Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a lighting device according to the preamble of claim 1.
I. Stand der TechnikI. State of the art
Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der US 2011/0084609 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung mit verbesserter Sicherheit für den Anwender. Zu diesem Zweck ist in der Beleuchtungseinrichtung ein Lichtsensor vorgesehen, der am Lichtwellenlängenkonversionselement reflektiertes Licht detektiert und auf diese Weise die Präsenz oder das Fehlen des Lichtwellenlängenkonversionselement feststellt und eine Abschaltung der Laserlichtquelle im Fall des Fehlens des Lichtwellenlängenkonversionselements veranlasst.Such a lighting device is for example in the US 2011/0084609 A1 disclosed. This document describes a lighting device with improved safety for the user. For this purpose, a light sensor is provided in the illumination device, which detects light reflected at the light wavelength conversion element and thus detects the presence or absence of the light wavelength conversion element and causes shutdown of the laser light source in the absence of the light wavelength conversion element.
II. Darstellung der ErfindungII. Presentation of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer verbesserten Überwachung der Lichtemission bereitzustellen. It is an object of the invention to provide a generic lighting device with improved monitoring of the light emission.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt mindestens eine Laserlichtquelle und mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement, das dazu ausgebildet ist, von der mindestens einen Laserlichtquelle emittiertes Licht anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren. Außerdem besitzt die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mindestens zwei Lichtsensoren zur Überwachung der Lichtemission für die mindestens eine Laserlichtquelle, wobei ein erster Lichtsensor zum Detektieren von nicht konvertiertem Laserlicht auf die Wellenlänge des von der mindestens einen Laserlichtquelle emittierten Lichts abgestimmt ist, und ein zweiter Lichtsensor zum Detektieren von konvertiertem Laserlicht auf eine Wellenlänge, beispielsweise die dominante Wellenlänge, des von dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement konvertierten Lichts abgestimmt ist. The illumination device according to the invention has at least one laser light source and at least one light wavelength conversion element which is designed to convert light emitted by the at least one laser light source proportionately into light of other wavelengths. In addition, the illumination device according to the invention has at least two light sensors for monitoring the light emission for the at least one laser light source, wherein a first light sensor for detecting unconverted laser light is tuned to the wavelength of the light emitted by the at least one laser light source, and a second light sensor for detecting converted Laser light is tuned to a wavelength, for example, the dominant wavelength of the light converted by the at least one light wavelength conversion element.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ermöglicht mit Hilfe der Lichtsensoren mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit eine Ermittlung der relativen Anteile von konvertiertem und nicht konvertiertem Licht und somit den Nachweis einer etwaigen absoluten oder relativen Intensitätsänderung des Laserlichts bzw. des konvertierten Lichts oder einer etwaigen absoluten oder relativen Farbortverschiebung des aus konvertiertem und nicht konvertiertem Licht bestehenden Mischlichts, das von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittiert wird. In Abhängigkeit von der Größe der Farbortverschiebung bzw. der relativen Intensitätsänderung kann eine Sicherheitsabschaltung der mindestens einen Laserlichtquelle aktiviert werden. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, sowohl Veränderungen an den Laserlichtquellen als auch an dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement zu detektieren. Insbesondere ist somit eine genauere Lokalisierung von etwaigen Fehlerquellen in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung möglich.The illumination device according to the invention makes it possible with the help of the light sensors with different spectral sensitivity, a determination of the relative proportions of converted and unconverted light and thus the detection of any absolute or relative intensity change of the laser light or the converted light or any absolute or relative color locus of the converted and unconverted light existing mixed light emitted by the illumination device according to the invention. Depending on the size of the color locus shift or the relative change in intensity, a safety shutdown of the at least one laser light source can be activated. In addition, the illumination device according to the invention makes it possible to detect both changes to the laser light sources and to the at least one light wavelength conversion element. In particular, a more accurate localization of possible sources of error in the illumination device according to the invention is thus possible.
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Lichtsensoren der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung derart angeordnet, dass sie an dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement gestreutes, konvertiertes bzw. nicht konvertiertes Licht detektieren. Durch diese Anordnung der Lichtsensoren stören die Lichtsensoren nicht die Lichtemission der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, da sie nicht im direkten Strahlengang der mindestens einen Laserlichtquelle angeordnet sind. According to a first preferred embodiment of the invention, the light sensors of the illumination device according to the invention are arranged such that they detect scattered, converted or unconverted light at the at least one light wavelength conversion element. As a result of this arrangement of the light sensors, the light sensors do not disturb the light emission of the illumination device according to the invention since they are not arranged in the direct beam path of the at least one laser light source.
Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste Lichtsensor derart angeordnet, dass er nicht konvertiertes, von der mindestens einen Laserlichtquelle emittiertes Licht detektiert, und der zweite Lichtsensor ist derart angeordnet, dass er an dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement gestreutes, konvertiertes Licht detektiert. Der erste Lichtsensor ist in diesem Fall vorzugsweise derart angeordnet, dass er entweder Streulicht von der mindestens einen Laserlichtquelle detektiert oder nicht konvertiertes Laserlicht empfängt, das beispielsweise mittels eines Strahlteilers ausgekoppelt ist. In diesem Fall wird die Lichtemission der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ebenfalls nicht durch die Lichtsensoren behindert. According to another preferred embodiment of the invention, the first light sensor is arranged to detect unconverted light emitted from the at least one laser light source, and the second light sensor is arranged to detect converted light scattered on the at least one light wavelength conversion element. The first light sensor is in this case preferably arranged such that it either detects scattered light from the at least one laser light source or receives unconverted laser light which is coupled out, for example, by means of a beam splitter. In this case, the light emission of the illumination device according to the invention is likewise not hindered by the light sensors.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mindestens einen Lichtleiter auf, der derart angeordnet ist, dass konvertiertes und nicht konvertiertes Streulicht von dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement in den Lichtleiter eingekoppelt wird und dann das aus dem Lichtleiter austretende Licht auf einen für den jeweiligen Spektralanteil des konvertierten bzw. nicht konvertierten Lichts empfindlichen Lichtsensor geleitet wird. Die Verwendung mindestens eines Lichtleiters hat den Vorteil, dass Streulicht hoher Intensität mit geringem Verlust von dem mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselement zu den Lichtsensoren geleitet wird und somit eine hohe Lichtintensität von den Lichtsensoren messbar ist. According to a further preferred embodiment of the invention, the illumination device according to the invention comprises at least one light guide, which is arranged such that converted and unconverted stray light is coupled from the at least one light wavelength conversion element in the light guide and then the light emerging from the light guide to one for each Spectral component of the converted or unconverted light sensitive light sensor is passed. The use of at least one light guide has the advantage that high intensity scattered light is passed from the at least one light wavelength conversion element to the light sensors with little loss, and thus a high light intensity can be measured by the light sensors.
Vorteilhafter Weise ist eine Auswertungseinheit vorgesehen und derart ausgebildet, dass ein Quotient aus den von dem ersten Lichtsensor und von dem zweiten Lichtsensor ermittelten Lichtintensitäten oder eine dazu proportionale Größe ausgewertet wird. Dadurch kann auf einfache Weise der relative Anteil des konvertierten Lichts und des nicht konvertierten Lichts bei dem von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittierten Licht bestimmt werden. Außerdem kann der Wert eines solchen Quotienten oder einer dazu proportionalen Größe als Maß für den Farbort oder einer etwaigen Farbortverschiebung des von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichts genutzt werden und mit Hilfe dieses Quotienten oder der dazu proportionalen Größe eine Schwelle für die Aktivierung einer Sicherheitsabschaltung der Laserlichtquellen definiert werden. Ferner kann der Wert eines solchen Quotienten oder einer dazu proportionalen Größe als Maß für einen etwaigen Qualitätsverlust beim Lichtwellenlängenkonversionselement oder als Indikator für den teilweisen oder kompletten Verlust des Lichtwellenlängenkonversionselements verwendet werden. Weiterhin hat die Verwendung des vorgenannten Quotienten oder der dazu proportionalen Größe den Vorteil, dass die Sicherheitsabschaltung der Laserlichtquellen und die Qualitätsüberwachung des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements unabhängig von den absoluten Werten der von den beiden Lichtsensoren gemessenen Lichtintensitäten ist. Für die Sicherheitsabschaltung der Laserlichtquellen und die Qualitätsüberwachung des mindestens einen Lichtwellenlängenkonversionselements ist sowohl der Quotient L1/L2 als auch der Kehrwert L2/L1 dieses Quotienten sowie eine dazu proportionale Größe geeignet, wobei L1 die vom ersten Lichtsensor gemessene Lichtintensität und L2 die vom zweiten Lichtsensor gemessene Lichtintensität bezeichnet. Advantageously, an evaluation unit is provided and designed such that a quotient of the light intensities determined by the first light sensor and by the second light sensor or a variable proportional thereto is evaluated. As a result, the relative proportion of the converted light and the unconverted light in the light emitted by the illumination device according to the invention can be determined in a simple manner. In addition, the value of such a quotient or a variable proportional thereto can be used as a measure of the color location or any color locus shift of the light emitted by the illumination device according to the invention and defines a threshold for activating a safety shutdown of the laser light sources using this quotient or the size proportional thereto become. Furthermore, the value of such a quotient or a variable proportional thereto can be used as a measure of a possible loss of quality in the light wavelength conversion element or as an indicator of the partial or complete loss of the light wavelength conversion element. Furthermore, the use of the aforementioned quotient or the variable proportional thereto has the advantage that the safety shutdown of the laser light sources and the quality control of the at least one light wavelength conversion element is independent of the absolute values of the light intensities measured by the two light sensors. For the safety shutdown of the laser light sources and the quality monitoring of the at least one light wavelength conversion element, both the quotient L1 / L2 and the reciprocal L2 / L1 of this quotient and a variable proportional thereto are suitable, where L1 is the light intensity measured by the first light sensor and L2 is that measured by the second light sensor Light intensity called.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Laserlichtquelle derart ausgebildet, dass sie Licht aus dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm emittiert und das mindestens eine Lichtwellenlängenkonversionselement ist derart ausgebildet, dass es Licht von der mindestens einen Laserlichtquelle anteilig in Licht mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert. Dadurch ist gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weißes Licht emittiert, das eine Mischung aus nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung eignet sich dadurch für den Einsatz als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer. Der Farbort des von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittierten weißen Lichts ist durch die relativen Anteile von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht bestimmt. Der Begriff "weißes Licht" bedeutet, dass die Normfarbwertanteile x, y des von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichts auf der Normfarbtafel nach DIN 5033 den Normfarbwertanteilen des Unbuntpunkts bei x = 0,333 und y = 0,333 entsprechen oder nur geringfügig von diesen Werten abweichen. Preferably, the at least one laser light source is configured to emit light from the wavelength range of 380 nm to 490 nm, and the at least one light wavelength conversion element is configured to proportionate light from the at least one laser light source into light having a dominant wavelength in the wavelength range of 560 nm to 590 nm converted. This ensures that the illumination device according to the invention emits white light, which is a mixture of unconverted blue light and converted yellow light. The lighting device according to the invention is thus suitable for use as a light source in a vehicle headlight. The color location of the white light emitted by the illumination device according to the invention is determined by the relative proportions of unconverted blue light and converted yellow light. The term "white light" means that the standard color value components x, y of the light emitted by the illumination device according to the invention on the standard color chart DIN 5033 correspond to the chromaticity coordinates of the solid color point at x = 0.333 and y = 0.333, or differ only slightly from these values.
Der erste Lichtsensor ist in vorteilhafter Weise auf einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 490 nm abgestimmt und der zweite Lichtsensor ist vorzugsweise auf einen Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm oder auf Wellenlängen größer oder gleich 550 nm abgestimmt. Dadurch ist gewährleistet, dass der erste Lichtsensor nur den Anteil des nicht konvertierten Lichts des von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichts detektiert und der zweite Lichtsensor nur den Anteil des konvertierten Lichts des von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichts detektiert.The first light sensor is advantageously tuned to a wavelength range of 380 nm to 490 nm and the second light sensor is preferably tuned to a wavelength range of 560 nm to 590 nm or to wavelengths greater than or equal to 550 nm. This ensures that the first light sensor only detects the proportion of the unconverted light of the light emitted by the illumination device according to the invention and the second light sensor only detects the proportion of the converted light of the light emitted by the illumination device according to the invention.
Die mindestens eine Laserlichtquelle ist vorzugsweise als Laserdiode oder Laserdiodenarray ausgebildet, um eine räumlich kompakte Anordnung der Komponenten der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zu ermöglichen. The at least one laser light source is preferably designed as a laser diode or laser diode array in order to enable a spatially compact arrangement of the components of the illumination device according to the invention.
III. Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleIII. Description of the preferred embodiments
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to preferred exemplary embodiments. Show it:
1 Eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung 1 A schematic representation of a lighting device according to the first embodiment of the invention
2 Eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung 2 A schematic representation of a lighting device according to the second embodiment of the invention
3 Eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung 3 A schematic representation of a lighting device according to the third embodiment of the invention
4 Einen Querschnitt durch die in 3 abgebildete Beleuchtungseinrichtung in schematischer Darstellung entlang der Ebene A-A 4 A cross section through the in 3 Illustrated illumination device in a schematic representation along the plane AA
5 Eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung 5 A schematic representation of a lighting device according to the fourth embodiment of the invention
6 Eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung 6 A schematic representation of a lighting device according to the fifth embodiment of the invention
7 Eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung 7 A schematic representation of a lighting device according to the sixth embodiment of the invention
In 1 ist schematisch der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt eine blaues Licht aus dem Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm emittierende Laserdiode 10, eine Kollimatorlinse 11, einen als Faseroptik ausgebildeten Lichtleiter 12, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 13 und zwei Lichtsensoren 14, 15. Die Laserdiode 10 und die Kollimatorlinse 11 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 100 untergebracht. Das von der Laserdiode 10 emittierte Licht wird mit Hilfe der Kollimatorlinse 11 parallelisiert und in ein erstes Ende 122 der Faseroptik 12 eingekoppelt. Die Faseroptik 12 besitzt einen Licht leitenden Kern 120 und einen den Kern 120 umgebenden Mantel 121, dessen Material einen geringeren optischen Brechungsindex als das Material des Kerns 120 aufweist, so dass das in die Faseroptik 12 eingekoppelte Licht durch Totalreflexion am Mantel 121 im Kern 120 verbleibt und die Faseroptik 12 nur an ihren Enden 122, 123 verlassen kann. Das aus dem zweiten Ende 123 austretende blaue Laserlicht trifft auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 13 und wird nach dem Auftreffen auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 13 anteilig in gelbes Licht konvertiert, so dass beim Passieren des Lichtwellenlängenkonversionselements 13 weißes Licht 16 erzeugt wird, das eine Mischung aus nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung generiert somit weißes Licht, das eine Mischung aus blauem Anregungslicht der Laserdiode 10 und konvertiertem gelbem Licht des Lichtwellenlängenkonversionselements 13 ist. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 13 dient als Lichtaustrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung und da es nur eine kleine Fläche im Bereich von 1 mm2 bis 5 mm2 besitzt, kann die Beleuchtungseinrichtung als weißes Licht emittierende Punktlichtquelle angesehen werden, die sehr gut als Lichtquelle für Projektionsanwendungen, insbesondere Fahrzeugscheinwerfer, geeignet ist. In 1 the structure of a lighting device according to the first embodiment of the invention is shown schematically. This illumination device has a blue light from the wavelength range of 440 nm to 460 nm emitting laser diode 10 , a collimator lens 11 , An optical fiber designed as a fiber optic 12 , a light wavelength conversion element 13 and two light sensors 14 . 15 , The laser diode 10 and the collimator lens 11 are in a common housing 100 accommodated. That of the laser diode 10 emitted light is using the collimator lens 11 parallelized and in a first end 122 the fiber optic 12 coupled. The fiber optics 12 has a light-conducting core 120 and one the core 120 surrounding coat 121 whose material has a lower optical refractive index than the material of the core 120 so that's in the fiber optic 12 coupled light by total reflection on the mantle 121 in the core 120 remains and the fiber optics 12 only at their ends 122 . 123 can leave. That from the second end 123 Exiting blue laser light impinges on the light wavelength conversion element 13 and becomes after hitting the light wavelength conversion element 13 proportionately converted into yellow light, so that when passing the light wavelength conversion element 13 White light 16 which is a mixture of unconverted blue light and converted yellow light. The illumination device according to the first exemplary embodiment of the invention thus generates white light which is a mixture of blue excitation light of the laser diode 10 and converted yellow light of the light wavelength conversion element 13 is. The light wavelength conversion element 13 serves as a light exit opening of the illumination device and since it has only a small area in the range of 1 mm 2 to 5 mm 2 , the illumination device can be regarded as a white light emitting point light source, which is very well suited as a light source for projection applications, in particular vehicle headlights.
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 13 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem Saphirplättchen 130, das mit Leuchtstoff 131 beschichtet ist, der blaues Licht in gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert. Als Leuchtstoff 131 wird mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet. Der relative Anteil von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht in dem weißen Mischlicht 16 wird durch die Dicke der Leuchtstoffbeschichtung 131 und die Konzentration des Leuchtstoffs auf dem Saphirplättchen 130 bestimmt. Das blaue Laserlicht wird an den Leuchtstoffpartikeln des Lichtwellenlängenkonversionselements 13 gestreut und ein Teil des blauen Lichts wird mittels des Leuchtstoffs 131 in gelbes Licht konvertiert. Das Saphirplättchen 130 dient als Träger und Wärmesenke für den Leuchtstoff 131. Der Leuchtstoff 131 ist als Beschichtung auf der dem zweiten Ende 123 der Faseroptik 12 zugewandten Oberfläche des Saphirplättchens 130 angebracht. Er kann aber auch auf der diesem Ende 123 abgewandten Oberfläche des Saphirplättchens 130 angeordnet sein. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 13 ist in einer Halterung (nicht abgebildet) eingespannt, die zusätzlich auch als Kühlkörper für das Lichtwellenlängenkonversionselement 13 dient.The light wavelength conversion element 13 The illumination device according to the first embodiment of the invention consists of a sapphire plate 130 that with phosphor 131 which converts blue light into yellow light having a dominant wavelength from the wavelength range of 560 nm to 590 nm. As a phosphor 131 For example, cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce) is used. The relative proportion of unconverted blue light and converted yellow light in the white mixed light 16 is determined by the thickness of the phosphor coating 131 and the concentration of the phosphor on the sapphire plate 130 certainly. The blue laser light is applied to the phosphor particles of the light wavelength conversion element 13 scattered and part of the blue light is by means of the phosphor 131 converted to yellow light. The sapphire plate 130 serves as a carrier and heat sink for the phosphor 131 , The phosphor 131 is as a coating on the second end 123 the fiber optic 12 facing surface of the sapphire plate 130 appropriate. But he can also be on the end of this 123 opposite surface of the sapphire plate 130 be arranged. The light wavelength conversion element 13 is in a holder (not shown) clamped, in addition, as a heat sink for the light wavelength conversion element 13 serves.
Der erste Lichtsensor 14 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die erste Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem blauen Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm empfängt. Der zweite Lichtsensor 15 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die zweite Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem gelben Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm empfängt. Die Farbfilter können alternativ beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass der Farbfilter des ersten Lichtsensors 14 nur für Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich durchlässig ist und der Farbfilter des zweiten Lichtsensors 15 nur für den gelben und roten Spektralbereich durchlässig ist. Der erste Lichtsensor 14 ist so angeordnet, dass er Licht detektiert, das am Lichtwellenlängenkonversionselement 13 oder an dem zweiten Ende 123 der Faseroptik 12 gestreut wurde. Der zweite Lichtsensor 15 ist so angeordnet, dass er Licht detektiert, das am Lichtwellenlängenkonversionselement 13 gestreut wurde. Der erste Lichtsensor 14 detektiert allerdings nur nicht konvertiertes blaues Licht, während der zweite Lichtsensor 15 nur konvertiertes gelbes Licht detektiert. Die von den beiden Lichtsensoren 14, 15 ermittelten Lichtintensitäten werden mit Hilfe einer Auswertungseinheit 110 ausgewertet, die einen programmgesteuerten Mikroprozessors mit Datenspeicher (beide nicht abgebildet) enthält, um im Störungsfall eine Sicherheitsabschaltung der Laserdiode 10 auszulösen. Zur Überwachung der Lichtemission der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mittels der Auswertungseinheit 110 der Quotient aus der vom zweiten Lichtsensor 15 detektierten Lichtintensität und der vom ersten Lichtsensor 14 detektierten Lichtintensität oder eine zu diesem Quotienten proportionale elektrische Größe, beispielsweise in Form einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms, gebildet und ausgewertet. Dieser Quotient entspricht dem relativen Anteil von konvertiertem gelbem Licht zu nicht konvertiertem blauem Licht in dem Licht, das von der Beleuchtungseinrichtung emittiert wird. Unterschreitet der Wert dieses Quotienten oder der dazu proportionalen elektrischen Größe einen vorgegebenen Schwellwert, so wird die Sicherheitsabschaltung für die Laserdiode 10 ausgelöst. The first light sensor 14 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the first photodiode substantially only receives light from the blue spectral range in the wavelength range from 440 nm to 460 nm. The second light sensor 15 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the second photodiode receives substantially only light from the yellow spectral range in the wavelength range of 560 nm to 590 nm. Alternatively, the color filters may, for example, also be designed such that the color filter of the first light sensor 14 only transparent to light from the violet and blue spectral range and the color filter of the second light sensor 15 only permeable to the yellow and red spectral range. The first light sensor 14 is arranged to detect light at the light wavelength conversion element 13 or at the second end 123 the fiber optic 12 was scattered. The second light sensor 15 is arranged to detect light at the light wavelength conversion element 13 was scattered. The first light sensor 14 however, detects only unconverted blue light while the second light sensor 15 only converted yellow light detected. The of the two light sensors 14 . 15 detected light intensities are using an evaluation unit 110 evaluated, which contains a program-controlled microprocessor with data memory (both not shown), in case of failure, a safety shutdown of the laser diode 10 trigger. For monitoring the light emission of the illumination device according to the first exemplary embodiment of the invention, by means of the evaluation unit 110 the quotient from that of the second light sensor 15 detected light intensity and that of the first light sensor 14 detected light intensity or proportional to this quotient electrical quantity, for example in the form of an electrical voltage or an electric current, formed and evaluated. This quotient corresponds to the relative proportion of converted yellow light to unconverted blue light in the light emitted by the illumination device. If the value of this quotient or the electrical variable proportional thereto falls below a predetermined threshold value, then the safety shutdown for the laser diode becomes 10 triggered.
Beispielsweise existiert im Fall des Fehlens des Lichtwellenlängenkonversionselements 13 kein konvertiertes gelbes Licht und demzufolge ist die von dem zweiten Lichtsensor 15 detektierte Lichtintensität Null. Entsprechend hat der Wert des Quotienten aus der vom zweiten Lichtsensor 15 detektierten Lichtintensität und der vom ersten Lichtsensor 14 detektierten Lichtintensität ebenfalls den Wert Null. In diesem Fall wird für die Laserdiode 10 die Sicherheitsabschaltung ausgelöst. Verschlechtert sich während der Betriebsdauer der Beleuchtungseinrichtung die Qualität des Lichtwellenlängenkonversionselements 13, beispielsweise aufgrund von abgelösten oder inaktiven Teilen der Leuchtstoffbeschichtung 131 oder wegen einer unzulässigen Intensitätserhöhung der Laseranregungsstrahlung, so wird der relative Anteil des konvertierten gelben Lichts in Bezug auf den des nicht konvertierten blauen Lichts sinken. Entsprechend wird dadurch auch der Wert des vorgenannten Quotienten im Vergleich zu seinem anfänglichen Wert, den er bei vollständig intakter Leuchtstoffbeschichtung 131 hatte, gesenkt. Das hat zur Folge, dass der durch die Normfarbwertanteile x, y definierte Farbort des von der Beleuchtungseinrichtung emittierten weißen Lichts auf der Normfarbtafel gemäß DIN 5033 von seinem anfänglichen Wert in Richtung des blauen Spektralbereichs verschoben wird und die Farbtemperatur des weißen Licht einen höheren Wert annimmt. Die Überwachung des vorgenannten Quotienten erlaubt daher zusätzlich zur Sicherheitsabschaltung der Laserdiode 10 auch eine Überwachung der Verschiebung von Farbort und Farbtemperatur des von der Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichts. Dementsprechend kann daher im Fall einer teilweise abgelösten oder teilweise inaktiven Leuchtstoffbeschichtung 131 beispielsweise die Leistung der Laserdiode 10 reduziert werden oder die Laserdiode abgeschaltet werden, sobald ein vordefinierter Schwellwert des vorgenannten Quotienten unterschritten wird. For example, in the case of the absence of the light wavelength conversion element, there exists 13 no converted yellow light, and consequently that of the second light sensor 15 detected light intensity zero. Accordingly, the value of Quotient from the second light sensor 15 detected light intensity and that of the first light sensor 14 detected light intensity also the value zero. In this case, for the laser diode 10 the safety shutdown is triggered. During the operating time of the illumination device, the quality of the light wavelength conversion element deteriorates 13 For example, due to detached or inactive parts of the phosphor coating 131 or because of an inadmissible increase in the intensity of the laser excitation radiation, the relative proportion of the converted yellow light will decrease with respect to that of the unconverted blue light. Accordingly, the value of the above-mentioned quotient is thereby also compared to its initial value, which is the case when the phosphor coating is completely intact 131 had, lowered. As a result, the color locus of the white light emitted by the illuminator, as defined by the standard chromaticity coordinates x, y, on the standard color chart in FIG DIN 5033 is shifted from its initial value toward the blue spectral range and the color temperature of the white light takes a higher value. The monitoring of the aforementioned quotient therefore additionally allows the safety shutdown of the laser diode 10 also a monitoring of the shift of color location and color temperature of the light emitted by the illumination device. Accordingly, therefore, in the case of a partially released or partially inactive phosphor coating 131 for example, the power of the laser diode 10 can be reduced or the laser diode are turned off as soon as a predefined threshold of the above quotient is exceeded.
In 2 ist schematisch der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist fast vollständig identisch zu der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur durch den ersten Lichtsensor 24. Daher werden in den 1 und 2 für identische Komponenten der Beleuchtungseinrichtungen beider Ausführungsbeispiele der Erfindung dieselben Bezugszeichen verwendet. Für deren Beschreibung wird auf die Beschreibung der Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung verwiesen. Der erste Lichtsensor 24 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Gehäuse 100 der Beleuchtungseinrichtung untergebracht und so angeordnet, dass er unkonvertiertes blaues Licht detektiert, das an der Kollimatorlinse 11 oder am ersten Ende der Faseroptik 12 gestreut wurde oder mit geringfügiger Divergenz die Laserdiode 10 verlassen hatte. Der erste Lichtsensor 24 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung stimmt in allen anderen Details mit dem ersten Lichtsensor 14 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel überein. Der einzige Unterschied zwischen den Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht daher darin, dass bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung der nicht konvertierte blaue Anteil des Lichts direkt an der Laserdiode 10 bzw. am ersten Ende 122 der Faseroptik detektiert wird, während bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung der nicht konvertierte blaue Anteil des Lichts am zweiten Ende 123 der Faseroptik detektiert wird. Die Funktionsweise der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist identisch zu der Funktionsweise der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 2 the structure of a lighting device according to the second embodiment of the invention is shown schematically. The illumination device according to the second embodiment of the invention is almost completely identical to the illumination device according to the first embodiment of the invention. The illumination device according to the second embodiment of the invention differs from the illumination device according to the first embodiment of the invention only by the first light sensor 24 , Therefore, in the 1 and 2 for identical components of the lighting devices used in both embodiments of the invention, the same reference numerals. For their description, reference is made to the description of the components of the first embodiment of the invention. The first light sensor 24 the lighting device according to the second embodiment of the invention is in the housing 100 housed in the illumination device and arranged to detect unconverted blue light at the collimator lens 11 or at the first end of the fiber optic 12 was scattered or with slight divergence the laser diode 10 had left. The first light sensor 24 according to the second embodiment of the invention is true in all other details with the first light sensor 14 according to the first embodiment. Therefore, the only difference between the lighting devices according to the first and second embodiments of the invention is that in the lighting device according to the second embodiment of the invention, the unconverted blue portion of the light is applied directly to the laser diode 10 or at the first end 122 the optical fiber is detected, while in the illumination device according to the first embodiment of the invention, the unconverted blue portion of the light at the second end 123 the fiber optic is detected. The operation of the lighting device according to the second embodiment of the invention is identical to the operation of the lighting device according to the first embodiment of the invention.
In den 3 und 4 ist der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt vier, blaues Licht aus dem Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm emittierende Laserdioden 30a, 30b, jeweils eine Kollimatorlinse 31a, 31b für jede der vier Laserdioden 30a, 30b jeweils einen als Faseroptik ausgebildeten Lichtleiter 32a, 32b, 32c, 32d für jede der vier Laserdioden 30a, 30b, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 33 und zwei Lichtsensoren 34, 35 sowie eine fünfte Faseroptik 32e, die den Lichtsensoren 34, 35 zugeordnet ist. In 3 sind von den vier Laserdioden 30a, 30b und den ihnen zugeordneten vier Kollimatorlinsen 31a, 31b jeweils nur zwei sichtbar. Das von den Laserdioden 30a, 30b emittierte Licht wird jeweils mit Hilfe der entsprechenden Kollimatorlinse 31a, 31b parallelisiert und in ein erstes Ende 321a, 321b der entsprechenden Faseroptik 32a, 32b, 32c bzw. 32d eingekoppelt. Das aus dem zweiten Ende 322a, 322b der Faseroptiken 32a, 32b, 32c bzw. 32d austretende blaue Laserlicht trifft auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 33 und wird nach dem Auftreffen auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 33 anteilig in gelbes Licht konvertiert, so dass beim Passieren des Lichtwellenlängenkonversionselements 33 weißes Licht 36 erzeugt wird, das eine Mischung aus nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung generiert somit weißes Licht, das eine Mischung aus blauem Anregungslicht der vier Laserdioden 30a, 30b und konvertiertem gelbem Licht des Lichtwellenlängenkonversionselements 33 ist. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 33 dient als Lichtaustrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung und da es nur eine kleine Fläche im Bereich von 1 mm2 bis 5 mm2 besitzt, kann die Beleuchtungseinrichtung als weißes Licht emittierende Punktlichtquelle angesehen werden, die sehr gut als Lichtquelle für Projektionsanwendungen, insbesondere Fahrzeugscheinwerfer, geeignet ist. In the 3 and 4 the construction of a lighting device according to the third embodiment of the invention is shown schematically. This illumination device has four, blue light from the wavelength range of 440 nm to 460 nm emitting laser diodes 30a . 30b , one collimator lens each 31a . 31b for each of the four laser diodes 30a . 30b each formed as a fiber optic light guide 32a . 32b . 32c . 32d for each of the four laser diodes 30a . 30b , a light wavelength conversion element 33 and two light sensors 34 . 35 and a fifth fiber optic 32e that the light sensors 34 . 35 assigned. In 3 are from the four laser diodes 30a . 30b and their associated four collimator lenses 31a . 31b only two visible. That of the laser diodes 30a . 30b emitted light is in each case using the corresponding collimator lens 31a . 31b parallelized and in a first end 321a . 321b the corresponding fiber optics 32a . 32b . 32c respectively. 32d coupled. That from the second end 322a . 322b the fiber optics 32a . 32b . 32c respectively. 32d Exiting blue laser light impinges on the light wavelength conversion element 33 and becomes after hitting the light wavelength conversion element 33 proportionately converted into yellow light, so that when passing the light wavelength conversion element 33 White light 36 which is a mixture of unconverted blue light and converted yellow light. The illumination device according to the third exemplary embodiment of the invention thus generates white light which is a mixture of blue excitation light of the four laser diodes 30a . 30b and converted yellow light of the light wavelength conversion element 33 is. The light wavelength conversion element 33 serves as a light exit opening of the illumination device and since it has only a small area in the range of 1 mm 2 to 5 mm 2 , For example, the illumination device can be regarded as a white light-emitting point light source, which is very well suited as a light source for projection applications, in particular vehicle headlights.
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 33 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem Saphirplättchen 330, das mit Leuchtstoff 331 beschichtet ist, der blaues Licht in gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert. Als Leuchtstoff 331 wird mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet. Der relative Anteil von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht in dem weißen Mischlicht 36 wird durch die Dicke der Leuchtstoffbeschichtung 331 und die Konzentration des Leuchtstoffs auf dem Saphirplättchen 330 bestimmt. Das blaue Laserlicht wird an den Leuchtstoffpartikeln des Lichtwellenlängenkonversionselements 33 gestreut und ein Teil des blauen Lichts wird mittels des Leuchtstoffs 331 in gelbes Licht konvertiert. Das Saphirplättchen 330 dient als Träger und Wärmesenke für den Leuchtstoff 331. Der Leuchtstoff 331 ist als Beschichtung auf der den zweiten Enden 322 der Faseroptiken 32a, 32b, 32c, 32d zugewandten Oberfläche des Saphirplättchens 330 angebracht. Er kann aber auch auf der diesen Enden abgewandten Oberfläche des Saphirplättchens 330 angeordnet sein. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 33 ist in einer Halterung (nicht abgebildet) eingespannt, die zusätzlich auch als Kühlkörper für das Lichtwellenlängenkonversionselement 33 dient. The light wavelength conversion element 33 The illumination device according to the third embodiment of the invention consists of a sapphire plate 330 that with phosphor 331 which converts blue light into yellow light having a dominant wavelength from the wavelength range of 560 nm to 590 nm. As a phosphor 331 For example, cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce) is used. The relative proportion of unconverted blue light and converted yellow light in the white mixed light 36 is determined by the thickness of the phosphor coating 331 and the concentration of the phosphor on the sapphire plate 330 certainly. The blue laser light is applied to the phosphor particles of the light wavelength conversion element 33 scattered and part of the blue light is by means of the phosphor 331 converted to yellow light. The sapphire plate 330 serves as a carrier and heat sink for the phosphor 331 , The phosphor 331 is as a coating on the second ends 322 the fiber optics 32a . 32b . 32c . 32d facing surface of the sapphire plate 330 appropriate. But it can also be on the surface facing away from the ends of the sapphire tile 330 be arranged. The light wavelength conversion element 33 is in a holder (not shown) clamped, in addition, as a heat sink for the light wavelength conversion element 33 serves.
Die den Lichtsensoren 34, 35 zugeordnete fünfte Faseroptik 32e verläuft innerhalb eines von den anderen vier Faseroptiken 32a, 32b, 32c, 32d gebildeten Kanals. Die fünfte Faseroptik 32e ist derart angeordnet, dass an dem Lichtwellenlängenkonversionselement 33 gestreutes oder reflektiertes Licht, und zwar sowohl konvertiertes als auch nicht konvertiertes Licht, in ein Ende der fünften Faseroptik 32e eingekoppelt und zu den am anderen Ende der fünften Faseroptik 32e angeordneten Lichtsensoren 34, 35 geleitet wird. Der erste Lichtsensor 34 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die erste Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem blauen Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm empfängt. Der zweite Lichtsensor 35 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die zweite Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem gelben Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm empfängt. Die Farbfilter können alternativ beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass der Farbfilter des ersten Lichtsensors 34 nur für Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich durchlässig ist und der Farbfilter für des zweiten Lichtsensors 35 nur für den gelben und roten Spektralbereich durchlässig ist. Der erste Lichtsensor 34 detektiert nur nicht konvertiertes blaues Licht, während der zweite Lichtsensor 35 nur konvertiertes gelbes Licht detektiert. Die von den beiden Lichtsensoren 34, 35 ermittelten Lichtintensitäten werden mit Hilfe einer Auswertungseinheit ausgewertet, die einen programmgesteuerten Mikroprozessors mit Datenspeicher(beide nicht abgebildet) aufweist, um im Störungsfall eine Sicherheitsabschaltung der vier Laserdioden 30a, 30b auszulösen. Zur Überwachung der Lichtemission der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Quotient aus der vom zweiten Lichtsensor 35 detektierten Lichtintensität und der vom ersten Lichtsensor 34 detektierten Lichtintensität oder eine zu diesem Quotienten proportionale elektrische Größe, beispielsweise in Form einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms, gebildet und ausgewertet. Dieser Quotient entspricht dem relativen Anteil von konvertiertem gelbem Licht zu nicht konvertiertem blauem Licht in dem Licht, das von der Beleuchtungseinrichtung emittiert wird. Unterschreitet der Wert dieses Quotienten oder dazu proportionalen elektrischen Größe einen vorgegebenen Schwellwert, so wird eine Sicherheitsabschaltung der vier Laserdioden 30a, 30b ausgelöst.The light sensors 34 . 35 associated fifth fiber optic 32e runs within one of the other four fiber optics 32a . 32b . 32c . 32d formed channel. The fifth fiber optic 32e is arranged such that at the light wavelength conversion element 33 scattered or reflected light, both converted and unconverted light, into one end of the fifth fiber optic 32e coupled to and at the other end of the fifth fiber optic 32e arranged light sensors 34 . 35 is directed. The first light sensor 34 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the first photodiode substantially only receives light from the blue spectral range in the wavelength range from 440 nm to 460 nm. The second light sensor 35 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the second photodiode receives substantially only light from the yellow spectral range in the wavelength range of 560 nm to 590 nm. Alternatively, the color filters may, for example, also be designed such that the color filter of the first light sensor 34 only for light from the violet and blue spectral range is transparent and the color filter for the second light sensor 35 only permeable to the yellow and red spectral range. The first light sensor 34 detects only unconverted blue light while the second light sensor 35 only converted yellow light detected. The of the two light sensors 34 . 35 determined light intensities are evaluated by means of an evaluation unit, which has a program-controlled microprocessor with data memory (both not shown), in case of failure, a safety shutdown of the four laser diodes 30a . 30b trigger. For monitoring the light emission of the illumination device according to the third embodiment of the invention, the quotient of the second light sensor 35 detected light intensity and that of the first light sensor 34 detected light intensity or proportional to this quotient electrical quantity, for example in the form of an electrical voltage or an electric current, formed and evaluated. This quotient corresponds to the relative proportion of converted yellow light to unconverted blue light in the light emitted by the illumination device. If the value of this quotient or electrical variable proportional thereto falls below a predetermined threshold value, then a safety shutdown of the four laser diodes will occur 30a . 30b triggered.
Beispielsweise existiert im Fall des Fehlens des Lichtwellenlängenkonversionselements 33 kein konvertiertes gelbes Licht und demzufolge ist die von dem zweiten Lichtsensor 35 detektierte Lichtintensität Null. Entsprechend hat der Wert des Quotienten aus der vom zweiten Lichtsensor 35 detektierten Lichtintensität und der vom ersten Lichtsensor 34 detektierten Lichtintensität ebenfalls den Wert Null. In diesem Fall werden die vier Laserdioden 30a, 30b ausgeschaltet. Verschlechtert sich während der Betriebsdauer der Beleuchtungseinrichtung die Qualität des Lichtwellenlängenkonversionselements 33, beispielsweise aufgrund von abgelösten oder inaktiven Teilen der Leuchtstoffbeschichtung 331 oder wegen einer unzulässigen Intensitätserhöhung der Laseranregungsstrahlung, so wird der relative Anteil des konvertierten gelben Lichts in Bezug auf den des nicht konvertierten blauen Lichts sinken. Entsprechend wird dadurch auch der Wert des vorgenannten Quotienten im Vergleich zu seinem anfänglichen Wert, den er bei vollständig intakter Leuchtstoffbeschichtung 331 hatte, gesenkt. Das hat zur Folge, dass der durch die Normfarbwertanteile x, y definierte Farbort des von der Beleuchtungseinrichtung emittierten weißen Lichts auf der Normfarbtafel gemäß DIN 5033 von seinem anfänglichen Wert in Richtung des blauen Spektralbereichs verschoben wird und die Farbtemperatur des weißen Licht einen höheren Wert annimmt. Die Überwachung des vorgenannten Quotienten erlaubt daher zusätzlich zur Sicherheitsabschaltung der vier Laserdioden 30a, 30b auch eine Überwachung der Verschiebung von Farbort und Farbtemperatur des von der Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichts. Dementsprechend kann daher im Fall einer teilweise abgelösten oder teilweise inaktiven Leuchtstoffbeschichtung 331 beispielsweise die Leistung der vier Laserdioden 30a, 30b reduziert werden oder die Laserdioden 30a, 30b abgeschaltet werden, sobald ein vordefinierter Schwellwert des vorgenannten Quotienten unterschritten wird. For example, in the case of the absence of the light wavelength conversion element, there exists 33 no converted yellow light, and consequently that of the second light sensor 35 detected light intensity zero. Accordingly, the value of the quotient of the second light sensor 35 detected light intensity and that of the first light sensor 34 detected light intensity also the value zero. In this case, the four laser diodes 30a . 30b switched off. During the operating time of the illumination device, the quality of the light wavelength conversion element deteriorates 33 For example, due to detached or inactive parts of the phosphor coating 331 or because of an inadmissible increase in the intensity of the laser excitation radiation, the relative proportion of the converted yellow light will decrease with respect to that of the unconverted blue light. Accordingly, the value of the above-mentioned quotient is thereby also compared to its initial value, which is the case when the phosphor coating is completely intact 331 had, lowered. As a result, the color locus of the white light emitted by the illuminator, as defined by the standard chromaticity coordinates x, y, on the standard color chart in FIG DIN 5033 is shifted from its initial value toward the blue spectral range and the color temperature of the white light takes a higher value. The monitoring of the aforementioned quotient therefore additionally allows the safety shutdown of the four laser diodes 30a . 30b also a monitoring of the shift of color location and color temperature of the light emitted by the illumination device. Accordingly, therefore, in the case of a partially released or partially inactive phosphor coating 331 for example, the power of the four laser diodes 30a . 30b be reduced or the laser diodes 30a . 30b are switched off as soon as a predefined threshold value of the aforementioned quotient is exceeded.
In 5 ist schematisch der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt eine blaues Licht aus dem Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm emittierende Laserdiode 40, eine Kollimatorlinse 41, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 43 und zwei Lichtsensoren 44, 45. Das von der Laserdiode 40 emittierte Licht wird mit Hilfe der Kollimatorlinse 41 parallelisiert und in Richtung des Lichtwellenlängenkonversionselement 43 geleitet, so dass es unter einem Winkel von 45 Grad auf die Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements 43 auftrifft.In 5 the structure of a lighting device according to the fourth embodiment of the invention is shown schematically. This illumination device has a blue light emitting from the wavelength range of 440 nm to 460 nm laser diode 40 , a collimator lens 41 , a light wavelength conversion element 43 and two light sensors 44 . 45 , That of the laser diode 40 emitted light is using the collimator lens 41 parallelized and in the direction of the light wavelength conversion element 43 directed so that it is at an angle of 45 degrees to the surface of the light wavelength conversion element 43 incident.
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 43 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem Saphirplättchen 430, das mit Leuchtstoff 431 beschichtet ist, der blaues Licht in gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert. Als Leuchtstoff 431 wird mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet. Der relative Anteil von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht in dem weißen Mischlicht 46 wird durch die Dicke der Leuchtstoffbeschichtung 431 und die Konzentration des Leuchtstoffs auf dem Saphirplättchen 430 bestimmt. Das blaue Laserlicht wird an den Leuchtstoffpartikeln des Lichtwellenlängenkonversionselements 43 gestreut und ein Teil des blauen Lichts wird mittels des Leuchtstoffs 431 in gelbes Licht konvertiert. Das Saphirplättchen 430 dient als Träger und Wärmesenke für den Leuchtstoff 431. Der Leuchtstoff 431 ist als Beschichtung auf der von der Laserdiode 40 abgewandten Oberfläche des Saphirplättchens 430, die nachstehend auch als Rückseite des Saphirplättchens 430 bezeichnet wird, angebracht. Die mit Leuchtstoff 431 beschichtete Rückseite sowie auch die Seitenkanten des Saphirplättchens 430 sind mit einer Licht reflektierenden Schicht 432 abgedeckt. Sowohl der nicht konvertierte blaue Anteil des Lichts als auch der konvertierte gelbe Anteil des Lichts werden an der Licht reflektierenden Beschichtung 432 reflektiert, so dass weißes Licht 46, das eine Mischung aus nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist, das Lichtwellenlängenkonversionselement 43 an der der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite des Saphirplättchens 430 verlässt. Das an der Vorderseite des Saphirplättchens 430 austretende weiße Licht 46 wird aufgrund der Streuung an den Partikeln der Leuchtstoffbeschichtung 431 in unterschiedliche Richtungen emittiert. Im Unterschied dazu trifft das eng gebündelte blaue Laserlicht 47 in einem Winkel von 45 Grad auf die Vorderseite des Saphirplättchens 430 auf. The light wavelength conversion element 43 The illumination device according to the fourth embodiment of the invention consists of a sapphire plate 430 that with phosphor 431 which converts blue light into yellow light having a dominant wavelength from the wavelength range of 560 nm to 590 nm. As a phosphor 431 For example, cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce) is used. The relative proportion of unconverted blue light and converted yellow light in the white mixed light 46 is determined by the thickness of the phosphor coating 431 and the concentration of the phosphor on the sapphire plate 430 certainly. The blue laser light is applied to the phosphor particles of the light wavelength conversion element 43 scattered and part of the blue light is by means of the phosphor 431 converted to yellow light. The sapphire plate 430 serves as a carrier and heat sink for the phosphor 431 , The phosphor 431 is as a coating on that of the laser diode 40 opposite surface of the sapphire plate 430 , also referred to below as the back of the sapphire plate 430 is called attached. The with phosphor 431 coated back as well as the side edges of the sapphire plate 430 are with a light reflective layer 432 covered. Both the unconverted blue portion of the light and the converted yellow portion of the light become the light reflective coating 432 reflected, so that white light 46 which is a mixture of unconverted blue light and converted yellow light, the light wavelength conversion element 43 on the front of the sapphire plate opposite the back 430 leaves. The one on the front of the sapphire plate 430 exiting white light 46 is due to the scattering of the particles of the phosphor coating 431 emitted in different directions. In contrast, the tightly bundled blue laser light hits 47 at an angle of 45 degrees to the front of the sapphire tile 430 on.
Die Licht reflektierende Beschichtung 432 weist jeweils einen Durchbruch für die beiden an der Rückseite des Saphirplättchens 430 angeordneten Lichtsensoren 44, 45 auf. Der erste Lichtsensor 44 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die erste Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem blauen Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm empfängt. Der zweite Lichtsensor 45 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die zweite Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem gelben Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm empfängt. Die Farbfilter können alternativ beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass der Farbfilter des ersten Lichtsensors 44 nur für Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich durchlässig ist und der Farbfilter für des zweiten Lichtsensors 45 nur für den gelben und roten Spektralbereich durchlässig ist. Der erste Lichtsensor 44 detektiert allerdings nur nicht konvertiertes blaues Licht, während der zweite Lichtsensor 45 nur konvertiertes gelbes Licht detektiert. Die Auswertung der von den Lichtsensoren 44, 45 detektierten Lichtintensitäten erfolgt auf die gleiche Weise wie bei den Lichtsensoren 14, 15 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 43 ist in einer Aufnahme einer als Kühlkörper ausgebildeten metallischen Halterung 400 angeordnet. The light reflective coating 432 each has a breakthrough for the two at the back of the sapphire tile 430 arranged light sensors 44 . 45 on. The first light sensor 44 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the first photodiode substantially only receives light from the blue spectral range in the wavelength range from 440 nm to 460 nm. The second light sensor 45 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the second photodiode receives substantially only light from the yellow spectral range in the wavelength range of 560 nm to 590 nm. Alternatively, the color filters may, for example, also be designed such that the color filter of the first light sensor 44 only for light from the violet and blue spectral range is transparent and the color filter for the second light sensor 45 only permeable to the yellow and red spectral range. The first light sensor 44 however, detects only unconverted blue light while the second light sensor 45 only converted yellow light detected. The evaluation of the light sensors 44 . 45 detected light intensities occur in the same manner as in the light sensors 14 . 15 the illumination device according to the first embodiment of the invention. The light wavelength conversion element 43 is in a receptacle designed as a heat sink metallic holder 400 arranged.
In 6 ist schematisch der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt eine blaues Licht aus dem Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm emittierende Laserdiode 50, eine Kollimatorlinse 51, eine Faseroptik 52, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 53, einen Licht streuenden Körper 56, und zwei Lichtsensoren 54, 55 sowie eine Halterung für das Lichtwellenlängenkonversionselement 53 und den Licht streuenden Körper 56. Das von der Laserdiode 50 emittierte Licht wird mit Hilfe der Kollimatorlinse 51 parallelisiert und mittels der Faseroptik 52 auf den Licht streuenden Körper 56 gelenkt. Der Licht streuende Körper 56 besitzt zwei einander gegenüberliegende Oberflächen, die nachstehend als Vorderseite und Rückseite des Licht streuenden Körpers 56 bezeichnet werden. An der Vorderseite des Licht streuenden Körpers 56 ist das Lichtwellenlängenkonversionselement 53 angeordnet und an der Rückseite des Licht streuenden Körpers 56 sind die beiden Lichtsensoren 54, 55 angeordnet.In 6 is schematically illustrated the structure of a lighting device according to the fifth embodiment of the invention. This illumination device has a blue light emitting from the wavelength range of 440 nm to 460 nm laser diode 50 , a collimator lens 51 , a fiber optic 52 , a light wavelength conversion element 53 , a light-scattering body 56 , and two light sensors 54 . 55 and a holder for the light wavelength conversion element 53 and the light-scattering body 56 , That of the laser diode 50 emitted light is using the collimator lens 51 parallelized and by means of fiber optics 52 on the light scattering body 56 directed. The light-scattering body 56 has two opposing surfaces, hereinafter referred to as the front and back of the light-scattering body 56 be designated. At the front of the light-scattering body 56 is the light wavelength conversion element 53 arranged and at the back of the light-scattering body 56 are the two light sensors 54 . 55 arranged.
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 53 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem Saphirplättchen 530, das mit Leuchtstoff 531 beschichtet ist, der blaues Licht in gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert. Als Leuchtstoff 131 wird mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet. Der relative Anteil von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht in dem weißen Mischlicht 57 wird durch die Dicke der Leuchtstoffbeschichtung 531 und die Konzentration des Leuchtstoffs auf dem Saphirplättchen 530 bestimmt. Das blaue Laserlicht wird an den Leuchtstoffpartikeln des Lichtwellenlängenkonversionselements 53 gestreut und ein Teil des blauen Lichts wird mittels des Leuchtstoffs 531 in gelbes Licht konvertiert. Das Saphirplättchen 530 dient als Träger und Wärmesenke für den Leuchtstoff 531. Der Leuchtstoff 531 ist als Beschichtung auf der dem Licht streuenden Körper 56 zugewandten Oberfläche des Saphirplättchens 530 angebracht. Er kann aber auch auf der dem Licht streuenden Körper 56 abgewandten Oberfläche des Saphirplättchens 530 angeordnet sein. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 53 ist zusammen mit dem Licht streuenden Körper 56 in einer Halterung 500 eingespannt, die zusätzlich auch als Kühlkörper für das Lichtwellenlängenkonversionselement 53 dient. The light wavelength conversion element 53 the illumination device according to the fifth Embodiment of the invention consists of a sapphire plate 530 that with phosphor 531 which converts blue light into yellow light having a dominant wavelength from the wavelength range of 560 nm to 590 nm. As a phosphor 131 For example, cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce) is used. The relative proportion of unconverted blue light and converted yellow light in the white mixed light 57 is determined by the thickness of the phosphor coating 531 and the concentration of the phosphor on the sapphire plate 530 certainly. The blue laser light is applied to the phosphor particles of the light wavelength conversion element 53 scattered and part of the blue light is by means of the phosphor 531 converted to yellow light. The sapphire plate 530 serves as a carrier and heat sink for the phosphor 531 , The phosphor 531 is as a coating on the light scattering body 56 facing surface of the sapphire plate 530 appropriate. He can also do so on the light-scattering body 56 opposite surface of the sapphire plate 530 be arranged. The light wavelength conversion element 53 is together with the light scattering body 56 in a holder 500 clamped, in addition, as a heat sink for the light wavelength conversion element 53 serves.
Der erste Lichtsensor 54 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die erste Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem blauen Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm empfängt. Der zweite Lichtsensor 55 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die zweite Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem gelben Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm empfängt. Die Farbfilter können alternativ beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass der Farbfilter des ersten Lichtsensors 54 nur für Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich durchlässig ist und der Farbfilter für des zweiten Lichtsensors 55 nur für den gelben und roten Spektralbereich durchlässig ist. The first light sensor 54 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the first photodiode substantially only receives light from the blue spectral range in the wavelength range from 440 nm to 460 nm. The second light sensor 55 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the second photodiode receives substantially only light from the yellow spectral range in the wavelength range of 560 nm to 590 nm. Alternatively, the color filters may, for example, also be designed such that the color filter of the first light sensor 54 only for light from the violet and blue spectral range is transparent and the color filter for the second light sensor 55 only permeable to the yellow and red spectral range.
Das mit Hilfe der Faseroptik 52 in den Licht streuenden Körper 56 eingekoppelte blaue Laserlicht wird in unterschiedliche Richtungen gestreut, so dass es sowohl auf die Leuchtstoffschicht 531 des Lichtwellenlängenkonversionselements 53 als auch auf die Lichtsensoren 54, 55 trifft. Das blaue Streulicht wir von dem ersten Lichtsensor 54 detektiert. Ein Teil des auf die Leuchtstoffschicht 531 auftreffenden Lichts wird in gelbes Licht konvertiert und ebenfalls in unterschiedliche Richtungen gestreut, so dass an der vom Licht streuenden Körper 56 abgewandten Oberfläche des Saphirplättchens 530 weißes Licht 57 austritt, das eine Mischung aus nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist. Ein Teil des konvertierten gelben Lichts wird in Richtung der Lichtsensoren 54, 55 gestreut und von dem zweiten Lichtsensor 55 detektiert. Die Auswertung der von den beiden Lichtsensoren 54, 55 detektierten Lichtintensitäten erfolgt analog zu der Auswertung, die anhand der Lichtsensoren 14, 15 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde.That with the help of fiber optics 52 into the light-scattering body 56 coupled blue laser light is scattered in different directions, making it both on the phosphor layer 531 the light wavelength conversion element 53 as well as on the light sensors 54 . 55 meets. The blue scattered light from the first light sensor 54 detected. Part of the on the phosphor layer 531 incident light is converted into yellow light and also scattered in different directions, so that at the light scattering body 56 opposite surface of the sapphire plate 530 White light 57 which is a mixture of unconverted blue light and converted yellow light. Part of the converted yellow light is in the direction of the light sensors 54 . 55 scattered and from the second light sensor 55 detected. The evaluation of the two light sensors 54 . 55 detected light intensities is analogous to the evaluation, based on the light sensors 14 . 15 the illumination device according to the first embodiment of the invention has been described.
In 7 ist schematisch der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt zwei, blaues Licht aus dem Wellenlängenbereich von 440 nm bis 460 nm emittierende Laserdioden 60a, 60b, jeweils eine Kollimatorlinse 61a, 61b für jede der Laserdioden, einen als Faseroptik ausgebildeten Lichtleiter 62, ein Lichtwellenlängenkonversionselement 63, zwei Lichtsensoren 64, 65, einen Lichtstrahlteiler 66 und eine Prüflichtquelle 67. In 7 schematically the structure of a lighting device according to the sixth embodiment of the invention is shown. This illumination device has two, blue light from the wavelength range of 440 nm to 460 nm emitting laser diodes 60a . 60b , one collimator lens each 61a . 61b for each of the laser diodes, a light guide designed as a fiber optic 62 , a light wavelength conversion element 63 , two light sensors 64 . 65 , a beam splitter 66 and a test light source 67 ,
Das von den Laserdioden 60a, 60b emittierte Licht wird mit Hilfe der Kollimatorlinsen 61a bzw. 61b parallelisiert und in ein erstes Ende 622 der Faseroptik 62 eingekoppelt. Das aus dem zweiten Ende 623 austretende blaue Laserlicht trifft auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 63 und wird nach dem Auftreffen auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 63 anteilig in gelbes Licht konvertiert, so dass beim Passieren des Lichtwellenlängenkonversionselements 63 weißes Licht 68 erzeugt wird, das eine Mischung aus nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht ist. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung generiert somit weißes Licht, das eine Mischung aus blauem Anregungslicht der Laserdioden 60a, 60b und konvertiertem gelbem Licht des Lichtwellenlängenkonversionselements 63 ist. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 63 dient als Lichtaustrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung und da es nur eine kleine Fläche im Bereich von 1 mm2 bis 5 mm2 besitzt, kann die Beleuchtungseinrichtung als weißes Licht emittierende Punktlichtquelle angesehen werden, die sehr gut als Lichtquelle für Projektionsanwendungen, insbesondere Fahrzeugscheinwerfer, geeignet ist.That of the laser diodes 60a . 60b emitted light is using the collimator lenses 61a respectively. 61b parallelized and in a first end 622 the fiber optic 62 coupled. That from the second end 623 Exiting blue laser light impinges on the light wavelength conversion element 63 and becomes after hitting the light wavelength conversion element 63 proportionately converted into yellow light, so that when passing the light wavelength conversion element 63 White light 68 which is a mixture of unconverted blue light and converted yellow light. The illumination device according to the sixth exemplary embodiment of the invention thus generates white light which is a mixture of blue excitation light of the laser diodes 60a . 60b and converted yellow light of the light wavelength conversion element 63 is. The light wavelength conversion element 63 serves as a light exit opening of the illumination device and since it has only a small area in the range of 1 mm 2 to 5 mm 2 , the illumination device can be regarded as a white light emitting point light source, which is very well suited as a light source for projection applications, in particular vehicle headlights.
Das Lichtwellenlängenkonversionselement 63 der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem Saphirplättchen 630, das mit Leuchtstoff 631 beschichtet ist, der blaues Licht in gelbes Licht mit einer dominanten Wellenlänge aus dem Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm konvertiert. Als Leuchtstoff 631 wird mit Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce) verwendet. Der relative Anteil von nicht konvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht in dem weißen Mischlicht 68 wird durch die Dicke der Leuchtstoffbeschichtung 631 und die Konzentration des Leuchtstoffs auf dem Saphirplättchen 630 bestimmt. Das blaue Laserlicht wird an den Leuchtstoffpartikeln des Lichtwellenlängenkonversionselements 63 gestreut und ein Teil des blauen Lichts wird mittels des Leuchtstoffs 631 in gelbes Licht konvertiert. Das Saphirplättchen 630 dient als Träger und Wärmesenke für den Leuchtstoff 131. Der Leuchtstoff 631 ist als Beschichtung auf der dem zweiten Ende 623 der Faseroptik 62 zugewandten Oberfläche des Saphirplättchens 630 angebracht. Er kann aber auch auf der diesem Ende 623 abgewandten Oberfläche des Saphirplättchens 630 angeordnet sein. Das Lichtwellenlängenkonversionselement 63 ist in einer Halterung (nicht abgebildet) eingespannt, die zusätzlich auch als Kühlkörper für das Lichtwellenlängenkonversionselement 63 dient. The light wavelength conversion element 63 The illumination device according to the sixth embodiment of the invention consists of a sapphire plate 630 that with phosphor 631 which converts blue light into yellow light having a dominant wavelength from the wavelength range of 560 nm to 590 nm. As a phosphor 631 For example, cerium-doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce) is used. The relative proportion of unconverted blue light and converted yellow light in the white mixed light 68 is determined by the thickness of the phosphor coating 631 and the concentration of the phosphor on the sapphire plate 630 certainly. The blue laser light is on the phosphor particles of the light wavelength conversion element 63 scattered and part of the blue light is by means of the phosphor 631 converted to yellow light. The sapphire plate 630 serves as a carrier and heat sink for the phosphor 131 , The phosphor 631 is as a coating on the second end 623 the fiber optic 62 facing surface of the sapphire plate 630 appropriate. But he can also be on the end of this 623 opposite surface of the sapphire plate 630 be arranged. The light wavelength conversion element 63 is in a holder (not shown) clamped, in addition, as a heat sink for the light wavelength conversion element 63 serves.
Bei der Prüflichtquelle 67 handelt es sich um eine Laserdiode, die entweder identisch zu den Laserdioden 60a, 60b ausgebildet ist und ebenfalls blaues Licht emittiert oder die elektromagnetische Strahlung bzw. Licht aus einem anderen Wellenlängenbereich emittiert, für die das Lichtwellenlängenkonversionselement 63 einen hohen Reflexionsgrad aufweist. Das von der Prüflichtquelle 67 emittierte Licht wird nach dem Passieren eines Strahlteilers 66 in das erste Ende 622 der Faseroptik 62 mit einem Einfallswinkel von Null Grad eingekoppelt. Ein Teil des aus dem zweiten Ende 623 der Faseroptik 62 austretenden Lichts der Prüflichtquelle 67 wird am Lichtwellenlängenkonversionselement 63 reflektiert und wieder in das zweite Ende 623 der Faseroptik 62 eingekoppelt, so dass es nach dem Austritt aus dem ersten Ende 622 der Faseroptik 62 und nach Reflexion am Strahlteiler 66 von dem ersten Lichtsensor 64 detektiert wird. Der zweite Lichtsensor 65 ist derart angeordnet, dass er am Lichtwellenlängenkonversionselement 63 gestreutes Licht detektiert. At the test light source 67 it is a laser diode that is either identical to the laser diodes 60a . 60b is formed and also emits blue light or emits the electromagnetic radiation or light from another wavelength range, for which the light wavelength conversion element 63 has a high reflectance. That of the test light source 67 emitted light is after passing a beam splitter 66 in the first end 622 the fiber optic 62 coupled with an angle of incidence of zero degrees. Part of the second end 623 the fiber optic 62 Exiting light of the test light source 67 becomes at the light wavelength conversion element 63 reflected and returned to the second end 623 the fiber optic 62 coupled in, leaving it after exiting the first end 622 the fiber optic 62 and after reflection at the beam splitter 66 from the first light sensor 64 is detected. The second light sensor 65 is disposed so as to be incident on the light wavelength conversion element 63 scattered light detected.
Der erste Lichtsensor 64 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die erste Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem Wellenlängenbereich empfängt, das der Wellenlänge des von der Prüflichtquelle 67 emittierten Lichts entspricht. Der zweite Lichtsensor 65 ist als Fotodiode ausgebildet, der ein Farbfilter vorgeschaltet ist, so dass die zweite Fotodiode im Wesentlichen nur Licht aus dem gelben Spektralbereich im Wellenlängenbereich von 560 nm bis 590 nm empfängt. Der erste Lichtsensor 64 ist so angeordnet, dass er von der Prüflichtquelle 67 emittiertes, nicht konvertiertes Licht detektiert. Der zweite Lichtsensor 65 ist so angeordnet, dass er Licht detektiert, das am Lichtwellenlängenkonversionselement 63 gestreut und in gelbes Licht konvertiert wurde. Die von den beiden Lichtsensoren 64, 65 ermittelten Lichtintensitäten werden auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgewertet, um im Störungsfall eine Sicherheitsabschaltung der Laserdioden 60a, 60b und der Prüflichtquelle 67 auszulösen. The first light sensor 64 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the first photodiode receives substantially only light from the wavelength range, that of the wavelength of the test light source 67 emitted light corresponds. The second light sensor 65 is formed as a photodiode, which is preceded by a color filter, so that the second photodiode receives substantially only light from the yellow spectral range in the wavelength range of 560 nm to 590 nm. The first light sensor 64 is arranged so that it is from the test light source 67 emitted, unconverted light detected. The second light sensor 65 is arranged to detect light at the light wavelength conversion element 63 was scattered and converted to yellow light. The of the two light sensors 64 . 65 detected light intensities are evaluated in the same manner as in the first embodiment of the invention, in case of failure, a safety shutdown of the laser diodes 60a . 60b and the test light source 67 trigger.
Die Faseroptiken 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 52 und 62 besitzen dieselbe Konstruktion wie die Faseroptik 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auf die Darstellung des Licht leitenden Kerns und des Mantels der Faseroptiken wurde in den 3, 4, 6 und 7 der Einfachheit halber verzichtet. The fiber optics 32a . 32b . 32c . 32d . 32e . 52 and 62 have the same construction as the fiber optic 12 according to the first embodiment of the invention. On the representation of the light-conducting core and the jacket of the fiber optics was in the 3 . 4 . 6 and 7 omitted for simplicity.
Die Auswertungseinheiten 110 für die von den Lichtsensoren detektierten Intensitäten und die Sicherheitsabschaltungen für die Laserdioden gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können auf einfache Weise mittels eines im Mikroprozessor der Auswertungseinheiten installierten Programms verwirklicht werden, das im Störungsfall, beispielsweise beim Unterschreiten eines bestimmten Schwellwerts des oben genannten Quotienten L2/L1, die Laserdioden ausschaltet und gegebenenfalls zusätzlich das Verschließen der Lichtaustrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung mittels einer Blende veranlasst. Die Abschaltung der Laserdioden erfolgt innerhalb weniger Nanosekunden.The evaluation units 110 for the intensities detected by the light sensors and the safety shutdowns for the laser diodes according to the embodiments described above can be realized in a simple manner by means of a program installed in the microprocessor evaluation unit that in case of failure, for example falling below a certain threshold of the above quotient L2 / L1 , the laser diodes off and optionally additionally causes the closing of the light exit opening of the illumination device by means of a diaphragm. The shutdown of the laser diodes takes place within a few nanoseconds.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beispielsweise können statt blaues Licht emittierende Laserdioden und dem mit gelbem Leuchtstoff versehenen Lichtwellenlängenkonversionselement auch Laserdioden, die Licht anderer Farben emittieren, und Lichtwellenlängenkonversionselemente mit andersfarbiges Licht erzeugenden Leuchtstoffen verwendet werden. Entsprechend können auch die Lichtsensoren an diese Lichtwellenlängenkonversionselemente angepasst sein. Der dieser Erfindung zugrunde gelegte Spektralbereich umfasst infrarote, sichtbare und ultraviolette Strahlung. Außerdem kann das Lichtwellenlängenkonversionselement beweglich, beispielsweise um eine Achse drehbar angeordnet sein und beispielsweise als Farbrad ausgebildet sein, das mit unterschiedlichen Leuchtstoffen zum Erzeugen von verschiedenfarbigem Licht beschichtet ist und beispielsweise als Bestandteil einer Projektionsvorrichtung ausgebildet ist. Entsprechend können mehrere Lichtsensoren für das von den unterschiedlichen Leuchtstoffen konvertierte Licht vorgesehen sein, um die relativen Anteile von konvertiertem und nicht konvertiertem Licht für jeden Leuchtstoff zu detektieren und die Farbortverschiebung über die Betriebsdauer der Beleuchtungseinrichtung zu bestimmen. The invention is not limited to the above-described embodiments of the invention. For example, instead of blue-emitting laser diodes and the yellow-phosphor light-wavelength conversion element, it is also possible to use laser diodes which emit light of other colors and light-wavelength conversion elements with differently colored light-generating phosphors. Accordingly, the light sensors can be adapted to these light wavelength conversion elements. The spectral range used for this invention includes infrared, visible and ultraviolet radiation. In addition, the light wavelength conversion element can be movable, for example arranged rotatably about an axis and be designed for example as a color wheel, which is coated with different phosphors for generating differently colored light and is formed for example as part of a projection device. Accordingly, a plurality of light sensors may be provided for the light converted by the different phosphors to detect the relative proportions of converted and unconverted light for each phosphor and to determine color locus shift over the operating life of the illuminator.
Zusätzlich zur Auswertung der relativen Anteile von konvertiertem und nicht konvertiertem Licht kann mit Hilfe eines Temperatursensors oder eines Infrarotsensors die Erwärmung des Lichtwellenlängenkonversionselement überwacht werden, die durch die sogenannte Stokes-Verschiebung im Leuchtstoff des Lichtwellenlängenkonversionselements entsteht. Um die auf andere Ursachen zurückzuführende Erwärmung des Lichtwellenlängenkonversionselements auszublenden, kann bei der Temperaturmessung die Kombination von Modulation des Laserlichts und sogenannter Lock-In-Technik durchgeführt werden. Das heißt, die Temperaturmessung wird synchron mit einer bestimmten Phase des modulierten Laserlichts vorgenommen. In addition to the evaluation of the relative proportions of converted and unconverted light, the heating of the light wavelength conversion element, which results from the so-called Stokes shift in the phosphor of the light wavelength conversion element, can be monitored with the aid of a temperature sensor or an infrared sensor. To the attributable to other causes warming of the To hide light wavelength conversion element, the combination of modulation of the laser light and so-called lock-in technique can be performed in the temperature measurement. That is, the temperature measurement is made in synchronism with a certain phase of the modulated laser light.
Die Mess- und Auswerteeinrichtung kann kalibriert werden bzw. eine Selbstkalibrierungsfunktion enthalten. Eine Kalibrierung kann zum Beispiel vor Beginn einer jeden Inbetriebnahme der Beleuchtungseinrichtung erfolgen. Die Kalibrierung kann beispielsweise mit einer sehr geringen Laserleistung erfolgen.The measuring and evaluation device can be calibrated or contain a self-calibration function. For example, calibration may be performed prior to the start of each commissioning of the lighting device. The calibration can be done, for example, with a very low laser power.
Die Anregungslichtquellen können getaktet oder im Dauerstrichbetrieb betrieben werden, oder in einer Kombination beider Betriebsweisen. The excitation light sources can be clocked or operated in continuous wave mode, or in a combination of both modes.
Alle Ausführungsbeispiele funktionieren auch ohne die den Laserlichtquellen vorgeschalteten, als Faseroptiken ausgebildeten Lichtleiter, da die Laserstrahlen auch direkt auf das Wellenlängen umwandelnde Lichtwellenlängenkonversionselement gerichtet werden können. Hier ist die Methode der Signalstärkenmessung unabhängig davon, wie die Laserstrahlen zum Lichtwellenlängenkonversionselement geführt werden. Außerdem können anstelle der Faseroptiken andere Formen von Lichtleitern, beispielsweise sogenannte TIR-Optiken, die auf dem Prinzip der inneren Totalreflexion beruhen, oder auch Reflektoren oder eine Kombination von Faseroptiken und TIR-Optiken oder eine Kombination von Faseroptiken und Reflektoren verwendet werden. All embodiments also function without the optical fibers upstream of the laser light sources, designed as fiber optics, since the laser beams can also be directed directly to the wavelength converting light wavelength conversion element. Here is the method of signal strength measurement regardless of how the laser beams are guided to the light wavelength conversion element. In addition, other forms of optical fibers, such as so-called TIR optics based on the principle of total internal reflection, or reflectors or a combination of fiber optics and TIR optics or a combination of fiber optics and reflectors may be used instead of the fiber optics.
Bei dem in 2 abgebildeten zweiten Ausführungsbeispiel kann auch der zweite Lichtsensoren 15 in dem Gehäuse 100 untergebracht sein, da am Lichtwellenlängenkonversionselement 13 gestreutes und konvertiertes gelbes Licht in die Faseroptik 12 eingekoppelt und so zum ersten Ende 122 der Faseroptik 12 zurückgeleitet wird, das dann vom zweiten Lichtsensor 15 detektiert werden kann. At the in 2 illustrated second embodiment may also be the second light sensors 15 in the case 100 be accommodated, as at the Lichtwellenlängenkonversionselement 13 scattered and converted yellow light into the fiber optic 12 coupled and so to the first end 122 the fiber optic 12 then returned from the second light sensor 15 can be detected.
Unter dem Begriff gestreutes Licht bzw. Streulicht soll sowohl am Lichtwellenlängenkonversionselement oder anderen optischen Elementen gestreutes, unkonvertiertes Laserlicht verstanden werden, als auch das vom Lichtwellenlängenkonversionselement abgegebene konvertierte Licht. The term scattered light or scattered light is intended to mean both unconverted laser light scattered at the light wavelength conversion element or other optical elements, as well as the converted light emitted by the light wavelength conversion element.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 2011/0084609 A1 [0002] US 2011/0084609 A1 [0002]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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DIN 5033 [0010] DIN 5033 [0010]
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DIN 5033 [0024] DIN 5033 [0024]
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DIN 5033 [0029] DIN 5033 [0029]
