DE202015104987U1 - Flashlight with a light source - Google Patents
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Abstract
Taschenlampe mit einer Optik (1) und einer Lichtquelle, die aus mindestens einem Konverterbereich mit einem Lumineszenzstoff (2) besteht, der im Betriebszustand derart von einem Laser (3) bestrahlt wird, dass der Lumineszenzstoff (2) inkohärentes Licht emittiert, das von der Optik (1) als Lichtkegel abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine wählbare Positionierung des Konverterbereiches gegenüber der Optik (1) eine Fokussierung oder Defokussierung des Lichtkegels erlaubt.Flashlight with an optical system (1) and a light source, which consists of at least one converter region with a luminescent substance (2) which is irradiated in the operating state by a laser (3) in such a way that the luminescent substance (2) emits incoherent light which is emitted by the laser Optics (1) is emitted as a cone of light, characterized in that a selectable positioning of the converter area relative to the optics (1) allows focusing or defocusing of the light cone.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Taschenlampe mit einer Optik und einer Lichtquelle, die aus mindestens einem Konverterbereich mit einem Lumineszenzstoff besteht, der im Betriebszustand derart von einem Laser bestrahlt wird, dass der Lumineszenzstoff inkohärentes Licht emittiert, das von der Optik als Lichtkegel abgestrahlt wird. The present invention relates to a flashlight with an optic and a light source, which consists of at least one converter region with a luminescent substance which is irradiated in the operating state by a laser such that the luminescent substance emits incoherent light which is emitted by the optics as a cone of light ,
Taschenlampen sind bereits seit etlichen Jahrzehnten bekannt, wobei insbesondere die eingesetzten Lichtquellen einem fortlaufenden Wandel unterlegen waren. Zunächst sind als Lichtquelle herkömmliche Glühlampen eingesetzt worden, die sich aufgrund der relativ hohen Wärmeentwicklung und der Stoßempfindlichkeit als nachteilbehaftet erwiesen haben. Später wurden Glühlampen überwiegend durch kleine Halogenstrahler ersetzt, die auch aufgrund der geringen Wärmeverluste energieeffizienter als herkömmliche Glühlampen waren. Ende der 1990er-Jahre wurden sparsame und robuste Leuchtdioden mit einer solchen Lichtstärke entwickelt, dass sie die in den vorherigen Jahren verwendeten Glühlampen und Halogenstrahler nahezu komplett verdrängt haben. Flashlights have been known for several decades, and in particular the light sources used were inferior to a continuous change. First, conventional light bulbs have been used as the light source, which have proved to be disadvantageous due to the relatively high heat generation and shock sensitivity. Later, incandescent bulbs were mainly replaced by small halogen lamps, which were also more energy efficient than conventional incandescent lamps due to their low heat losses. At the end of the 1990s, economical and robust light-emitting diodes with such a light intensity were developed that they almost completely displaced the incandescent and halogen lamps used in previous years.
Auch wenn die Leuchtstärke von modernen LED-Taschenlampen in Anbetracht des bereits geringen Energieverbrauches durchaus beachtlich ist, sind dennoch ein höherer Wirkungsgrad der Taschenlampe und eine Steigerung der Leuchtstärke wünschenswert, weshalb auch laserbasierte Lichtquellen verwendet werden. Bei solchen Lichtquellen wird ein Lumineszenzstoff durch die Bestrahlung eines Lasers angeregt und strahlt inkohärentes weißes oder farbiges Licht aus, das von einer Optik als Lichtkegel mit einem variablen Öffnungswinkel abgestrahlt wird. Although the luminosity of modern LED flashlights is quite remarkable in view of the already low energy consumption, a higher efficiency of the flashlight and an increase in luminosity are still desirable, which is why laser-based light sources are used. In such light sources, a luminescent substance is excited by the irradiation of a laser and emits incoherent white or colored light which is emitted by an optical system as a light cone with a variable opening angle.
Nachteilig an solchen Taschenlampen mit laserbasierten Lichtquellen ist, dass diese einen festen und nicht verstellbaren Lichtkegel erzeugen, was den Anwendungsbereich der Taschenlampen stark einschränkt. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einsatzbereich solcher Taschenlampen zu erhöhen und eine Fokussierung des Lichtkegels zu ermöglichen. A disadvantage of such flashlights with laser-based light sources is that they produce a fixed and non-adjustable light cone, which greatly limits the scope of the flashlights. It is therefore the object of the present invention to increase the field of use of such flashlights and to enable a focusing of the light cone.
Diese Aufgabe wird durch die Taschenlampe nach Anspruch 1 gelöst, wonach erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass eine einstellbare Positionierung des Konverterbereiches gegenüber der Optik eine Fokussierung des Lichtkegels erlaubt, was den Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Taschenlampen deutlich erhöht, da auch nahe und ferne Bereiche vom Benutzer optimal ausgeleuchtet werden können. Ferner lassen sich im Vergleich zu herkömmlichen LED-Taschenlampen wesentlich größere Lichtstärken und mithin wesentlich größere Leuchtweiten erzeugen (1500 m, 0,25 lx). Darüber hinaus ist die lichtemittierende Fläche des Lumineszenzstoffes bzw. die Fläche des Konverterbereiches nahezu punktförmig und im Vergleich zu heutigen LED‘s deutlich kleiner, was Vorteile bei der Fokussierung des abgestrahlten Lichtkegels liefert. Aufgrund der geringen flächenhaften Ausdehnung werden Abbildungsfehler insbesondere im Randbereich des Lichtkegels minimiert, was den Lichtkegel scharf begrenzt, so dass eine nahezu homogene Ausleuchtung sowohl im Nah- als auch im Fernbereich erreicht wird. Darüber hinaus ergeben sich Vorteile bei der Abführung der auch bei dieser Lichtquelle erzeugten Wärme, da die Lichtquelle mit dem Halbleiterlaser und dem Konverterbereich zwei räumlich voneinander getrennte Wärmequelle besitzt, so dass jeweils nur ein Bruchteil der üblicherweise anfallenden Wärme abgeführt werden muss. Ferner wird der Leuchtstoff nicht durch die Abwärme des Halbleiterlasers erhitzt. This object is achieved by the flashlight according to
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend sowie in den Unteransprüchen wiedergegeben. Further preferred embodiments of the invention are given below and in the subclaims.
Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Laser ein Halbleiterlaser verwendet wird, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von (450 ± 50) nm emittiert. Insbesondere zusammen mit den bevorzugt eingesetzten Lumineszenzstoffen, beispielsweise YAG:Ce oder (Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu, hat sich die Verwendung von blauen Halbleiterlasern als vorteilhaft erwiesen. Aufgrund der systembedingten großen Abstrahlwinkel von Halbleiterlasern werden Primäroptiken eingesetzt, die den Laserstrahl in ein paralleles Lichtbündel mit einem geringen Querschnitt verformen. According to a first preferred embodiment of the invention it is provided that a semiconductor laser is used as the laser which emits a laser beam having a wavelength of (450 ± 50) nm. In particular, together with the preferably used luminescent substances, for example YAG: Ce or (Ba, Sr, Ca) 2 Si 5 N 8 : Eu, the use of blue semiconductor lasers has proved to be advantageous. Due to the systemic large radiation angle of semiconductor lasers primary optics are used, which deform the laser beam into a parallel light beam with a small cross-section.
Zur Veränderung des abgestrahlten Lichtkegels ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Optik und der Konverterbereich relativ zueinander verstellbar sind. Hierzu kann die formgebende Optik längsaxial innerhalb der Taschenlampe verschiebbar sein oder der Konverterbereich ist verschiebbar innerhalb des Taschenlampengehäuses oder des Taschenlampenkopfes befestigt. In order to change the emitted light cone, it is provided according to a preferred embodiment of the invention that the optics and the converter region are adjustable relative to each other. For this purpose, the shaping optics may be longitudinally axially displaceable within the flashlight or the converter area is slidably mounted within the flashlight housing or the flashlight head.
Alternativ kann die Taschenlampe eine Applikation von zwei oder mehr Linsenelementen aufweisen, die sich bei exakter Positionierung, insbesondere in unmittelbarer Anlage, optisch neutralisieren und bei zunehmendem Abstand einen größeren Streuwinkel erzeugen. Alternatively, the flashlight may have an application of two or more lens elements, which optically neutralize in the case of exact positioning, in particular in direct contact, and generate a larger scattering angle as the distance increases.
Auch die Verwendung eines „Liquid-Crystal-Glases“ (LC-Glases) ist beispielsweise als Abschlussscheibe des Systems vorgesehen, welches spannungsabhängig zwischen einem transparenten und einem opaken Zustand wechseln kann, um die Streubreite des Systems zu beeinflussen. The use of a "liquid crystal glass" (LC glass) is also provided, for example, as a lens of the system, which can change voltage-dependent between a transparent and an opaque state in order to influence the spread of the system.
Darüber hinaus ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mehrere unterschiedlich positionierte Lumineszenzstoffe bzw. Konverterbereiche angeordnet sind, so dass deren unterschiedliche Positionierung gegenüber der Optik die Erzeugung unterschiedlicher Lichtbilder erlaubt. Es ist auch möglich, an unterschiedlichen Positionen der Konverterbereiche unterschiedliche Lumineszenzstoffe anzuordnen, die wahlweise von dem Laser angeregt werden und unterschiedliche Lichtfarben emittieren. Moreover, it is provided according to an advantageous embodiment of the invention that a plurality of differently positioned luminescent substances or converter areas are arranged so that their different positioning relative to the optics allows the generation of different light images. It is also possible to arrange different luminescent substances at different positions of the converter regions, which are selectively excited by the laser and emit different light colors.
In der Praxis haben sich im Wesentlichen zwei verschiedene Varianten durchgesetzt, wie der Lumineszenzstoff von dem Laser angestrahlt wird und wie inkohärentes Licht von einem Lumineszenzstoff emittiert wird. Hierzu kann der Lumineszenzstoff nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung transmissiv ausgebildet sein. Das bedeutet, dass durch eine rückwärtige direkte oder indirekte Bestrahlung des Lumineszenzstoffes durch den Laser eine nach vorne gerichtete Abstrahlung des inkohärenten Lichtes erfolgt, womit das Licht durch den Lumineszenzstoff nahezu vollständig hindurchtritt. Das von dem Lumineszenzstoff emittierte inkohärente Licht wird anschließend von der Optik in der gewünschten Weise umgelenkt, also fokussiert oder defokussiert. Der Lumineszenzstoff kann hierzu in Form einer gesinterten Keramik vorliegen, so dass der Lumineszenzstoff selbsttragend ausgebildet ist. Alternativ lässt sich der Lumineszenzstoff auf einem transparenten Träger, wie beispielsweise Saphirglas, abscheiden. In practice, essentially two different variants have prevailed, as the luminescent substance is irradiated by the laser and how incoherent light is emitted by a luminescent substance. For this purpose, the luminescent substance may be designed to be transmissive according to a first embodiment of the invention. This means that by a direct or indirect backward irradiation of the luminescent substance by the laser, a forward emission of the incoherent light takes place, with which the light passes almost completely through the luminescent substance. The incoherent light emitted by the luminescent substance is then deflected by the optics in the desired manner, ie focused or defocused. For this purpose, the luminescent substance may be present in the form of a sintered ceramic, so that the luminescent substance is self-supporting. Alternatively, the luminescent substance can be deposited on a transparent support, such as sapphire glass.
Nach einer zweiten Variante können reflektive Lumineszenzstoffe verwendet werden, die durch eine frontseitige direkte oder indirekte Bestrahlung mit dem Laser eine nach vorne gerichtete Abstrahlung des inkohärenten Lichtes erzeugen. Der Lumineszenzstoff kann hierzu ebenfalls als gesinterte Keramik vorliegen, deren Rückseite eine reflektierende Aluminiumschicht aufweist. Alternativ kann der Lumineszenzstoff unmittelbar auf einem Aluminiumträger abgeschieden werden oder es wird rückwärtig verspiegeltes Saphirglas als Träger für den Lumineszenzstoff verwendet. According to a second variant, reflective luminescent substances can be used, which generate a front-facing direct irradiation of the incoherent light by a front-side direct or indirect irradiation with the laser. For this purpose, the luminescent substance can likewise be present as a sintered ceramic whose rear side has a reflective aluminum layer. Alternatively, the luminescent substance may be deposited directly on an aluminum support, or rear-mirrored sapphire glass may be used as a carrier for the luminescent substance.
In beiden Fällen ist vorgesehen, eine mittelbare Bestrahlung des Lumineszenzstoffes dadurch zu ermöglichen, dass der Laserstrahl über einen oder mehrere Spiegel oder über einen oder mehrere Prismen auf den Lumineszenzstoff gerichtet wird. In both cases it is provided to allow indirect irradiation of the luminescent substance by directing the laser beam over one or more mirrors or via one or more prisms onto the luminescent substance.
Konkrete Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der
Der Wechsel zwischen den gewünschten Lichtverteilungen, insbesondere zwischen gebündeltem (fokussiertem) und gestreutem (defokussiertem) Licht, wird in unterschiedlicher Weise durchgeführt, wobei die verschiedenen Konzepte in den
Nach einer ersten konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Optik
Ein weiteres Beispiel für eine Fokussierung und Defokussierung des abgestrahlten Lichtkegels ist in
Darüber hinaus ist die Verwendung von LC-Glas
Schließlich ist nach einer weiteren konkreten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass mehrere unterschiedlich positionierte Lumineszenzstoffe
Die vorbeschriebenen Konzepte zur Veränderung eines Lichtkegels einer laserbasierten Taschenlampe werden in den nachfolgend erläuterten Ausführungsformen umgesetzt, wobei in den
Das Ausführungsbeispiel nach
Eine weitere Ausführungsform einer fokussierbaren laserbasierten Taschenlampe ist in
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach den
Im Gegensatz zu den
Eine erste Ausgestaltung ist in
Die Ausführungsform gemäß
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