WO2017194318A1 - Bewegen einer konverter-einrichtung - Google Patents

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WO2017194318A1
WO2017194318A1 PCT/EP2017/060063 EP2017060063W WO2017194318A1 WO 2017194318 A1 WO2017194318 A1 WO 2017194318A1 EP 2017060063 W EP2017060063 W EP 2017060063W WO 2017194318 A1 WO2017194318 A1 WO 2017194318A1
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laser
light
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laser light
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Oliver Woisetschlaeger
Frank Buchmann
Klaus-Peter Knorr
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Osram Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/0087—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for illuminating phosphorescent or fluorescent materials, e.g. using optical arrangements specifically adapted for guiding or shaping laser beams illuminating these materials
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    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02257—Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing

Definitions

  • the present invention relates to a
  • Main irradiation direction on the converter device meets, in converted light.
  • the present invention relates to a method for operating a
  • a lighting device comprising a laser device and a converter device by generating laser light with the laser device and converting a part of the laser device
  • Laser light which meets the converter device in a main direction of irradiation, in converted light.
  • Lighting devices of the above type are used in particular for headlights of motor vehicles. Such lighting devices are also suitable for other vehicles or for lighting systems and
  • Lighting devices can also be used for special effects.
  • laser light With laser light, a high light intensity can usually be achieved.
  • laser light is usually monochrome, so that for generating white light usually called
  • Converters are used. For example, it turns blue
  • the object of the present invention is therefore to provide a lighting device with a laser device and a converter device, which it
  • Lighting device comprising a laser device and a converter device, wherein also large-area white light is generated.
  • the laser device provides a high light intensity.
  • the lighting device has a converter device for
  • the lighting device has next to the
  • Moving means for moving the converter means By thus moving the converter device, the conversion efficiency of the laser light into converted light can be influenced. Of particular importance in moving is that it has at least one directional component
  • Lighting device generated is homogeneous than without this movement of the converter device.
  • the laser device is designed to continuously change the direction of the laser light.
  • the laser device can therefore be a so-called scanning laser which has a surface, e.g. line by line, meandering or the like scans.
  • both the laser beam and the converter device moves relative to an external fixed point.
  • the range of motion of the movement or converter device can be reduced relative to the fixed point, since the relative movement of the laser beam relative to the fixed point contributes to the total relative movement of the laser beam relative to the converter device. It is advantageous if the two movements are coordinated.
  • the laser device can be designed, for example, to generate blue laser light
  • the converter device can have a phosphor for converting the laser light.
  • the phosphor converts the blue light into yellow light and, given a suitable conversion rate, the sum of blue laser light and yellow, converted light gives correspondingly white light.
  • a similar phenomenon can be achieved, for example, with gadolinium (Gd) as converter. With it, green laser light turns into red
  • Movement device adapted to move the
  • Converter device constantly or at least to perform most of a period of Wandeins.
  • the impact area of the laser beam on the converter device is thus determined by the movement device
  • the converter device is periodically reciprocable by the movement means.
  • a simple sinusoidal drive can be used.
  • an electromechanical transducer can in this case
  • a piezoelectric actuator can be used.
  • Converter device by the moving device in one Direction with at least one direction component perpendicular to the movement of the laser light or laser beam movable. This means that the converter device and the laser beam are always moving relative to each other, as both are
  • Movement degrees of freedom of the laser beam and converter device are limited, without the goal is not reached, as many converter area successively to irradiate.
  • the laser beam can only be moved in the Y direction and the converter device only in the X direction, that is, only orthogonal to one another.
  • the converter device is two-dimensionally movable by the movement device. This would have the advantage that the laser beam does not move or the main irradiation direction of the laser device does not have to be changed. As a result, the laser device can be made mechanically simpler.
  • Lighting device equipped with a control device and at least one color sensor, wherein the
  • Movement device is controlled in response to a signal of the color sensor by the control device.
  • Such a regulation has the advantage that automatically the range of motion of the movement device and / or the
  • Conversion efficiency can be adjusted. Thus, e.g. at different laser powers (for example for
  • the direction of the laser light may be changeable according to a first frequency
  • the moving means may be configured to include the converter means at such a frequency of change of the direction of the laser light to move one of the first different second frequency.
  • Converter device can be ensured that both do not move uniformly over long periods of time. For a uniform movement would be no
  • a motor vehicle is equipped with an above-mentioned lighting device.
  • the lighting device as
  • Spotlight be realized. It can thus achieve a very homogeneous light distribution in the illumination of the road.
  • the above object is also achieved by a method of operating a lighting device having a
  • Laser device and a converter device by generating laser light with the laser device and converting a portion of the laser light in a
  • Main irradiation direction on the converter device meets, in converted light. There is a movement of the converter device with at least one direction component perpendicular to the main radiation direction. This does not overheat a single area whose
  • FIG. 1 shows a lighting device according to an example of the present invention in a 3D view
  • Fig. 2 is a plan view of a converter device with converter holder.
  • a blue excitation spot for example, at a blue excitation spot, where a blue central area and in the outer areas of a yellow-green corona is formed.
  • Movement of this converter means may be accomplished via a separate, small drive.
  • This movement device can, for example, the
  • Fig. 1 shows a three-dimensional view of a
  • Lighting device can be used to illuminate rooms
  • an application is preferably carried out in a motor vehicle and in particular in a motor vehicle headlight.
  • a dimming function, a high beam function and / or all additional lighting functions of modern AFS is preferably carried out in a motor vehicle and in particular in a motor vehicle headlight.
  • Lighting device a housing 1, in which a
  • Laser device 2 is arranged. For example, blue light can be generated with the laser device.
  • a converter device 3 On one side of the housing 1 is a converter device 3. It represents a kind of window from which the laser light and any converted components from the housing 1 to escape to the outside.
  • Fig. 2 shows the converter device 3 alone on a larger scale and in front view. This
  • exemplary converter has a frame-shaped
  • Converter holder 4 which in turn passes over a e.g.
  • rectangular opening 5 has.
  • the edge 6 of this opening 5 may be bevelled, as shown in FIGS. 1 and 2
  • Converter holder 4 a converter plate 7th
  • the converter plate 7 is irradiated with the laser light generated in the housing 1.
  • a high temperature is produced in the center of the laser spot, and correspondingly temperature-reduced areas result at the edge of the laser spot.
  • Temperature dependence of the conversion result in a corresponding temperature-dependent color distribution, in particular when, for example, blue laser light is converted by the converter plate 7 (for example, based on phosphorus) in yellow / green light.
  • optical path of the laser beam or the laser beams moves.
  • Main radiation direction in the lighting device which can form a module, for example, be fixed.
  • Lighting device to be movable transversely to the beam direction. This is the case, for example, if the
  • Laser beam is scanning and moving in the scanning direction. Regardless of the movement (scanning) or non-movement of the laser beam is according to the present invention, the
  • Converter device relative to the laser beam or to the housing of the lighting device with at least one
  • Direction component perpendicular to the main direction of radiation movable is for example on the
  • Housing 1 a movement device (in Fig. 1 not
  • Fig. 1 In the specific embodiment of Fig. 1 is the
  • Converter frame 4 constructed in several parts and has a
  • Front part and a rump Both are plate-shaped and have a corresponding opening 5. Between the two parts is the converter plate 7 clamped. So if the converter frame 4 is moved, so is the
  • Converter plate 7 moves. The different ones
  • the converter device can therefore be located in a plane e.g. be moved from right to left and vice versa and / or from top to bottom and vice versa.
  • electromechanical transducers are used. Such actuators preferably operate with response times of a few
  • the displacement of the converter device relative to the housing or the laser beam can be dependent on the
  • one parameter or several parameters of the displacement can be regulated. For example, if the blue portion of
  • Total light including the laser light and the
  • the displacement and / or the shift frequency can be increased so that the temperature of the converter or the converter plate in the spot area is reduced and thus the conversion rate is increased.
  • the higher proportion of yellow or green reduces the proportion of blue, which leads to a more homogeneous color composition of the resulting light.
  • the shift frequency may also vary depending on the power of the excitation spot. For dynamic 1-dimensional scanners, the
  • Shift frequency of the converter i. the converter device or the converter plate, not be identical to the scanning frequency. Both the direction and the magnitude of the two movements should
  • Movement of the scanning beam can also make the mechanical movement of the converter a non-linear motion
  • the movement of the converter device should be different than that of the laser beam or the laser beams.
  • the generation of the blue light will be by a Ce: YAG laser.
  • the converter can have one
  • Single crystal of phosphorus have.
  • other lasers e.g. Cerium-based and corresponding other converter types conceivable.
  • the output light of the lighting device can be measured with two color sensors that are sensitive to different wavelengths.
  • the two signals of the color sensors are set in relation. Depending on this relation, the movement of the movement device or the movement of the
  • Converter device are regulated.

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Abstract

Die Farbverteilung bei einem Laser-Konverter-System soll homogener gestaltet werden. Daher wird eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lasereinrichtung (2) zum Erzeugen von Laserlicht und einer Konverter-Einrichtung (3) zum Wandeln eines Teils des Laserlichts, das in einer Haupteinstrahlrichtung auf die Konverter-Einrichtung trifft, in konvertiertes Licht vorgeschlagen. Die Beleuchtungsvorrichtung verfügt außerdem über eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Konverter-Einrichtung (3) mit zumindest einer Richtungskomponente senkrecht zu der Haupteinstrahlrichtung. Damit sind eine homogenere Temperaturverteilung und damit auch eine homogenere Konversion erzielbar.

Description

Beschreibung
BEWEGEN EINER KONVERTER-EINRICHTUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lasereinrichtung zum
Erzeugen von Laserlicht und einer Konverter-Einrichtung zum Wandeln eines Teils des Laserlichts, das in einer
Haupteinstrahlrichtung auf die Konverter-Einrichtung trifft, in konvertiertes Licht. Darüber hinaus betrifft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer
Beleuchtungsvorrichtung, die eine Lasereinrichtung und eine Konverter-Einrichtung aufweist, durch Erzeugen von Laserlicht mit der Lasereinrichtung und Wandeln eines Teils des
Laserlichts, das in einer Haupteinstrahlrichtung auf die Konverter-Einrichtung trifft, in konvertiertes Licht.
Beleuchtungsvorrichtungen der oben genannten Art werden insbesondere für Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Solche Beleuchtungsvorrichtungen eignen sich aber auch für andere Fahrzeuge oder zur Beleuchtung von Anlagen und
Gebäuden. Darüber hinaus können solche
Beleuchtungsvorrichtungen auch für Spezialeffekte verwendet werden .
Mit Laserlicht kann in der Regel eine hohe Lichtstärke erzielt werden. Laserlicht ist jedoch meist monochrom, sodass zum Erzeugen von weißem Licht üblicherweise sogenannte
Konverter verwendet werden. Beispielsweise wird blaues
Laserlicht eines Ce : YAG-Lasers auf einen Konverter mit
Phosphor gelenkt, der das blaue Licht zumindest teilweise in gelbes Licht wandelt. Zusammen mit dem blauen Licht ergibt sich bei geeignetem Mischungsverhältnis in etwa weißes Licht. Bisher beobachtete man bei sehr klein fokussierten, blauen Anregungsspots im zentralen Bereich des konvertierten Spots immer einen blauen Zentralbereich, und in den äußeren
Bereichen eine gelb/grüne Korona. Diese Verhältnisse zeigen sich sowohl bei transmissiver Konversion als auch in
reflektiven Systemen. Gerade für dynamisch scannende Systeme (z.B. LARP-Systeme : Laser Activated Remote Phosphor) stellt diese Inhomogenität ein Problem dar, da hier z.B. mehrere Zeilen (z.B. sechs Zeilen) „übereinander" gelegt werden, um den Konverter auszuleuchten bzw. die gewünschte
Lichtverteilung auf der Straße zu erzielen. Farbverläufe oder -Inhomogenitäten sind jedoch unerwünscht. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lasereinrichtung und einer Konverter-Einrichtung bereitzustellen, die es
ermöglicht, weißes Licht großflächiger aus dem Laserlicht der Lasereinrichtung zu erzeugen. Darüber hinaus soll ein
entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer
Beleuchtungsvorrichtung, die eine Lasereinrichtung und eine Konverter-Einrichtung aufweist, bereitgestellt werden, wobei ebenfalls großflächiger weißes Licht erzeugt wird. Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren nach Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird demnach eine
Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lasereinrichtung zum
Erzeugen von Laserlicht bereitgestellt. Die Lasereinrichtung liefert eine hohe Lichtstärke. Darüber hinaus besitzt die Beleuchtungsvorrichtung eine Konverter-Einrichtung zum
Wandeln eines Teils des Laserlichts in konvertiertes Licht. Es wird also nicht das gesamte Laserlicht in konvertiertes Licht gewandelt, sondern nur ein Teil davon. Der Grund hierfür liegt darin, dass das konvertierte Licht zusammen mit dem nicht konvertierten Teil des Laserlichts vorzugsweise eine vorgebbare Lichtverteilung über der Frequenz erzeugt. Insbesondere kann es sich bei dieser spektralen
Lichtverteilung um die Verteilung von weißem Licht handeln. Die Beleuchtungsvorrichtung besitzt neben der
Lasereinrichtung und der Konverter-Einrichtung eine
Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Konverter-Einrichtung. Durch ein solches Bewegen der Konverter-Einrichtung kann die Wandlungseffizienz des Laserlichts in konvertiertes Licht beeinflusst werden. Von besonderer Bedeutung bei dem Bewegen ist, dass es zumindest mit einer Richtungskomponente
senkrecht zu der Haupteinstrahlrichtung erfolgt. Dies bedeutet, dass der Laserstrahl ständig auf einen anderen Abschnitt der Konverter-Einrichtung trifft. Dadurch wird nicht dauerhaft immer der gleiche Abschnitt der Konverter- Einrichtung von dem Laserstrahl beleuchtet und aufgeheizt. Dies hat zur Folge, dass die Konverter-Einrichtung über die Fläche gleichmäßiger erwärmt wird, sodass auch die
Konversionseffizienz über der Fläche der Konverter- Einrichtung ebenso gleichmäßig ist. Schließlich führt dies dazu, dass die farbliche Lichtverteilung des von der
Beleuchtungsvorrichtung erzeugten Lichts homogener ist als ohne diese Bewegung der Konverter-Einrichtung.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Lasereinrichtung dazu ausgebildet, die Richtung des Laserlichts fortlaufend zu ändern. Bei der Lasereinrichtung kann es sich also um einen sogenannten scannenden Laser handeln, der eine Oberfläche z.B. zeilenweise, mäanderförmig oder dergleichen abtastet. Bei dieser Ausgestaltungsform bewegt sich also sowohl der Laserstrahl als auch die Konverter-Einrichtung relativ zu einem externen Fixpunkt. Dadurch kann unter Umständen der Bewegungsumfang der Bewegungs- bzw. Konverter-Einrichtung relativ zu dem Fixpunkt reduziert werden, da zu der gesamten Relativbewegung des Laserstrahls gegenüber der Konverter- Einrichtung auch die Relativbewegung des Laserstrahls gegenüber dem Fixpunkt mit beiträgt. Dabei ist es günstig, wenn die beiden Bewegungen aufeinander abgestimmt sind.
Nur eine derart synchrone Führung von Lasereinrichtung und Bewegungseinrichtung erlaubt es, auch bei scannenden Systemen eine hohe Homogenität der Lichtwandlung über der gesamten Wandlerfläche der Konverter-Einrichtung zu erreichen.
Die Lasereinrichtung kann beispielsweise zum Erzeugen von blauem Laserlicht ausgebildet sein, und die Konverter- Einrichtung einen Phosphor zum Wandeln des Laserlichts aufweisen. Durch den Phosphor wird das blaue Licht in gelbes Licht gewandelt und bei geeigneter Wandlerrate ergibt die Summe von blauem Laserlicht und gelbem, konvertiertem Licht entsprechend weißes Licht. Ein ähnliches Phänomen kann beispielsweise mit Gadolinium (Gd) als Wandlerstoff erreicht werden. Mit ihm lässt sich grünes Laserlicht in rotes
Konversionslicht wandeln. In Summe ergibt sich aus dem grünen, nicht konvertierten Laserlicht zusammen mit dem roten, konvertierten Licht wieder weißes Licht, sofern ein entsprechend geeignetes Verhältnis gegeben ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die
Bewegungseinrichtung dazu ausgebildet, das Bewegen der
Konverter-Einrichtung ständig oder zumindest während eines größten Teils einer Zeitdauer des Wandeins auszuführen. Der Auftreffbereich des Laserstrahls auf die Konverter- Einrichtung wird also durch die Bewegungseinrichtung
fortlaufend geändert. Damit lässt sich eine hohe Homogenität der gewünschten Strahlungsverteilung über dem Fläche
(insbesondere Weißverteilung) erreichen, da sich der Ort des größten Wärmeeintrags in die Konverter-Einrichtung
ununterbrochen ändert. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Konverter- Einrichtung durch die Bewegungseinrichtung periodisch hin- und herbewegbar. Für eine solche periodische Bewegung kann eine einfache sinusförmige Ansteuerung benutzt werden. Als elektromechanischer Wandler kann in diesem Fall
beispielsweise ein Piezoaktor verwendet werden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist die
Konverter-Einrichtung durch die Bewegungseinrichtung in einer Richtung mit zumindest einer Richtungskomponente senkrecht zu der Bewegung des Laserlichts bzw. Laserstrahls bewegbar. Dies bedeutet, dass Konverter-Einrichtung und Laserstrahl sich auf alle Fälle relativ zueinander bewegen, da sich beide
Bewegungen nicht zu Null (keine Relativbewegung zueinander) ergänzen können. Unter Umständen können so die
Bewegungsfreiheitsgrade von Laserstrahl und Konverter- Einrichtung eingeschränkt werden, ohne dass das Ziel nicht erreicht wird, möglichst viel Konverter-Fläche nacheinander zu bestrahlen. So kann beispielsweise der Laserstrahl nur in Y-Richtung und die Konverter-Einrichtung nur in X-Richtung, also jeweils nur orthogonal zueinander, bewegbar sein.
In einer anderen Ausgestaltung ist die Konverter-Einrichtung durch die Bewegungseinrichtung zweidimensional bewegbar. Dies hätte den Vorteil, dass der Laserstrahl nicht bewegt bzw. die Haupteinstrahlrichtung der Lasereinrichtung nicht geändert werden muss. Dadurch kann die Lasereinrichtung mechanisch einfacher ausgelegt werden.
Gemäß einer weiteren Ausbildung ist die
Beleuchtungsvorrichtung mit einer Regelungseinrichtung und mindestens einen Farbsensor ausgestattet, wobei die
Bewegungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal des Farbsensors durch die Regelungseinrichtung geregelt wird. Eine solche Regelung hat den Vorteil, dass automatisch der Bewegungsumfang der Bewegungseinrichtung und/oder des
Laserstrahls, d.h. der Haupteinstrahlrichtung des
Laserlichts, auf eine (unter Umständen ortsbezogene)
Konversionseffizienz abgestimmt werden kann. So kann z.B. bei unterschiedlichen Laserleistungen (beispielsweise für
Abblendlicht und Fernlicht) automatisch eine hohe Homogenität der Farbverteilung erreicht werden. Ferner kann die Richtung des Laserlichts entsprechend einer ersten Frequenz änderbar sein, und die Bewegungseinrichtung dazu ausgebildet sein, bei einer solchen Änderungsfrequenz der Richtung des Laserlichts die Konverter-Einrichtung mit einer von der ersten verschiedenen zweiten Frequenz zu bewegen. Durch derart unterschiedliche Frequenzen bei den Bewegungen des Laserlichts bzw. Laserstrahls und der
Konverter-Einrichtung kann gewährleistet werden, dass sich beide nicht über längere Zeitabschnitte gleichförmig bewegen. Bei gleichförmiger Bewegung wäre nämlich keine
Relativbewegung von Laserstrahl und Konverter-Einrichtung gegeben . In bevorzugter Ausgestaltung ist ein Kraftfahrzeug mit einer oben genannten Beleuchtungsvorrichtung ausgestattet.
Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung als
Scheinwerfer realisiert sein. Es lässt sich damit eine sehr homogene Lichtverteilung bei der Beleuchtung der Fahrbahn erzielen.
Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung, die eine
Lasereinrichtung und eine Konverter-Einrichtung aufweist, durch Erzeugen von Laserlicht mit der Lasereinrichtung und Wandeln eines Teils des Laserlichts, das in einer
Haupteinstrahlrichtung auf die Konverter-Einrichtung trifft, in konvertiertes Licht. Es erfolgt ein Bewegen der Konverter- Einrichtung mit zumindest einer Richtungskomponente senkrecht zu der Haupteinstrahlrichtung. Dadurch kommt es nicht zu einer Überhitzung eines einzelnen Bereichs, dessen
Konversionseffizienz dadurch reduziert wäre. Vielmehr bleibt eine hohe Konversionseffizienz auch in einem zentralen
Einstrahlbereich erhalten. Somit lässt sich eine gewünschte spektrale Verteilung und insbesondere eine homogene
Weißlichtverteilung realisieren.
Die oben im Zusammenhang mit der Beleuchtungsvorrichtung geschilderten Weiterbildungen und Vorteile können auch auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen: Fig. 1 eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung in einer 3D-Ansicht; und Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Konverter-Einrichtung mit Konverter-Halter .
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die einzelnen
Merkmale nicht nur in der geschilderten Merkmalskombination, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Merkmalskombinationen realisiert werden können. Wie eingangs erwähnt wurde, ist das Phänomen der
Lichtkonversion beispielsweise von blau nach gelb stark temperaturempfindlich. Ab einem konvertertypischen
Temperaturbereich brechen die Wandlermechanismen ein und zeigen den sogenannten Roll-Over-Effekt . Dies bedeutet, dass die Effizienz der Lichtumwandlung einbricht. Dadurch ergibt sich die eingangs geschilderte Farbinhomogenität
beispielsweise bei einem blauen Anregungsspot, wobei ein blauer Zentralbereich und in den äußeren Bereichen eine gelbgrüne Korona entsteht.
Um dieser Farbinhomogenität eventuell auch bei lokalen Peaks im Anregungsspot entgegenzuwirken, kann man die Konverter- Einrichtung mechanisch verschieben. Eine entsprechende
Bewegung dieser Konverter-Einrichtung (z.B. Konverter-Halter einschließlich Konverter-Plättchen) kann über eine separaten, kleinen Antrieb bzw. eine Bewegungseinrichtung erfolgen.
Diese Bewegungseinrichtung kann beispielsweise die
Halteeinrichtung periodisch in einer Richtung hin- und her bewegen. Denkbar dabei wäre beispielsweise eine
eindimensionale Rechts-Links-Bewegung oder eine
eindimensionale Oben-Unten-Bewegung . Darüber hinaus käme auch eine zweidimensionale Bewegung, wie beispielsweise entlang einer Lissaj ous-Figur, in Frage. Bei einer solchen Bewegung der Konverter-Einrichtung kommt es zu einer Verteilung der lokalen Leistungsmaxima über eine größere Fläche des
Konverters bzw. Konverter-Plättchens und einer Vermeidung des lokalen Roll-Overs, sodass sich eine homogener weiße
Mischfarbe ergibt.
Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer
Beleuchtungsvorrichtung, mit der eine homogenere
Farbverteilung realisierbar ist. Eine solche
Beleuchtungsvorrichtung kann zur Beleuchtung von Räumen,
Gebäuden, Geländen und Anlagen verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt eine Anwendung jedoch in einem Kraftfahrzeug und insbesondere in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer. Dort können beispielsweise eine Abblendfunktion, eine Fernlichtfunktion und/oder alle zusätzlichen Lichtfunktionen moderner AFS-
Systeme (Kurven-, Stadt-, Schlechtwetterlicht, etc.) und auch Signallichtfunktionen mit einer solchen
Beleuchtungsvorrichtung umgesetzt werden. In dem Beispiel von Fig. 1 besitzt die
Beleuchtungsvorrichtung ein Gehäuse 1, in dem eine
Lasereinrichtung 2 angeordnet ist. Mit der Lasereinrichtung ist beispielsweise blaues Licht erzeugbar. Beispielsweise an einer Seite des Gehäuses 1 befindet sich eine Konverter-Einrichtung 3. Sie stellt eine Art Fenster dar, aus dem das Laserlicht und etwaige konvertierte Anteile aus dem Gehäuse 1 nach außen dringen. Fig. 2 zeigt die Konverter-Einrichtung 3 alleine in einem größeren Maßstab und in Frontseitenansicht. Dieser
beispielhafte Konverter besitzt einen rahmenförmigen
Konverter-Halter 4, welcher seinerseits über eine z.B.
rechteckförmige Öffnung 5 verfügt. Der Rand 6 dieser Öffnung 5 kann abgeschrägt sein, wie dies die Figuren 1 und 2
verdeutlichen. In der Mitte dieser Öffnung 5 hält der
Konverter-Halter 4 ein Konverter-Plättchen 7. Das Konverter-Plättchen 7 wird mit dem im Gehäuse 1 erzeugten Laserlicht bestrahlt. Durch diese Bestrahlung ergibt sich im Zentrum des Laserspots eine hohe Temperatur und am Rand des Laserspots ergeben sich entsprechend temperaturreduzierte Bereiche. Durch eine so bedingte inhomogene
Temperaturverteilung würde sich aufgrund der
Temperaturabhängigkeit der Konversion eine entsprechende temperaturabhängige Farbverteilung ergeben, insbesondere wenn beispielsweise blaues Laserlicht durch das Konverter- Plättchen 7 (z.B. auf Basis von Phosphor) in gelb/grünes Licht gewandelt wird.
Um nun eine homogene Konversion aufgrund einer homogenen Temperaturverteilung auf dem Konverter-Plättchen 7 zu
erreichen, wird das Konverter-Plättchen 7 relativ zum
optischen Pfad des Laserstrahls oder der Laserstrahlen bewegt. Der optische Pfad der Laserstrahlen bzw. die
Haupteinstrahlrichtung in der Beleuchtungsvorrichtung, die ein Modul bilden kann, kann beispielsweise fix sein.
Alternativ kann der Laserstrahl in dem Modul bzw. der
Beleuchtungsvorrichtung auch quer zur Strahlrichtung bewegbar sein. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der
Laserstrahl scannend ist und sich in Scanrichtung bewegt. Unabhängig von der Bewegung (Scannen) oder Nicht-Bewegung des Laserstrahls ist gemäß der vorliegenden Erfindung die
Konverter-Einrichtung relativ zu dem Laserstrahl bzw. zu dem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest einer
Richtungskomponente senkrecht zu der Haupteinstrahlrichtung bewegbar. Für diese Bewegung ist beispielsweise an dem
Gehäuse 1 eine Bewegungseinrichtung (in Fig. 1 nicht
dargestellt) angeordnet, um die Konverter-Einrichtung 3 quer zur Laserstrahlrichtung (Haupteinstrahlrichtung) zu bewegen. In dem konkreten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist der
Konverter-Rahmen 4 mehrteilig aufgebaut und besitzt ein
Vorderteil und ein Hinterteil. Beide sind plattenförmig und besitzen eine entsprechend Öffnung 5. Zwischen beiden Teilen ist das Konverter-Plättchen 7 eingespannt. Wenn also der Konverter-Rahmen 4 bewegt wird, wird damit auch das
Konverter-Plättchen 7 bewegt. Die unterschiedlichen
Freiheitsgrade der Bewegung der Konverter-Einrichtung 3 senkrecht zu dem Laserstrahl sind mit dem Pfeilgebilde 8 in Fig. 2 angedeutet. Die Konverter-Einrichtung kann demnach in einer Ebene z.B. von rechts nach links und umgekehrt und/oder von oben nach unten und umgekehrt bewegt werden. Als
mechanische Antriebe für solche Bewegungen sind Piezoaktoren denkbar. Darüber hinaus könnten auch andere
elektromechanische Wandler eingesetzt werden. Solche Aktoren arbeiten vorzugsweise mit Ansprechzeiten von wenigen
Mikrosekunden . Der Verschiebeweg der Konvertereinrichtung relativ zu dem Gehäuse bzw. dem Laserstrahl kann abhängig sein von der
Spotgröße des Laserstrahls. Wenn die Größe des blauen Spots z.B. ca. 500ym beträgt, so sollte der Verschiebeweg
mindestens den halben Spotdurchmesser von ca. 250ym betragen. Dadurch werden „gelb/grüne" Bereiche des austretenden Lichts überlagert von Strahlen aus dem „blauen" Zentrum des Spots. Je nach Anteil/Größe der gelben bzw. blauen Bereiche und in Abhängigkeit von der Spotgröße kann man den Verschiebeweg gezielt anpassen. Diese Technologie ist natürlich auch für andere Farben, d.h. für andere Laser und Konverter
einsetzbar. Durch spektrale Messungen oder Größenmessungen können ein Parameter oder mehrere Parameter der Verschiebung geregelt werden. Ist beispielsweise der Blauanteil des
Gesamtlichts einschließlich des Laserlichts und des
konvertierten Lichts zu hoch, kann der Verschiebeweg und/oder die Verschiebefrequenz erhöht werden, damit die Temperatur des Konverters bzw. des Konverter-Plättchens im Spotbereich reduziert und damit die Konversionsrate erhöht wird. Durch den höheren Gelb- bzw. Grün-Anteil reduziert sich der Blau- Anteil, was zu einer homogeneren Farbzusammensetzung des resultierenden Lichts führt. Darüber hinaus kann die Verschiebefrequenz auch in Abhängigkeit von der Leistung des Anregungsspots variieren. Bei dynamischen 1-dimensionalen Scannern sollte die
Verschiebefrequenz des Konverters, d.h. der Konverter- Einrichtung bzw. des Konverter-Plättchens, nicht identisch mit der scannenden Frequenz sein. Sowohl die Richtung wie auch die Größenordnung der beiden Bewegungen sollten
verschieden sein. Bei 1-dimensionaler, nicht linearer
Bewegung des scannenden Strahls kann auch die mechanische Bewegung des Konverters eine nicht lineare Bewegung
durchführen. In jedem Fall sollte die Bewegung der Konverter- Einrichtung anders sein als diejenige des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlen. Beispielsweise wird die Erzeugung des blauen Lichts durch einen Ce:YAG-Laser erfolgen. Der Konverter kann einen
Einzelkristall aus Phosphor aufweisen. Alternativ sind auch andere Laser, z.B. auf Cer-Basis und entsprechende andere Konverter-Typen denkbar.
In einer konkreten Ausgestaltung kann das Ausgangslicht der Beleuchtungsvorrichtung mit zwei Farbsensoren gemessen werden, die für unterschiedliche Wellenlängen empfindlich sind. Die beiden Signale der Farbsensoren werden in Relation gesetzt. In Abhängigkeit von dieser Relation kann dann die Bewegung der Bewegungseinrichtung bzw. die Bewegung der
Konverter-Einrichtung geregelt werden.
Durch eine (schnelle) Bewegung der Konverter-Einrichtung wie oben beschrieben in oder senkrecht zur Laserstrahlrichtung oder Scanrichtung in einem dynamischen System können lokale Leistungsspitzen vermieden werden, und es kommt zu einer homogenere (weißen) Farbverteilung z.B. eines im Fernfeld abzubildenden Spots. Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus und der Vermeidung lokaler Überhitzungen ist das verringerte Risiko von sogenannten „Dark Spots". Es kann bei sehr
fokussierten, blauen Laserspots zur Oxidation von organischem Material in der Konverter-Einrichtung kommen. Durch eine permanente Relativbewegung der Anregungsstrahlung (Laserstrahlen) in Bezug zu der Konverter-Einrichtung kann man die Gefahr der Oxidation stark herabsetzen. Der Nutzen einer homogeneren Farbe und des geringeren Oxidationsrisikos ist beispielsweise für statische wie dynamische AM LARP
Systeme (Automotive Laser Activated Remote Phosphor) wichtig.
1
Bezugs zeichenliste
1 Gehäuse
2 Lasereinrichtung
3 Konverter-Einrichtung
4 Konverter-Halter
5 Öffnung
6 Rand
7 Konverter-Plättchen
8 Pfeilgebilde

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungsvorrichtung mit
einer Lasereinrichtung (2) zum Erzeugen von Laserl und
einer Konverter-Einrichtung (3) zum Wandeln eines Teils des Laserlichts, das in einer Haupteinstrahlrichtung auf die Konverter-Einrichtung (3) trifft, in konvertiertes Licht,
kennzeichnet durch
eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Konverter- Einrichtung (3) mit zumindest einer Richtungskomponente senkrecht zu der Haupteinstrahlrichtung.
2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die
Lasereinrichtung (2) dazu ausgebildet ist, die Richtung des Laserlichts fortlaufend zu ändern.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lasereinrichtung (2) zum Erzeugen von blauem Laserlicht ausgebildet ist, und die Konverter-Einrichtung (3) Phosphor zum Wandeln des Laserlichts aufweist.
4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das Bewegen der Konverter-Einrichtung (3) ständig oder zumindest während eines größten Teils einer Zeitdauer des Wandeins auszuführen.
5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konverter-Einrichtung (3) durch die Bewegungseinrichtung periodisch hin- und herbewegbar ist.
6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Konverter-Einrichtung (3) durch die
Bewegungseinrichtung in einer Richtung mit zumindest einer Richtungskomponente senkrecht zu der Bewegung des Laserlichts bewegbar ist.
7. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Konverter-Einrichtung (3) durch die Bewegungseinrichtung zweidimensional bewegbar ist.
8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Regelungseinrichtung und mindestens einen Farbsensor aufweist, wobei die Bewegungseinrichtung in
Abhängigkeit von einem Signal des Farbsensors durch die
Regelungseinrichtung geregelt wird.
9. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die
Richtung des Laserlichts entsprechend einer ersten Frequenz änderbar ist, und die Bewegungseinrichtung dazu ausgebildet ist, bei einer solchen Änderungsfrequenz der Richtung des
Laserlichts die Konverter-Einrichtung (3) mit einer von der ersten verschiedenen zweiten Frequenz zu bewegen.
10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Geschwindigkeit des Bewegens der
Konverter-Einrichtung (3) durch die Bewegungseinrichtung von einer Leistung der Lasereinrichtung (2) abhängig ist.
11. Kraftfahrzeug mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung, die eine Lasereinrichtung (2) und eine Konverter-Einrichtung (3) aufweist, durch
- Erzeugen von Laserlicht mit der Lasereinrichtung (2) und
- Wandeln eines Teils des Laserlichts, das in einer
Haupteinstrahlrichtung auf die Konverter-Einrichtung (3) trifft, in konvertiertes Licht,
gekennzeichnet durch
- Bewegen der Konverter-Einrichtung (3) mit zumindest
einer Richtungskomponente senkrecht zu der
Haupteinstrahlrichtung .
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