl- und Abstrahlseite können sich beispielsweise jeweils senkrecht zur Dickenrichtung erstrecken.
Wie bereits erwähnt, wird bei bevorzugten Ausführungsformen der Strahlengang mit dem zweiten Konversionslicht mit einem Einkoppelspiegel auf den Strahlengang des ersten Konversionslichts gekoppelt, vgl. zum Beispiel 2 bis 5 zur Illustration.
Der Einkoppelspiegel kann entweder für das erste Konversionslicht (zumindest einen Teil davon) transmissiv sein und das zweite Konversionslicht reflektieren oder für das erste Konversionslicht (zumindest einen Teil davon) reflektiv sein und das zweite Konversionslicht transmittieren. Eine entsprechende Grenzwellenlänge des Einkoppelspiegels kann beispielsweise bei mindestens 600 nm, vorzugsweise mindestens 610 nm, weiter bevorzugt mindestens 615 nm, und etwa bei höchstens 630 nm, vorzugsweise höchstens 625 nm, liegen; Ober- und Untergrenze können auch unabhängig voneinander von Interesse sein. Der erste Spektralbereich kann sich dann beispielsweise von einer vorstehend genannten Grenzwellenlänge des Auskoppelspiegels bis zu einer eben genannten Grenzwellenlänge des Einkoppelspiegels erstrecken.
Bevorzugt ist der Einkoppelspiegel für das erste Konversionslicht transmissiv und für das zweite Konversionslicht reflektiv. Anders als bei der vorstehend beschriebenen Variante mit direkt aufeinander liegenden Leuchtstoffelementen durchsetzt das zweite Konversionslicht vorliegend in der Regel ein Gasvolumen (Inertgas oder vorzugsweise Luft), bevor es auf den Einkoppelspiegel trifft.
Bezogen auf eine Schwerpunktrichtung, die der Strahlengang mit dem ersten Konversionslicht dort hat, wo eingekoppelt wird, kann ein zu dieser Schwerpunktrichtung um 45° verkippter Einkoppelspiegel bevorzugt sein (wobei der Verkippungswinkel zwischen der Richtung und einer die bevorzugt plane Einkoppelspiegelfläche senkrecht durchsetzenden Achse genommen wird), vgl. 2, 3 zur Illustration. Andererseits kann der Winkel auch kleiner als 45° sein, beispielsweise um einen insgesamt kompakteren Aufbau zu realisieren, vgl. 4 zur Illustration. Bevorzugt kann auch sein, dass der Einkoppel- und der Auskoppelspiegel als integriertes Bauteil vorgesehen sind, beispielsweise als sogenannter X-Cube mit zwei zueinander senkrechten Spiegelflächen, vgl. 5 zur Illustration. Letzteres kann auch die Packungsdichte erhöhen helfen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das zweite Leuchtstoffelement in Transmission betrieben, fällt also das Anregungslicht (das Licht mit dem zweiten Spektralanteil) auf eine Einstrahlseite und wird das zweite Konversionslicht von einer dieser Einstrahlseite entgegengesetzten Abstrahlseite weggeführt. Zur Illustration wird auf die 9 und 10 verwiesen.
Weiter bevorzugt kann dann zwischen dem ersten und dem zweiten Leuchtstoffelement ein Entkoppelspiegel angeordnet sein, wobei sich „zwischen“ auf den Strahlengang des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil von dem ersten Leuchtstoffelement zu der Einstrahlseite des zweiten Leuchtstoffelements bezieht. Der Entkoppelspiegel ist in dem ersten Spektralbereich reflektiv und in dem zweiten Spektralbereich transmissiv, lässt also das Anregungslicht (für das zweite Leuchtstoffelement) passieren. Von dem Auskoppelspiegel zurückgeführtes Licht mit dem zweiten Spektralanteil wird beispielsweise durch das erste Leuchtstoffelement und den Entkoppelspiegel zu dem zweiten Leuchtstoffelement transmittiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Entkoppelspiegel zwischen dem ersten und dem zweiten Leuchtstoffelement in direktem optischen Kontakt (Definition siehe vorne) mit zumindest einem der beiden Leuchtstoffelemente vorgesehen, vorzugsweise mit beiden. Besonders bevorzugt kann ein Schichtaufbau mit einem transparenten Substratkörper, etwa Glas oder Saphir, sein, wobei die beiden Leuchtstoffelemente, der Entkoppelspiegel und der Substratkörper dann vorzugsweise so vorgesehen sind, dass nächstbenachbarte Schichten unmittelbar aneinandergrenzen und der Entkoppelspiegel in dieser Schichtfolge eben zwischen den beiden Leuchtstoffelementen liegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft ein dem Auskoppelspiegel vorgelagert im Strahlengang des ersten Konversionslichts angeordnetes zweites Leuchtstoffelement, vgl. 7 zur Illustration. Bezogen auf den Strahlengang des ersten Konversionslichts von dem ersten Leuchtstoffelement zu dem Auskoppelspiegel ist in diesem Fall also das zweite Leuchtstoffelement zwischen den beiden angeordnet. Bevor das erste Konversionslicht den Auskoppelspiegel erreicht, durchsetzt es das zweite Leuchtstoffelement, wobei bereits ein Teil des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil konvertiert wird. Zu dem Auskoppelspiegel gelangt somit der nicht konvertierte Teil des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil, der beispielsweise mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 40 %, ausmachen kann (im Verhältnis zum konvertierten Teil).
Bei dem Durchgang durch das zweite Leuchtstoffelement kann auch ein Teil des Lichts mit dem ersten Spektralanteil verloren gehen, beispielsweise durch Streuung. Vorzugsweise kommen aber mindestens 70 %, weiter bevorzugt mindestens 80 % bzw. 90 %, davon beim Auskoppelspiegel an. Wenngleich sich beim Durchgang durch das zweite Leuchtstoffelement also das Verhältnis der Spektralanteile ändert, enthält das Licht noch erstes Konversionslicht (siehe vorne).
Der Auskoppelspiegel führt bei dieser Ausführungsform den nicht konvertierten Teil des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil zurück zu dem zweiten Leuchtstoffelement, wo es dann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig konvertiert wird. Das auf die Anregung hin abgegebene zweite Konversionslicht wird zum Teil zum Auskoppelspiegel hin, in der Regel aber auch in eine entgegengesetzte Richtung (zum ersten Leuchtstoffelement hin) abgegeben. Ist das zweite Konversionslicht zu dem Licht mit dem ersten Spektralanteil spektral ein Stück weit versetzt, beispielsweise tiefrot zu rot (siehe vorne), kann die dem ersten Leuchtstoffelement zugewandte Seite des zweiten Leuchtstoffelements auch mit einem wellenlängenabhängigen Spiegel versehen sein, der für das zweite Konversionslicht reflektiv, im ersten und zweiten Spektralbereich jedoch transmissiv ist.
Im Allgemeinen kann das erste Leuchtstoffelement auch statisch vorgesehen sein. Eine bevorzugte Ausgestaltung betrifft jedoch ein erstes Leuchtstoffelement, das auf einem Drehkörper vorgesehen ist, welcher um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist. Im Allgemeinen ist beispielsweise auch eine Leuchtstoffwalze denkbar, auf deren Mantelfläche das Leuchtstoffelement angeordnet sein kann, bevorzugt ist jedoch ein Leuchtstoffrad, wobei die Drehachse vorzugsweise senkrecht zu einer Anordnungsfläche mit dem Leuchtstoffelement liegt. Im Falle eines schichtförmigen Leuchtstoffelements liegen die Schichtrichtungen dann also senkrecht zur Drehachse.
Vorzugsweise ist gemeinsam mit dem ersten Leuchtstoffelement auf dem Drehkörper dann auch ein weiteres Leuchtstoffelement anderer Farbe für einen weiteren Kanal, besonders bevorzugt grün, und/oder ein Segment für einen blauen Kanal vorgesehen. Für den blauen Kanal wird vorzugsweise blaues Pumplicht genutzt, das entweder für sich allein oder in Mischung mit einem Konversionslicht den blauen Kanal versorgen kann; im letztgenannten Fall würde das blaue Pumplicht dann im blauen Segment nur zum Teil von einem entsprechenden Leuchtstoffelement konvertiert.
In bevorzugter Ausgestaltung ist ein Leuchtstoffrad mit dem ersten Leuchtstoffelement in einem anderen Segment, das dem blauen Kanal entspricht, mit einem Durchtritt versehen. In diesem könnte auch ein in Transmission und Teilkonversion betriebener Leuchtstoff angeordnet sein, vorzugsweise passiert das blaue Pumplicht den Durchtritt jedoch konversionsfrei. Es kann also beispielsweise ein transparenter Grundkörper einen optischen Durchtritt bilden oder ein dann vorzugsweise nicht transparenter Grundkörper mit einer tatsächlichen Durchgangsöffnung (cutout) versehen sein.
Dem Durchtritt nachgelagert kann das Pumplicht dann mit optischen Elementen, beispielsweise mindestens zwei Spiegeln, so umgelenkt werden, dass es eine seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung (im Durchtritt) entgegengesetzte Richtung hat. Es wird dann entweder am Leuchtstoffrad vorbei oder durch einen weiteren Durchtritt, der zu dem erstgenannten um eine 180°-Drehung versetzt liegen kann, geführt. Da die übrigen Kanäle vorzugsweise in Reflexion betrieben werden, steht dann auch das blaue Pumplicht als blauer Kanal gemeinsam mit den übrigen Kanälen an der Vorderseite des Leuchtstoffrads zur Verfügung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, vgl. beispielsweise 8 zur Illustration, ist die Beleuchtungsvorrichtung so vorgesehen, dass in einer Drehposition, in welcher das erste Leuchtstoffelement angeregt wird, das Licht mit dem zweiten Spektralanteil rückseitig des Leuchtstoffrads zu dem vorzugsweise auf der Rückseite des Leuchtstoffrads angeordneten zweiten Leuchtstoffelement geführt wird (die Rückseite liegt der Vorderseite mit dem Leuchtstoffelement entgegengesetzt). Weiter bevorzugt erfolgt dies über dieselben optischen Elemente (bevorzugt mindestens zwei Spiegel) wie im Falle des blauen Kanals, wenn also in einer anderen Drehposition blaues Pumplicht das Leuchtstoffrad durch zwei Durchtritte durchsetzt und so wieder nach vorne geführt wird.
Im Falle eines Leuchtstoffrads mit einem Grundkörper kann generell bevorzugt sein, dass das erste Leuchtstoffelement auf einer Seite des Grundkörpers und das zweite Leuchtstoffelement auf der anderen Seite davon angeordnet ist (jeweils mit dem Grundkörper verbunden), sodass die Leuchtstoffelemente also bezogen auf zur Rotationsachse parallele Richtungen auf verschiedenen Seiten des Grundkörpers liegen. Dies kann beispielsweise mit der vorstehend beschriebenen Variante, gemäß welcher das erste und das zweite Leuchtstoffelement in direktem optischen Kontakt vorgesehen sind, kombiniert werden; andererseits kann das Licht mit dem zweiten Spektralanteil zwischen den beiden Leuchtstoffelementen auch ein Gasvolumen, etwa Inertgas oder vorzugsweise Luft, durchsetzen und über eine eben beschriebene Optik geführt sein (die nicht zwingend, aber vorzugsweise auch für Pumplicht genutzt wird). Der Grundkörper kann auch reflektiv (etwa aus/mit Metall) und lokal mit Durchtritten/Passagen versehen sein.
In bevorzugter Ausgestaltung ist also auch das zweite Leuchtstoffelement auf einem Drehkörper vorgesehen, besonders bevorzugt gemeinsam mit dem ersten Leuchtstoffelement auf demselben Drehkörper, vgl. die eben beschriebenen Beispiele. Andererseits kann der zweite Leuchtstoff aber auch auf einem eigenen Drehkörper angeordnet sein, der mit dem des ersten Leuchtstoffelements getaktet, vorzugsweise synchron, rotiert. Bezüglich möglicher Ausgestaltungen eines solchen Drehkörpers wird auf die vorstehende Offenbarung verwiesen.
Gleichermaßen kann auch eine Anordnung des Auskoppelspiegels auf einem Drehkörper bevorzugt sein (und wird bezüglich möglicher Ausgestaltungen des „Drehkörpers“ wiederum auf die vorstehende Offenbarung verwiesen). Weiter bevorzugt teilt sich der Auskoppelspiegel mit dem ersten und/oder zweiten Leuchtstoffelement den Drehkörper, besonders mit beiden. Es ist dann also beispielsweise der Auskoppelspiegel auf der einen Seite des ersten Leuchtstoffelements und das zweite Leuchtstoffelement auf der anderen Seite davon angeordnet, vorzugsweise sind diese Bestandteile dann in direktem optischen Kontakt miteinander und weiter bevorzugt einem Substratkörper des Drehkörpers/Leuchtstoffrads vorgesehen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Auskoppelspiegel für die Pumpstrahlung, vorzugsweise blaues Pumplicht, transmissiv oder reflektiv, und zwar invers zu dem zweiten Spektralbereich. Ist der Auskoppelspiegel also im zweiten Spektralbereich transmissiv, ist er dann für die Pumpstrahlung reflektiv, wohingegen er letztere transmittiert, wenn er das Licht mit dem zweiten Spektralanteil reflektiert. Entlang des Strahlengangs des zweiten Konversionslichts zum Auskoppelspiegel geführte Pumpstrahlung (in einem anderen Zeitpunkt, als anderer Kanal) soll also wie das Licht mit dem ersten Spektralanteil über den Auskoppelspiegel geführt, also ausgekoppelt werden.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung mit einer Mischung aus dem Licht mit dem ersten Spektralanteil und dem zweiten Konversionslicht. Neben den bereits erwähnten Projektionsanwendungen, also etwa dem Einsatz als Teil eines Projektionsgeräts, können vorteilhafte Anwendungsgebiete generell im Bereich der Beleuchtungstechnik liegen. Es ist beispielsweise auch eine Verwendung im Bereich der Automobilbeleuchtung oder bei medizinischen Beleuchtungs-/Bestrahlungsgeräten denkbar; ferner kann eine entsprechende Lichtquelle beispielsweise auch Teil eines Effektlichtgeräts sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt:
1 eine schematische Skizze eines Spektrums zur Illustration des erfindungsgemäßen Konzepts;
2 eine erste erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit zwei beabstandet zueinander angeordneten Leuchtstoffelementen, die jeweils in Reflexion betrieben werden;
3 eine zweite erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung, deren prinzipieller Aufbau jenem der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 2 entspricht, jedoch auf eine effizientere Nutzung des zweiten Konversionslichts optimiert ist;
4 eine dritte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung, deren prinzipieller Aufbau jenem der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 3 entspricht, jedoch auf eine kompaktere Anordnung hin optimiert ist;
5 eine vierte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung, deren prinzipieller Aufbau jenen der Beleuchtungsvorrichtungen gemäß den 3 und 4 entspricht, jedoch mit einem integrierten Auskoppel-/Einkoppelspiegelelement realisiert ist;
6 eine fünfte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung, bei welcher die beiden Leuchtstoffelemente in direktem optischen Kontakt miteinander vorgesehen sind;
7 eine sechste erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einem in Reflexion betriebenen ersten Leuchtstoffelement und einem beabstandet dazu angeordneten, zweiten Leuchtstoffelement;
8 eine siebte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einem teils in Reflexion, teils in Transmission betriebenen ersten Leuchtstoffelement und einem beabstandet dazu angeordneten, in Reflexion betriebenen zweiten Leuchtstoffelement;
9 eine achte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einem in Reflexion betriebenen ersten Leuchtstoffelement und einem in direktem optischen Kontakt damit vorgesehenen, in Transmission betriebenen zweiten Leuchtstoffelement;
10 eine neunte erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung, deren prinzipieller Aufbau jenem der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 9 entspricht, bei welcher jedoch der Auskoppelspiegel beabstandet zu dem ersten Leuchtstoffelement vorgesehen ist.
1 zeigt in einer schematischen Skizze Spektren zur Illustration des Konzepts der vorliegenden Erfindung. Die kurzwellige Pumpstrahlung 1, nämlich blaues Pumplicht mit einer dominanten Wellenlänge von ca. 450 nm, wird mit einem ersten Leuchtstoffelement (YAG:Ce) in gelbes Breitbandenkonversionslicht 2 konvertiert. Für den roten Kanal einer Mehrkanallichtquelle kann davon jedoch nur ein erster Spektralanteil 3a in einem ersten Spektralbereich 4a genutzt werden, also der Anteil im Roten. Würde dies bloß durch Filtern erreicht, bliebe ein zweiter Spektralanteil 3b in einem zweiten Spektralbereich 4b ungenutzt.
Der vorliegende Ansatz besteht nun darin, einerseits den ersten Spektralanteil 3a als rotes Licht direkt zu nutzen und den zu diesem Zweck davon abgetrennten zweiten Spektralanteil 3b ebenfalls für den roten Kanal nutzbar zu machen, und zwar durch eine erneute Konversion. Mit dem zweiten Spektralanteil 3b, also dem grünen/gelb-grünen Licht, wird ein zweites Leuchtstoffelement (mit Eu dotiertes Ca, Sr, Ba)₂Si₅N₈) angeregt, welches auf diese Anregung hin ein zweites, tiefrotes Konversionslicht 5 emittiert. Letzteres ist gemeinsam mit dem Licht mit dem ersten Spektralanteil 3a für den roten Kanal nutzbar.
Das gelbe Breitbandenkonversionslicht 2 hat bezogen auf den ersten Spektralanteil 3a bei niedrigeren Energien auch noch einen spektralen Anteil 3c, nämlich im Tiefroten. Dieser Anteil könnte zwar auch für den roten Kanal genutzt werden, wird allerdings wie nachstehend anhand von 2 erläutert abgeschnitten.
2 zeigt nun eine erste entsprechende Beleuchtungsvorrichtung 6 mit einem ersten Leuchtstoffelement 7 und einem zweiten Leuchtstoffelement 8. Das erste Leuchtstoffelement 7 ist auf einem um eine Rotationsachse 9 drehbar gelagerten Leuchtstoffrad 10 vorgesehen, welches in der Figur in einem schematischen Schnitt gezeigt ist (die Schnittebene beinhaltet die Rotationsachse 9).
In dem in 2 gezeigten Zeitpunkt, also bei der gezeigten Drehposition des Leuchtstoffrads 10, fällt ein Strahlengang 11 der Pumpstrahlung auf das erste Leuchtstoffelement 7, welches auf diese Anregung hin das erste Konversionslicht (gelbes Breitbandenkonversionslicht) emittiert. Das erste Leuchtstoffelement 7 wird in Reflexion betrieben, und ein Strahlengang 12 des ersten Konversionslichts wird abschnittsweise entlang des Strahlengangs 11 der Pumpstrahlung geführt (in entgegengesetzter Richtung). Mit einer ersten Optik 13, vorliegend schematisch als Sammellinse dargestellt, wird einerseits die Pumpstrahlung auf das erste Leuchtstoffelement 7 fokussiert und wird andererseits das mit Lambertscher Abstrahlcharakteristik divergent abgegebene erste Konversionslicht kollimiert.
Ein der ersten Optik 13 bezogen auf das erste Konversionslicht nachgelagerter, wellenlängenabhängiger Pumpstrahlungsspiegel 14 ist zwar für die Pumpstrahlung reflektiv, transmittiert jedoch das erste Konversionslicht. Dieses durchsetzt einen weiteren, nachstehend im Detail erläuterten wellenlängenabhängigen Spiegel (der insoweit ebenfalls transmissiv ist) und wird auf einen Auskoppelspiegel 15 fokussiert. Dieser Auskoppelspiegel 15 ist dem ersten Leuchtstoffelement 7 vergleichbar drehbar gelagert, und zwar auf einem Filterrad 16 (die Schnittebene enthält wiederum die Rotationsachse 17).
Der Auskoppelspiegel 15 ist in dem ersten Spektralbereich 4a transmissiv, in dem zweiten Spektralbereich 4b jedoch reflektiv. Es wird also der erste Spektralanteil 3a des ersten Konversionslichts transmittiert und steht als rotes Licht an einem Ausgang 18 der Beleuchtungsvorrichtung 6 zur Verfügung. Aufgrund des wellenlängenabhängigen Spiegels 23 kommt jedoch nicht das gesamte erste Konversionslicht bei dem Auskoppelspiegel 15 an, sondern wird ein tiefroter Anteil 3c aus dem Strahlengang reflektiert, vgl. 1.
Das Licht mit dem zweiten Spektralanteil 3b, also grünes Licht, wird an dem Auskoppelspiegel 15 reflektiert. In einem Strahlengang 19 des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil ist das zweite Leuchtstoffelement 8 angeordnet; das Licht mit dem zweiten Spektralanteil wird darauf fokussiert, und zwar mit einer dem zweiten Leuchtstoffelement 8 zugeordneten ersten Leuchtstoffelement-Optik 20a. Das daraufhin davon abgegebene zweite Konversionslicht wird mit einer zweiten Leuchtstoffelement-Optik 20b kollimiert. Dabei wird nicht das gesamte zweite Konversionslicht aufgesammelt, sondern nur der Teil in einem entsprechenden Raumwinkel.
In einem Strahlengang 21 des zweiten Konversionslichts, welcher über einen Spiegel (Vollverspiegelung) 22 geführt ist, ist ein Einkoppelspiegel 23 angeordnet, der für das zweite Konversionslicht reflektiv, für das erste Konversionslicht jedoch bis auf dessen tiefroten Anteil transmissiv ist. Das Licht mit dem ersten Spektralanteil hat eine dominante Wellenlänge von ca. 600 nm, und das zweite Konversionslicht hat eine dominante Wellenlänge von mehr als 620 nm. Idealerweise überlappen die Spektren nicht (anders als in 1 gezeigt) und ist der Einkoppelspiegel 23 für das gesamte erste Konversionslicht transmissiv.
Dem Einkoppelspiegel 23 nachgelagert erstreckt sich der Strahlengang 21 des zweiten Konversionslichts entlang des Strahlengangs 12 des ersten Konversionslichts, wird also gemeinsam mit diesem mit einer Fokussierungsoptik 24 auf den Auskoppelspiegel 15 fokussiert. Letzterer ist nicht nur im ersten Spektralbereich, sondern als Tiefpass dann generell bei längeren Wellenlängen transmissiv, das zweite, tiefrote Konversionslicht wird also gemeinsam mit dem roten Licht ausgekoppelt; dem Auskoppelspiegel 15 nachgelagert liegt ein Ausgangstrahlengang vor.
In einem anderen als dem in der Figur gezeigten Zeitpunkt kann sich das Leuchtstoffrad 10 dann ein Stück weitergedreht haben und kann ein anderes als das erste Leuchtstoffelement 7 angeregt werden, beispielsweise zur Emission von grünem Konversionslicht, welches dann sowohl den Pumpstrahlungsspiegel 14 als auch den Einkoppelspiegel 23 in Transmission passieren kann. Es hat sich dann auch das Filterrad 16 dem Leuchtstoffrad 10 entsprechend weitergedreht, sodass das grüne Konversionslicht nicht auf den Auskoppelspiegel 15 fällt und am Ausgang 18 grünes Licht anliegt.
Zusammengefasst ist also der wellenlängenabhängige Pumpstrahlungsspiegel 14 für die Pumpstrahlung reflektiv, im Übrigen aber transmissiv; seine Grenzwellenlänge kann beispielsweise bei 460 nm liegen. Der Einkoppelspiegel 23 ist bis zu einer Grenzwellenlänge von ca. 620 nm transmissiv und darüber, also bei niedrigeren Energien, reflektiv (Hochpass). Der Auskoppelspiegel 15 ist ein Tiefpass mit einer Grenzwellenlänge bei ca. 590 nm, der also dazu längerwelliges (rotes und tiefrotes) Licht transmittiert.
3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 6, die in ihrem grundlegenden Aufbau jener gemäß 2 entspricht. Insoweit und generell bezeichnen dieselben Bezugszeichen Teile mit derselben Funktion und wird dann jeweils auch auf die entsprechende Beschreibung der anderen Figuren verwiesen.
Das von dem ersten Leuchtstoffelement 7 auf die Anregung mit der Pumpstrahlung hin emittierte erste Konversionslicht wird wiederum zu dem Auskoppelspiegel 15 geführt, welcher den Rotanteil zu dem Ausgang 18 transmittiert und den Grünanteil zu dem zweiten Leuchtstoffelement 8 reflektiert. Letzteres ist also wiederum in einem Strahlengang 19 des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil angeordnet, allerdings unterscheidet sich die Strahlführung von jener der Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 2.
Das von dem Auskoppelspiegel 15 divergent reflektierte grüne Licht wird nämlich zunächst mit einer Kollimationsoptik 31 kollimiert und dann über die Leuchtstoffelement-Optik 20 auf das zweite Leuchtstoffelement 8 fokussiert. Dabei liegt eine Schwerpunktrichtung des Anregungslichts, also des grünen Lichts, senkrecht zu dem zweiten Leuchtstoffelement 8, also zu dessen Einstrahlseite 32. Das zweite Leuchtstoffelement 8 wird in Reflexion betrieben, die Einstrahlseite 32 ist gleich der Abstrahlseite 33. Das zweite Konversionslicht wird über dieselbe Leuchtstoffelement-Optik 20 geführt, wobei aufgrund deren Anordnung mit zu einer Hauptabstrahlrichtung paralleler optischer Achse das zweite Konversionslicht aus einem Raumwinkelbereich aufgesammelt wird, in welchem aufgrund der Lambertschen Abstrahlcharakteristik die Lichtstärke am höchsten ist.
Um das aufgesammelte zweite Konversionslicht dann von dem Strahlengang 19 des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil (des grünen Lichts) zu entkoppeln, ist der Leuchtstoffelement-Optik 20 nachgelagert ein Konversionslichtspiegel 34 vorgesehen, der in dem zweiten Spektralbereich transmissiv ist, das zweite Konversionslicht jedoch reflektiert. Diesem nachgelagert entspricht der Strahlengang dann wiederum jenem der Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 2, das zweite, tiefrote Konversionslicht steht gemeinsam mit dem roten Licht an dem Ausgang 18 zur Verfügung.
Die Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 4 entspricht im Prinzip jener gemäß 3, es ist lediglich der Winkel zwischen dem Strahlengang 19 des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil, also des reflektierten grünen Lichts, und dem Strahlengang 12 des ersten Konversionslichts am Auskoppelspiegel 15 kleiner; das erste Konversionslicht (eine Schwerpunktrichtung davon) trifft steiler auf den Auskoppelspiegel 15, also unter einem geringeren Winkel zu einer auf den Auskoppelspiegel 15 senkrechten Achse. Bei den Beleuchtungsvorrichtungen 6 gemäß den 2 und 3 betrug der Winkel zwischen Schwerpunktrichtung des ersten Konversionslichts und Achse 45°, also der Winkel zwischen den beiden Schwerpunktrichtungen (des ersten Konversionslichts und des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil) entsprechend 90°.
Vorliegend ist dieser Winkel geringer und rückt dementsprechend die Kollimationsoptik 31 und der gesamte nachgelagerte Teil mit dem zweiten Leuchtstoffelement 8 näher an den Strahlengang 12 des ersten Konversionslichts. Dies kann einen kompakteren Aufbau ermöglichen. Zudem wird das zweite Konversionslicht dem Konversionslichtspiegel 34 nachgelagert nicht noch über einen eigenen Spiegel 22 geführt, sondern direkt zu dem Einkoppelspiegel 23, was insoweit ein Bauteil weniger notwendig macht.
Auch die Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 5 ist auf Platzbedarf optimiert. Im Unterschied zu den bisherigen Beleuchtungsvorrichtungen 6 ist in diesem Fall der Auskoppelspiegel 15 nicht auf einem Filterrad 16 angeordnet, sondern gemeinsam mit dem Einkoppelspiegel 23 in einem integrierten Bauteil vorgesehen, nämlich einem sogenannten X-Cube. Die beiden Spiegel 15, 23 kreuzen sich also, und von dem X-Cube weg und zu diesem hin verlaufen der Strahlengang 19 des grünen Lichts (des Lichts mit dem zweiten Spektralanteil) und der Strahlengang 21 des zweiten Konversionslichts entlang desselben Pfads.
In dem X-Cube wird das Licht mit dem ersten Spektralanteil von beiden Spiegeln 15, 23 transmittiert (auch der für das tiefrote zweite Konversionslicht reflektive Einkoppelspiegel 23 ist bis ca. 620 nm transmissiv, siehe vorne), das Licht mit dem zweiten Spektralanteil (grünes Licht) wird von dem Auskoppelspiegel 15 jedoch zu der Leuchtstoffelement-Optik 20 reflektiert. Das auf die Anregung hin von dem zweiten Leuchtstoffelement 8 emittierte zweite, tiefrote Konversionslicht wird an dem Einkoppelspiegel 23 reflektiert und steht gemeinsam mit dem roten Licht an dem Ausgang 18 der Beleuchtungsvorrichtung 6 zur Verfügung. Der Auskoppelspiegel 15 kann mit Blick auf andere Kanäle auch komplexer konzipiert sein, etwa als Bandsperre, um beispielsweise transmissiv für einen blauen Kanal (zu einem anderen Zeitpunkt) zu sein.
Die Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 6 unterscheidet sich von den bisher diskutierten Ausführungsformen insofern grundlegend, als bislang die beiden Leuchtstoffelemente 7, 8 über einen Luftraum zueinander beabstandet vorgesehen waren. Demgegenüber sind sie im Falle von 6 in direktem optischen Kontakt vorgesehen, und zwar aufeinander. Das erste Leuchtstoffelement 7 ist wiederum auf einem Leuchtstoffrad 10 vorgesehen, zwischen einem Substratkörper 60 des Leuchtstoffrads 10 und dem ersten Leuchtstoffelement 7 ist jedoch das zweite Leuchtstoffelement 8 angeordnet. Es ist also das zweite Leuchtstoffelement 8 auf den Substratkörper 60 aufgebracht und das erste Leuchtstoffelement 7 dann auf das zweite Leuchtstoffelement 8.
Auf die Anregung mit der Pumpstrahlung hin emittiert das erste Leuchtstoffelement 7 das erste Konversionslicht, und zwar im Prinzip omnidirektional, also zu im Wesentlichen gleichen Teilen an einer Einstrahlseite 61, die vorliegend auch zugleich Abstrahlseite 62 ist, und einer dazu entgegengesetzten Rückseite. An letztere grenzend ist das zweite Leuchtstoffelement 8 vorgesehen. Ein solches omnidirektionales Abstrahlverhalten zeigen die vorliegend diskutierten Leuchtstoffelemente 7, 8 generell, es hängt dann von der konkreten Anordnung ab, ob das Konversionslicht an einer der Einstrahlseite 61 entgegengesetzten Abstrahlseite 62 (Transmission) oder eben in Reflexion abgeführt wird.
Bei der Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 6 wird ein Strahlengang 12 des an der Abstrahlseite 62 des ersten Leuchtstoffelements 7 (in der Figur nach rechts) abgegebenen ersten Konversionslichts wiederum auf einen Auskoppelspiegel 15 fokussiert, der auf einem Filterrad 16 vorgesehen ist. Das Licht mit dem ersten Spektralanteil wird davon transmittiert und steht an dem Ausgang 18 als rotes Licht zur Verfügung. Der auf einem Substratkörper 63 angeordnete Auskoppelspiegel 15 reflektiert jedoch das Licht mit dem zweiten Spektralanteil, also das grüne Licht, und zwar entlang desselben Pfads zurück.
Das grüne Licht passiert den wellenlängenabhängigen Pumpstrahlungsspiegel 14, der also als Tiefpass mit einer Grenzwellenlänge zwischen der Pumpstrahlung und dem Breitbandenkonversionslicht ausgelegt ist (z. B. bei 460 nm). Das grüne Licht fällt dann auf das erste Leuchtstoffelement 7 und durchsetzt dieses von gegebenenfalls Streuverlusten abgesehen zu dem zweiten Leuchtstoffelement 8. Dort wird das grüne Licht in zweites, tiefrotes Konversionslicht umgesetzt, welches durch das erste Leuchtstoffelement 7 entlang des Strahlengangs 12 des ersten Konversionslichts zu dem wellenlängenabhängigen Auskoppelspiegel 15 geführt wird und diesen Tiefpass, der seine Grenzwellenlänge bei ca. 590 nm hat, passiert und am Ausgang 18 zur Verfügung steht.
Von dem ersten Leuchtstoffelement 7 an seiner der Abstrahlseite 62 entgegengesetzten Rückseite zu dem zweiten Leuchtstoffelement 8 abgegebenes erstes Konversionslicht wird von dem zweiten Leuchtstoffelement 8 zum Teil in tiefrotes Licht konvertiert, welches dann in der eben beschriebenen Weise zu dem Auskoppelspiegel 15 gelangt. Das Licht mit dem ersten Spektralanteil, also das rote Licht, durchsetzt das zweite Leuchtstoffelement 8 von Streuung etc. abgesehen und wird an dem Substratkörper 60, der zur Erhöhung der Effizienz mit einer spiegelnden Oberfläche versehen ist, in Richtung der Abstrahlseite 62 reflektiert und gelangt von dort über den Auskoppelspiegel 15 zu dem Ausgang 18.
Bei der Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 7 sind die beiden Leuchtstoffelemente 7, 8 wieder beabstandet zueinander angeordnet, wobei das zweite Leuchtstoffelement im Gegensatz zu den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 5 direkt im Strahlengang 12 des ersten Konversionslichts angeordnet ist. Das zweite Leuchtstoffelement 8 ist gemeinsam mit dem Auskoppelspiegel 15 auf dem Filterrad 16 angeordnet, und zwar in direktem optischen Kontakt mit dem Auskoppelspiegel 15 auf einer anderen Seite des transparenten Grundkörpers 63, nämlich dem Auskoppelspiegel 15 vorgelagert.
Bei dem Durchgang durch das zweite Leuchtstoffelement 8 wird bereits ein Teil des in dem ersten Konversionslicht enthaltenen grünen Lichts in tiefrotes Licht konvertiert (Teilkonversion); der transmittierte, nicht konvertierte Teil trifft gemeinsam mit dem übrigen ersten Konversionslicht auf den Auskoppelspiegel 15. Dieser transmittiert wiederum das rote Licht zu dem Ausgang 18, reflektiert jedoch das Licht mit dem zweiten Spektralanteil, also das grüne Licht. Dieses trifft auf das Leuchtstoffelement 8, welches auf die Anregung hin zweites, tiefrotes Konversionslicht emittiert.
Das von dem zweiten Leuchtstoffelement 8 in seiner dem Auskoppelspiegel 15 zugewandten Seite abgegebene tiefrote Licht passiert den Auskoppelspiegel 15 gemeinsam mit dem roten Licht. Das an der entgegengesetzten Seite des zweiten Leuchtstoffelements 8 abgegebene tiefrote Licht kann zu dem ersten Leuchtstoffelement 7 geführt und rückseitig davon reflektiert werden, also dann wieder zurück zu dem Auskoppelspiegel 15. Um Streuverluste hierbei zu vermeiden, kann die Rückseite des zweiten Leuchtstoffelements 8 jedoch auch verspiegelt sein, nämlich mit einem (optionalen) Hochpass 71 mit einer Grenzwellenlänge bei ca. 620 nm.
Bei der Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 8 sind die beiden Leuchtstoffelemente 7, 8 und der Auskoppelspiegel 15 auf demselben Leuchtstoffrad 10 angeordnet, liegen die beiden Leuchtstoffelemente 7, 8 aber dennoch beabstandet zueinander. Das erste 7 und das zweite Leuchtstoffelement 8 erstrecken sich nämlich jeweils in einem eigenen Segment, welche Segmente bezogen auf die Rotationsachse 9 auf entgegengesetzten Seiten liegen. Entlang der Rotationsachse 9 auf das Leuchtstoffrad 10 blickend ist die Anordnung insoweit drehsymmetrisch, als das eine Segment durch eine Drehung um 180° (um die Rotationsachse 9) in das andere Segment übergeführt werden kann.
Bezogen auf die Pumpstrahlung ist dem ersten Leuchtstoffelement 7 vorgelagert der Auskoppelspiegel 15 angeordnet, nämlich in direktem optischen Kontakt mit dem ersten Leuchtstoffelement 7. Die Pumpstrahlung durchsetzt den in diesem Fall als Bandsperre ausgelegten Auskoppelspiegel und fällt auf das erste Leuchtstoffelement 7. Das davon auf die Anregung hin emittierte erste Konversionslicht wird von dem Auskoppelspiegel 15 aufgetrennt, der wiederum das grüne Licht reflektiert und das rote transmittiert (in dem Sperrbereich ist die Bandsperre reflektiv). Die dem Auskoppelspiegel 15 entgegengesetzte Seite des ersten Leuchtstoffelements 7 ist optional mit einem (vorliegend nicht dargestellten) Spiegel versehen, der in dem zweiten Spektralbereich transmissiv ist, also das grüne Licht transmittiert; rotes Licht (das Licht mit dem ersten Spektralanteil) wird davon jedoch reflektiert und zu dem Auskoppelspiegel 15 geführt.
Rückseitig des ersten Leuchtstoffelements 7 ist der Strahlengang 19 des grünen Lichts über eine Optik, vorliegend zwei Spiegel 80 (Vollverspiegelung), zu dem zweiten Leuchtstoffelement 8 geführt. Das von dem zweiten Leuchtstoffelement 8 auf die Anregung hin emittierte zweite, tiefrote Konversionslicht wird dann über dieselbe Optik 80 zurückgeführt, durchsetzt den optionalen Spiegel rückseitig des ersten Leuchtstoffelements 7 (der als Bandsperre im Tiefroten wieder transmissiv ist) sowie das erste Leuchtstoffelement 7 und passiert den Auskoppelspiegel 15. Das tiefrote Licht steht dann gemeinsam mit dem roten Licht an dem Ausgang 18 zur Verfügung.
Um mit der Beleuchtungsvorrichtung 6 gemäß 8 in einem anderen als dem gezeigten Zeitpunkt einen blauen Kanal zu versorgen, ist das Leuchtstoffrad 10 in einem entsprechenden Abschnitt mit zwei als Durchtritt ausgeführten Segmenten vorgesehen. Das blaue Pumplicht kann diese Durchtritte passieren, der Grundkörper 60 des Leuchtstoffrads 16 kann also beispielsweise mit entsprechenden Schlitzen versehen sein. Dem ersten Durchtritt nachgelagert, also rückseitig des Leuchtstoffrads 16, wird das blaue Pumplicht dann über dieselbe Optik 80 wie das grüne Licht geführt, bevor es das Leuchtstoffrad 16 durch den zweiten Durchtritt passiert. Vorderseitig des Leuchtstoffrads (strichliert) kann es dann mit einem Spiegel 81 zu dem Pumpstrahlungsspiegel 14 gelenkt und mit letzterem zu dem Ausgang 18 reflektiert werden.
Auch bei der Ausführungsform gemäß 9 sind die beiden Leuchtstoffelemente 7, 8 auf demselben Leuchtstoffrad 10 angeordnet, allerdings in direktem optischen Kontakt miteinander, das Licht passiert dazwischen im Gegensatz zu der eben beschriebenen Anordnung also keinen Luftraum. Die Pumpstrahlung fällt wiederum durch den Auskoppelspiegel 15 auf das erste Leuchtstoffelement 7. Von dem zu dem Auskoppelspiegel 15 hin abgegebenen Teil des ersten Konversionslichts reflektiert der Auskoppelspiegel das grüne Licht, also das Licht mit dem zweiten Spektralanteil; das rote Licht wird zu dem Ausgang 16 transmittiert.
Zwischen den beiden Leuchtstoffelementen 7, 8 ist ein Entkoppelspiegel 90 angeordnet, auf den der zur anderen Seite hin abgegebene Teil des ersten Konversionslichts trifft. Dieser Entkoppelspiegel 90 ist ein Hochpass mit einer Grenzwellenlänge bei ca. 590 nm, transmittiert also den Grünanteil des ersten Konversionslichts und reflektiert den Rotanteil; letzterer steht an dem Ausgang 16 zur Verfügung. Den Entkoppelspiegel 90 passiert andererseits das grüne Licht, und zwar sowohl originär in dieser Richtung abgegebenes, als auch zuvor an dem Auskoppelspiegel 15 reflektiertes grünes Licht.
Dem Entkoppelspiegel 90 nachgelagert ist das zweite Leuchtstoffelement 8 angeordnet, das auf die Anregung hin das zweite, tiefrote Konversionslicht emittiert. Der Strahlengang 21 des tiefroten Lichts wird mit einer Optik 91 um das Leuchtstoffrad 16 herum geführt und mit dem Pumpstrahlungsspiegel 14, der zugleich Einkoppelspiegel 23 ist, auf den Strahlengang des roten Lichts gekoppelt, also auf den Ausgangsstrahlengang. Der Spiegel 14, 23 ist dazu als Bandpass vorgesehen, ist also zwischen zwei Grenzwellenlängen bei ca. 460 nm und 620 nm transmissiv, darunter (für die Pumpstrahlung) und darüber (für das tiefrote Licht) jedoch reflektiv.
Auch bei der Ausführungsform gemäß 10 sind die beiden Leuchtstoffelemente 7, 8 auf demselben Leuchtstoffrad 10 in direktem optischen Kontakt miteinander vorgesehen. Gleichermaßen ist zwischen den beiden Leuchtstoffelementen 7, 8 ein in dem zweiten Spektralbereich transmissiver Entkoppelspiegel 90 vorgesehen, und auch der Strahlengang 21 des tiefroten, zweiten Konversionslichts entspricht dem bei der Ausführungsform gemäß 9.
Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform gemäß 10 der Auskoppelspiegel 15 jedoch nicht auf demselben Leuchtstoffrad 10 angeordnet, sondern dazu beabstandet auf einem eigenen Filterrad 16. Von dem ersten Leuchtstoffelement 7 zu dem Auskoppelspiegel 15 hin (in der Figur nach rechts) abgegebenes erstes Konversionslicht passiert den Auskoppelspiegel 15 zum Teil, es wird also wiederum das rote Licht zu dem Ausgang 16 transmittiert, das grüne Licht jedoch zurückreflektiert.
Letzteres durchsetzt den kombinierten Pumpstrahlungs-/Einkoppelspiegel 14, 23, der als Bandpass zwischen ca. 460 nm und 620 nm transmissiv ist, durchsetzt das erste Leuchtstoffelement und wird auch von dem Entkoppelspiegel 90 transmittiert; das grüne Licht gelangt also zu dem zweiten Leuchtstoffelement 8. Das davon auf diese Anregung hin abgegebene zweite Konversionslicht wird wie anhand von 9 erläutert geführt.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (6) mit einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission von Pumpstrahlung (1), einem ersten Leuchtstoffelement (7) zur Konversion der Pumpstrahlung (1) in ein erstes Konversionslicht (2), einem zweiten Leuchtstoffelement (8) zur Erzeugung eines zweiten Konversionslichts (5) und einem Auskoppelspiegel (15), der dem ersten Leuchtstoffelement (7) nachgelagert in einem Strahlengang (12) mit zumindest einem Teil des ersten Konversionslichts (2) angeordnet ist, wobei das erste Konversionslicht (2) ein Breitbandenkonversionslicht mit Anteilen (3a, b) in einem ersten Spektralbereich (4a) und einem davon verschiedenen zweiten Spektralbereich (4b) ist, wobei der in dem Strahlengang (12) mit zumindest einem Teil des ersten Konversionslichts (2) angeordnete Auskoppelspiegel (15) nur in einem der beiden Spektralbereiche (4a, b) transmissiv, in dem anderen jedoch reflektiv ist, sodass dem Auskoppelspiegel (15) nachgelagert Licht mit einem ersten Spektralanteil (3a) in dem ersten Spektralbereich (4a) und Licht mit einem zweiten Spektralanteil (3b) in dem zweiten Spektralbereich (4b) aufgetrennt vorliegt, wobei zumindest ein Teil des Lichts mit dem ersten Spektralanteil (3a) an einem Ausgang (18) der Beleuchtungsvorrichtung (6) zur Verfügung steht, und wobei ferner das zweite Leuchtstoffelement (8) in einem Strahlengang (21) mit zumindest einem Teil des von dem Auskoppelspiegel (15) aufgetrennten Lichts mit dem zweiten Spektralanteil (3b) angeordnet ist und auf diese Anregung hin das zweite Konversionslicht (5) emittiert, das zur Erhöhung der Effizienz gemeinsam mit dem Licht mit dem ersten Spektralanteil (3a) nutzbar ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 1, bei welcher das Licht mit dem zweiten Spektralanteil (3b), mit welchem das zweite Leuchtstoffelement (8) angeregt wird, kurzwelliger als das Licht mit dem ersten Spektralanteil (3a) ist und das von dem zweiten Leuchtstoffelement (8) emittierte zweite Konversionslicht (5) langwelliger als das Licht mit dem zweiten Spektralanteil (3b) ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 2, bei welcher das erste Konversionslicht (2) gelbes Licht ist, das Licht mit dem ersten Spektralanteil (3a) rotes Licht ist, das Licht mit dem zweiten Spektralanteil (3b) grünes Licht ist und das zweite Konversionslicht (5) rotes Licht ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 3, bei welcher das Licht mit dem ersten Spektralanteil (3a) eine dominante Wellenlänge von mindestens 580 nm hat und das zweite Konversionslicht (5) tiefrotes Licht mit einer dominanten Wellenlänge von mindestens 605 nm ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der Auskoppelspiegel (15) in dem ersten Spektralbereich (3a) transmissiv und in dem zweiten Spektralbereich (3b) reflektiv ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher eine Grenzwellenlänge zwischen dem ersten Spektralbereich (4a) und dem zweiten Spektralbereich (4b) bei mindestens 570 nm und bei höchstens 610 nm liegt.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher zumindest ein Teil des Lichts mit dem ersten Spektralanteil (3a) dem Auskoppelspiegel (15) nachgelagert in einem Ausgangsstrahlengang an dem Ausgang (18) der Beleuchtungsvorrichtung (6) zur Verfügung steht, wobei ein Strahlengang (21) mit zumindest einem Teil des zweiten Konversionslichts (5) zumindest abschnittsweise entlang desselben Ausgangsstrahlengangs geführt ist und an demselben Ausgang (18) zur Verfügung steht.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das erste (7) und das zweite Leuchtstoffelement (8) jeweils schichtförmig vorgesehen sind, wobei diese Leuchtstoffelement-Schichten in direktem optischen Kontakt miteinander angeordnet sind, vorzugsweise deckungsgleich.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 7, optional auch in Verbindung mit Anspruch 8, bei welcher in dem Strahlengang (12) mit zumindest einem Teil des ersten Konversionslichts (2) ein Einkoppelspiegel (23) angeordnet ist, auf den der Strahlengang (21) mit zumindest einem Teil des zweiten Konversionslichts (5) fällt, wobei der Einkoppelspiegel (23) für das erste Konversionslicht (2) transmissiv ist und das zweite Konversionslicht (5) reflektiert oder für das erste Konversionslicht (2) reflektiv ist und das zweite Konversionslicht (5) transmittiert, sodass der Strahlengang (21) mit zumindest einem Teil des zweiten Konversionslichts (5) dem Einkoppelspiegel (23) und dem Auskoppelspiegel (15) nachgelagert auf den Ausgangsstrahlengang gekoppelt ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das zweite Leuchtstoffelement (8) in Transmission betrieben wird, also der Strahlengang (21) mit zumindest einem Teil des von dem Auskoppelspiegel (15) aufgetrennten Lichts mit dem zweiten Spektralanteil (3b) auf eine Einstrahlseite des zweiten Leuchtstoffelements (8) geführt wird und das zweite Konversionslicht (5) von einer dieser entgegengesetzten Abstrahlseite weggeführt wird.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 10, bei welcher zwischen dem ersten (7) und dem zweiten Leuchtstoffelement (8), und zwar bezogen auf einen Strahlengang des von dem Auskoppelspiegel (15) aufgetrennten Lichts mit dem zweiten Spektralanteil (3b) von dem ersten Leuchtstoffelement (7) zu der Einstrahlseite des zweiten Leuchtstoffelements (8), ein Entkoppelspiegel (90) angeordnet ist, der in dem ersten Spektralbereich (3a) reflektiv und in dem zweiten Spektralbereich (3b) transmissiv ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 11, bei welcher der Entkoppelspiegel (90) in einem direkten optischen Kontakt mit dem ersten (7) und/oder dem zweiten Leuchtstoffelement (8) vorgesehen ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 11 oder 12, jeweils in Verbindung mit Anspruch 9, bei welcher der Strahlengang (21) mit zumindest einem Teil des zweiten Konversionslichts (5) an dem ersten (7) und zweiten Leuchtstoffelement (8) vorbei zu dem Einkoppelspiegel (23) geführt ist.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher das zweite Leuchtstoffelement (8) in dem Strahlengang (12) mit zumindest einem Teil des ersten Konversionslichts (2) dem Auskoppelspiegel (15) vorgelagert angeordnet ist, wobei der Auskoppelspiegel (15) einen bei dem ersten Durchgang durch das zweite Leuchtstoffelement (8) nicht konvertierten Teil als das Licht mit dem zweiten Spektralanteil (3b) zurück zu dem zweiten Leuchtstoffelement (8) führt.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das erste Leuchtstoffelement (7) auf einem Drehkörper (10), der um eine Rotationsachse (9) drehbar gelagert ist, vorgesehen ist, vorzugsweise auf einem Leuchtstoffrad.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 15, bei welcher auch das zweite Leuchtstoffelement (8) auf einem Drehkörper (10, 16), der um eine Rotationsachse (9, 17) drehbar gelagert ist, vorgesehen ist, vorzugsweise auf demselben Drehkörper (10) wie das erste Leuchtstoffelement (7).
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 16, bei welcher das erste (7) und das zweite Leuchtstoffelement (8) auf demselben Drehkörper (10) angeordnet sind, und zwar auf einem Leuchtstoffrad mit einem Grundkörper (60), der drehbar gelagert ist, wobei das erste (7) und das zweite Leuchtstoffelement (8) auf verschiedenen Seiten des Grundkörpers (60) angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei welcher der Auskopppelspiegel (15) auf einem Drehkörper (10, 16), der um eine Rotationsachse (9, 17) drehbar gelagert ist, vorgesehen ist, vorzugsweise gemeinsam mit dem ersten (7) und/oder dem zweiten Leuchtstoffelement (8).
Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei welcher der Auskoppelspiegel (15) für die Pumpstrahlung (1) transmissiv oder reflektiv ist, und zwar genau invers zu seinen Transmissions-/Reflexionseigenschaften für das Licht mit dem zweiten Spektralanteil (3b).
Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Beleuchtung mit einer Mischung aus dem Licht mit dem ersten Spektralanteil (3a) und dem zweiten Konversionslicht (5).