Beschreibung
Optikelement und Leuchtvorrichtung Die Erfindung betrifft ein Optikelement oder optisches Ele¬ ment, welches dazu ausgestaltet ist, durch dieses hindurch gestrahltes Licht auf einen ersten Brennpunkt zu bündeln. Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchtvorrichtung mit einem solchen optischen Element.
Es sind Bildpro ektoren bekannt, bei denen Licht mehrerer gleichartiger Laserdioden über ein Linsensystem auf ein Farbrad oder Phosphorrad gebündelt wird. Das Farbrad weist typi¬ scherweise einen Leuchtstoffbereich auf, welcher das auf sie einfallende primäre Laserlicht wellenlängenumwandelt bzw. konvertiert. Das konvertierte Licht wird dann über ein Lin¬ sensystem eingefangen und mit Hilfe von dichroitischen Spiegeln ggf. mit Licht anderer Farbe überlagert und schließlich auf einen Lichtmischer gebündelt. Durch die Größe der benö- tigten Komponenten und die hohe Zahl der Komponenten ist ein Wirkungsgrad vergleichsweise gering.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders kompakte und einfache Möglichkeit zur Erzeugung eines wellen- längenumgewandelten Lichts auf eine effiziente Weise bereit¬ zustellen .
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Aus führungs formen sind insbesonde- re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Reflektor/Abbildungs- Optikelement , wobei das Reflektor/Abbildungs-Optikelement da¬ zu ausgestaltet ist, Licht mindestens einer ersten Wellenlän- ge ("Primärlicht") durchzulassen, durch das Reflektor/Abbildungs-Optikelement hindurch gestrahltes Primärlicht auf einen ersten Brennpunkt zu bündeln oder fokussieren und
von dem ersten Brennpunkt aus auf das Reflektor/Abbildungs- Optikelement ( zurück) gestrahltes Licht ("Emissionslicht") mindestens einer zweiten Wellenlänge auf einen zweiten Brennpunkt des Reflektor/Abbildungs-Optikelements zu reflektieren. Durch die Doppelfunktion der Strahlformung und Reflexion können Bauteile eingespart werden, eine kompakte Bauform er¬ reicht werden. Ferner wird eine effiziente Lichtausbeute bzw. ein hoher Wirkungsgrad ermöglicht. Das Reflektor/Abbildungs-Optikelement kann insbesondere als ein optisches Element verstanden werden, welches gleichzeitig als abbildende Optik und als Reflektor dient. Genauer gesagt dient das Reflektor/Abbildungs-Optikelement als abbildende Optik für das durch sie durchlaufende Primärlicht der mindes- tens einen ersten Wellenlänge und (in Gegenrichtung) als Reflektor für das Emissionslicht der mindestens einen zweiten Wellenlänge. Die mindestens eine erste Wellenlänge und die mindestens eine zweite Wellenlänge sind folglich unterschied¬ lich.
Dieses Reflektor/Abbildungs-Optikelement ist insbesondere ge¬ eignet zur Verwendung mit Leuchtvorrichtungen, welche einen Leuchtstoffbereich aufweisen, der einfallendes Primärlicht zumindest teilweise in Emissionslicht mindestens einer zwei- ten Wellenlänge umwandelt ("wellenlängenumgewandelter Anteil des Emissionslichts") . Bei einer häufig vorkommenden nicht vollständigen Umwandlung wird von dem Leuchtstoffbereich ein Anteil des einfallenden Primärlichts ohne eine Wellenlängen¬ umwandlung zurückgestreut ("Primärlichtanteil des Emissions- lichts") . Wird ein solcher Leuchtstoffbereich durch das Re- flektor/Abbildungs-Optikelement hindurch mit dem Primärlicht bestrahlt, insbesondere falls sich der Leuchtstoffbereich an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts befindet, kann der zurückgestreute wellenlängenumgewandelte Anteil des Emissi- onslichts durch Reflexion an dem Reflektor/Abbildungs-Optikelement zumindest teilweise auf den zweiten Brennpunkt re¬ flektiert werden. Der von dem Leuchtstoffbereich in das Re-
flektor/Abbildungs-Optikelement zurückgestreute Primärlicht- anteil des Emissionslichts (das nicht wellenlängenumgewandelt ist) läuft hingegen wieder durch das Reflektor/Abbildungs- Optikelement hindurch und kann beispielsweise verlorengehen. An dem zweiten Brennpunkt kann also im Wesentlichen reines wellenlängenumgewandeltes Licht bereitgestellt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Reflektor/Abbildungs- Optikelement einen lichtdurchlässigen Grundkörper aufweist, welcher als eine Sammellinse ausgebildet ist. So kann das durch den Grundkörper hindurchlaufende Primärlicht auf eine kompakte und präzise Weise auf den ersten Brennpunkt fokus- siert oder gebündelt werden. Der Grundkörper kann aus Glas oder Kunststoff bestehen. Der Grundkörper kann einstückig o- der mehrstückig ausgeführt sein. Der (einstückige oder mehrstückige) Grundkörper kann insbesondere aus Teilkörpern oder Teilbereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften, beispielsweise unterschiedlichem Brechungsindex und/oder Dispersionseingenschaften, zusammengesetzt sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Reflektor/Abbildungs- Optikelement , insbesondere dessen Grundkörper, insbesondere dessen Außenseite, so ausgeformt ist, dass das Primärlicht zur Bündelung auf den ersten Brennpunkt bevorzugt unter einem vorbestimmten Winkel zu der Außenseite einfällt, einschlie߬ lich orthonormal . Das Reflektor/Abbildungs-Optikelement , ins¬ besondere dessen Grundkörper, insbesondere dessen Außenseite, können ferner an eine Einstrahlung und Bündelung von Primärlicht unterschiedlicher Wellenlänge angepasst sein, bei¬ spielsweise durch ein Vorsehen unterschiedlicher und insbesondere auch unterschiedlich ausgeformter Sektoren oder Bereiche, welche zur Bestrahlung durch eine jeweilige Wellen¬ länge bestimmt sind.
Das Reflektor/Abbildungs-Optikelement , insbesondere dessen Grundkörper, kann insbesondere im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene oder Symmetrieachse und/oder im
Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse des Reflektor/Abbildungs-Optikelements ausgestaltet sein. Bei der spiegelsymmetrischen Ausgestaltung kann die Symmetrieebene insbesondere senkrecht und mittig zu einer Verbindungslinie zwischen den beiden Brennpunkten verlaufen. Beispielsweise ist eine in Draufsicht rund oder ovale Grundform verwendbar.
Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass der Grundkörper eine konkav-konvexe Grundform aufweist. Dabei kann der Grund¬ körper insbesondere eine konvex geformte Außenseite aufwei¬ sen, auf welche das von einer ersten Lichtquelle ausgestrahlte Primärlicht zuerst auftrifft. Die Innenseite ist in die gleiche Richtung gekrümmt konkav ausgeformt. Die Innenseite weist insbesondere eine ellipsoide Form auf. Alternativ kann die Innenseite eine Form aufweisen, welche einer Kombination zweier paraboloider Flächen entspricht. Die Innenseite stellt insbesondere einen in einem Halbraum ausgebildeten Reflektor dar. Alternativ mag die Außenseite in Form einer Fresnellinse vorliegen und z.B. ringförmige Bereiche aufweisen, wodurch eine Bauhöhe verringerbar ist.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Reflek- tor/Abbildungs-Optikelement mindestens einen dichroitischen Reflektor, insbesondere dichroitische Reflexionsschicht, auf¬ weist, welche für das Primärlicht durchlässig ist und zumin¬ dest für das den wellenlängenumgewandelten Anteil des Emissionslichts reflektierend ist. So kann auf einfache Weise an dem zweiten Brennpunkt ein farbreines wellenlängenumgewandel¬ tes Licht der mindestens einen zweiten Wellenlänge bereitge¬ stellt werden, da der in das Reflektor/Abbildungs- Optikelement und damit auf den dichroitischen Reflektor zu¬ rückgestrahlte Primärlichtanteil des Emissionslichts wieder durch das Reflektor/Abbildungs-Optikelement hindurchläuft und typischerweise nicht weiter genutzt wird. Der dichroitische Reflektor mag insbesondere für Licht einer Wellenlänge von ca. 450 nm oder weniger durchlässig und für Licht einer Wel¬ lenlänge von ca. 460 nm oder mehr reflektierend sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die dichroitische Reflexions¬ schicht auf die Innenseite des Grundkörpers aufgebracht ist, insbesondere die Innenseite im Wesentlichen vollflächig abde- ckend.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Reflektor/Abbildungs- Optikelement teilweise dichroitisch reflektierend ausgestal¬ tet ist und teilweise wellenlängenunabhängig reflektierend ausgestaltet. Dabei kann sich ein dichroitisch reflektierender Bereich insbesondere an mindestens einer Fläche, insbe¬ sondere der Innenseite, befinden, welche zum Durchtritt des Primärlichts von Außen vorgesehen ist. Der wellenlängenunabhängig reflektierende Bereich kann sich insbesondere an einer dazu komplementären Fläche, insbesondere der Innensei¬ te, befinden. So kann ein Teil des eingestrahlten Primärlichts gezielt auf den zweiten Brennpunkt reflektiert und von dort als Nutzlicht ausgekoppelt werden. Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens ein Reflektor/Abbildungs-Optikelement wie oben beschrieben.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung ferner mindestens eine auf das Reflektor/Abbildungs-Optikelement (insbesondere dessen Außenseite) gerichtete erste Lichtquel¬ le, welche das Primärlicht der mindestens einen ersten Wel¬ lenlänge erzeugt, und mindestens einen zumindest zeitweise an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts befindlichen Leucht- stoffbereich aufweist, wobei der Leuchtstoffbereich das Primärlicht zumindest teilweise wellenlängenumwandelt . So kann auf eine besonders einfache und kompakte Weise an dem zweiten Brennpunkt insbesondere reines wellenlängenumgewandeltes Nutzlicht der mindestens einen zweiten Wellenlänge bereitge- stellt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass sich zwischen der mindestens einen ersten Lichtquelle und dem Reflektor/Abbildungs- Optikelement mindestens eine Optik bzw. optisches Element (z.B. ein optisches Filter, eine abbildende Optik usw.) be- findet. Das Primärlicht kann in jeder geeigneten Form und Richtung auf das Reflektor/Abbildungs-Optikelement einge¬ strahlt werden. Primärlicht unterschiedlicher Wellenlänge kann eine unterschiedliche Form, Stärke und/oder Einfallswinkel aufweisen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass zumindest dem zweiten Brennpunkt mindestens eine Optik nachgeschaltet ist. So kann mindestens eine Eigenschaft des aus der Leuchtvorrichtung ausgekoppelten Nutzlichtsstrahls einfach verändert werden, z.B. eine Breite, ein Öffnungswinkel, eine Farbzusammenstel¬ lung, ein Homogenisierungsgrad usw.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine dem zwei¬ ten Brennpunkt nachgeschaltete Optik eine abbildende Optik, eine gleichrichtende Optik, eine homogenisierende Optik, eine filternde Optik und/oder eine transparent oder transluzent lichtdurchlässige Optik aufweist.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Leuchtstoffbereich stationär gegenüber dem ersten Brennpunkt ist. Dies ermöglicht einen besonders kompakten, einfachen und preiswerten Aufbau. Beispielsweise kann der Leuchtstoffbereich eine mindestens einen Leuchtstoff aufweisende LeuchtstoffSchicht auf¬ weisen, welche sich an oder in der Nähe des ersten Brenn- punkts befindet.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass der mindestens eine Leuchtstoffbereich an einem drehbaren Leuchtrad angeordnet ist. Dies ermöglicht insbesondere eine sequenzielle Er- zeugung von Licht unterschiedlicher zweiter Wellenlängen durch eine von der Drehstellung des Leuchtrads abhängigen Positionierung eines jeweiligen von mehreren Leuchtstoffberei-
chen (welche jeweils nur einen Leuchtstoff oder bestimmtes Leuchtstoffgemisch aufweisen) an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts. Die Verwendung eines Leuchtrads weist den allge¬ meinen Vorteil auf, dass eine Wärmebelastung des mindestens einen Leuchtstoffbereichs durch Stokes-Verluste bei der Wel¬ lenlängenumwandlung verringert werden kann, was thermisch bedingte Verschiebungen einer Wellenlänge eines wellenlängenumgewandelten Lichts als auch ein Ausmaß eines "thermischen Quenchings" reduziert und einer thermisch induzierten Degra¬ dation des Leuchtstoffs vorbeugt. Dies ermöglicht kurz- und langfristig stabile Leuchteigenschaften.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Leuchtrad zumindest einen Teil der dem zweiten Brennpunkt nachgeschalteten Optik aufweist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine von einer Drehstellung des Leuchtrads abhängige Wahl der nachgeschalte¬ ten Optik, und zwar im Zusammenspiel mit einem an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts vorhandenen Funktionsbereichs des Leuchtrads. Die dem zweiten Brennpunkt nachgeschaltete Optik befindet sich in einer vorbestimmten Drehstellung des Leuchtrads insbesondere an oder in der Nähe des zweiten Brennpunkts. Insbesondere lassen sich so für den Fall, dass das Reflektor/Abbildungs-Optikelement teilweise auch für den Pri¬ märlichtanteil des Emissionslichts reflektierend ist, die folgenden Paarungen zusammenstellen: Erstens einen als Funktionsbereich dienenden Leuchtstoffbereich an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts und ein für den Primärlichtanteil des Emissionslichts undurchlässiges optisches Filter als die Op¬ tik an oder in der Nähe des zweiten Brennpunkts. Dies ermög¬ licht eine Auskopplung von reinem durch den Leuchtstoffbereich wellenumgewandeltem Emissionslicht als Nutzlicht. Zwei¬ tens einen zumindest das Primärlicht reflektierenden (Funkti- ons-) Bereich an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts und ein für den Primärlichtanteil des Emissionslichts (welcher hier bei 100% liegt) lichtdurchlässigen, insbesondere trans¬ parenten, Bereich an oder in der Nähe des zweiten Brenn-
punkts. Dies ermöglicht eine verlustarme Auskopplung des Pri¬ märlichtanteils .
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Leuchtrad einen für das Primärlicht durchlässigen Bereich aufweist, welcher insbesondere auch (in Abhängigkeit von der Drehstellung des Leuchtrads) an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts posi¬ tionierbar ist. So lässt sich das Primärlicht auch ohne eine weitere Reflexion an dem Reflektor/Abbildungs-Optikelement auskoppeln.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass dem ersten Brennpunkt mindestens eine Optik nachgeschaltet ist, insbesondere bei einer direkten Auskopplung von Licht an dem ersten Brenn- punkt . So kann dieses Licht geeignet beeinflusst, z.B. strahlgeformt, gefiltert usw. werden.
Es ist darüber hinaus eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mindestens eine zweite Lichtquelle aufweist, welche Licht mindestens einer dritten Wellenlänge ("zweites Primär¬ licht") abstrahlt. Die mindestens eine dritte Wellenlänge un¬ terscheidet sich von der mindestens einen ersten Wellenlänge und der mindestens einen zweiten Wellenlänge. Die mindestens eine dritte Wellenlänge umfasst bevorzugt eine rotem Licht zugeordnete Wellenlänge, wodurch eine Erwärmung der Leucht¬ vorrichtung durch Stokes-Verluste bei einer ansonsten durchzuführenden Wellenlängenumwandlung verringert werden kann. Jedoch ist die mindestens eine dritte Wellenlänge nicht dar¬ auf beschränkt und kann z.B. blaues Licht und/oder Infrarot- licht usw. umfassen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine zweite Lichtquelle das Leuchtrad von einer dem Reflektor/Abbildungs- Optikelement abgewandten Seite anstrahlt, wobei das Reflek- tor/Abbildungs-Optikelement das Licht der mindestens einen dritten Wellenlänge reflektiert und wobei in einer bestimmten Drehstellung des Leuchtrads die zweite Lichtquelle auf einen
für das zweite Primärlicht durchlässigen Bereich des Leucht¬ rads strahlt. So kann an dem zweiten Brennpunkt auch das Licht der dritten Wellenlänge sequenziell ausgekoppelt wer¬ den. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls sich das zweite Primärlicht nicht oder nur aufwändig aus einer Wellenlängen¬ umwandlung ergibt. Der für das zweite Primärlicht durchlässi¬ ge Bereich ist insbesondere ein in Vorwärtsrichtung des ihn durchstrahlenden Lichts streuend ausgebildet, wodurch er eine Strahlaufweitung bereitstellen kann. Die mindestens eine zweite Lichtquelle kann insbesondere in Richtung des ersten Brennpunkts gerichtet sein.
Die mindestens eine (erste und/oder zweite) Lichtquelle ist insbesondere eine monochrome oder quasi-monochrome Lichtquel- le mit einer geringen Bandbreite, insbesondere eine laserar¬ tige Lichtquelle, z.B. Laser oder Laserdiode.
Bevorzugt wird mindestens eine (erste und/oder zweite) Licht¬ quelle, welche einen oder mehrere Laser oder Laserlichtquel- len aufweist. Eine so ausgestaltete Leuchtvorrichtung kann auch als eine mit einem beabstandeten Leuchtstoff laserange¬ regte Vorrichtung oder LARP ("Laser Activated Remote Phosphor") -Vorrichtung bezeichnet werden. Die mindestens eine La¬ serlichtquelle kann insbesondere mindestens einen Halbleiter- laser, insbesondere Diodenlaser oder Laserdiode, umfassen. Diese kann besonders kompakt und robust ausgestaltet werden. Auch können Laserdioden einfach in Gruppen zusammen betrieben werden, z.B. als Stapel ("laser stack") . Alternativ kann mindestens eine (erste und/oder zweite) Lichtquelle beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden um¬ fassen. Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindes¬ tens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet
sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar.
Die mindestens eine Lichtquelle kann ferner mindestens eine breitbandige Lichtquelle umfassen, welcher mindestens ein op¬ tisches Filter nachgeschaltet sein kann. Unter einem Licht einer bestimmten Wellenlänge kann insbesondere ein Licht mit einer bestimmten Spitzenwellenlänge und/o¬ der mit mindestens einer bestimmten spektralen Bandbreite verstanden werden. Unter einem Licht einer bestimmten Wellenlänge kann insbesondere auch ein Licht einer bestimmten Farbe verstanden werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Licht der mindestens einen ersten Lichtquelle blaues Licht und/oder ultraviolettes Licht umfasst oder ist, insbesondere in einem Wellenlängenbe- reich von gleich oder weniger als 450 nm, insbesondere von ca. 445 nm. So kann Nutzlicht über das im Wesentlichen gesamte sichtbare Lichtspektrum einfach bereitgestellt werden, und zwar insbesondere durch eine Wellenlängenumwandlung zu größeren Wellenlängen hin ("down conversion" ) , z.B. von blau oder UV zu blau, grün, gelb, rot, infrarot usw.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das (erste) Primärlicht eine Spitzenwellenlänge von ca. 445 nm aufweist (blaues Licht) und mehrere Leuchtstoffbereiche das Licht der ersten Wellenlänge in blaues (460 nm - 470nm) , grünes, gelbes, rotes und/oder infrarotes Licht umwandeln.
Es ist noch eine (alternative oder zusätzliche) Weiterbil¬ dung, dass das zweite Primärlicht blaues Licht mit einer Spitzenwellenlänge in einem Bereich zwischen ca. 460 nm und 470 nm ist.
Es ist noch eine (alternative oder zusätzliche) Weiterbil¬ dung, dass das zweite Primärlicht rotes Licht ist.
Die Leuchtvorrichtung kann insbesondere ein Projektor, insbesondere Bildpro ektor, oder ein Teil davon sein. Die Leuchtvorrichtung kann aber beispielsweise auch eine faseroptische Beleuchtungseinrichtung sein, z.B. zur Verwendung im Bereich der technischen und medizinischen Endoskopie.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Ele¬ mente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Leuchtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungs- form;
Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Leuchtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungs- form;
Fig.3 zeigt in Draufsicht ein Leuchtrad der Leuchtvor¬ richtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig.4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Leuchtvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungs- form;
Fig.5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Leuchtvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungs- form;
Fig.6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Ausgestaltung einer Optik für eine der Leuchtvorrichtungen nach einer der ersten bis vierten Ausführungsformen;
Fig.7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere Ausgestaltung einer Optik für eine der Leuchtvorrichtungen nach einer der ersten bis vierten Ausführungsformen; und
Fig.8 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht noch eine weitere Ausgestaltung einer Optik für eine der Leuchtvorrichtungen nach einer der ersten bis vierten Aus führungs formen .
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 10 gemäß einer ersten Aus führungs form. Die Leuchtvorrichtung 10 weist ein Reflektor/Abbildungs- Optikelement 11 auf, welches dazu ausgestaltet ist, ein durch das Reflektor/Abbildungs-Optikelement 11 hindurch gestrahltes (erste) Primärlicht PI zumindest einer ersten Wellenlänge auf einen zugehörigen ersten Brennpunkt F zu bündeln und von dem ersten Brennpunkt F aus auf das Reflektor/Abbildungs- Optikelement 11 gestrahltes Licht ("Emissionslicht") R zumin- dest einer zweiten Wellenlänge auf einen zweiten Brennpunkt F' des Reflektor/Abbildungs-Optikelements 11 zu reflektieren.
Das im Halbraum ausgebildete und zu einer Symmetrieachse oder einer Symmetrieebene S spiegelsymmetrische Reflek- tor/Abbildungs-Optikelement 11 weist dazu einen lichtdurch¬ lässigen Grundkörper 12 auf, welcher als eine Sammellinse ausgebildet ist. Der Grundkörper 12 weist eine konkav- konvexe Grundform mit einer (in Draufsicht von oben) konvexen Außenseite 13 und einer (in Draufsicht von unten) ellipsoid konka- ven Innenseite 14 auf. Wird das Primärlicht PI zunächst auf die Außenseite 13 gestrahlt, durchläuft es folgend den Grund¬ körper 12 und tritt dann an der Innenseite 14 aus, so wird das Primärlicht PI auf den ersten Brennpunkt F gebündelt bzw. fokussiert. Das Primärlicht PI kann von einer nicht darge- stellten ersten Lichtquelle Ql stammen, z.B. von mindestens einer Laserlichtquelle oder mindestens einer Leuchtdiode, welche auf die Außenseite 13 gerichtet ist. Das Primärlicht PI wird hier schräg auf die Außenseite 13 eingestrahlt. An oder in der Nähe des ersten Brennpunkts F befindet sich stationär ein Leuchtstoffbereich 15, welcher das Primärlicht PI zumindest teilweise in Licht der mindestens einen zweiten
Wellenlänge umwandelt und gestreut in Richtung des Reflek- tor/Abbildungs-Optikelements 11, genauer gesagt auf dessen Innenseite 14, zurückwirft ("wellenlängenumgewandelter Anteil des Emissionslichts R") . Zudem wird auch ein nicht- wellenlängenumgewandelter Anteil des Primärlichts PI gestreut in Richtung des Reflektor/Abbildungs-Optikelements 11 gewor¬ fen ("Primärlichtanteil des Emissionslichts R") .
Das Reflektor/Abbildungs-Optikelement 11 weist ferner an sei- ner Innenseite 14 eine dichroitische Reflexionsschicht 16 mit einer ellipsoiden Grundform auf. Die dichroitische Reflexi¬ onsschicht 16 wirkt dahingehend als ein dichroitischer Re¬ flektor, dass sie für das Primärlicht PI der ersten Wellenlänge durchlässig ist und für das Licht R der zweiten Wellen- länge (insbesondere spiegelnd) reflektierend ist. Folglich wird der auf die dichroitische Reflexionsschicht 16 auftref¬ fende wellenlängenumgewandelte Anteil des Emissionslichts R der zweiten Wellenlänge auf den zweiten Brennpunkt F' gespie¬ gelt. Der von dem Leuchtstoffbereich 15 in das Reflektor/Ab- bildungs-Optikelement 11 zurückgeworfene Primärlichtanteil des Emissionslichts R durchläuft hingegen die dichroitische Reflexionsschicht 16 und geht verloren. An dem zweiten Brennpunkt F' herrscht somit ein zumindest im Wesentlichen reines wellenlängenumgewandeltes Licht R vor, welches als Nutzlicht N auskoppelbar ist.
Der Leuchtstoffbereich 15 kann einen oder mehrere Leuchtstoffe aufweisen und somit einen wellenlängenumgewandelten Anteil des Emissionslichts R mit einer oder mit mehreren zweiten Wellenlängen abstrahlen.
Die mindestens eine erste Wellenlänge des Primärlichts PI kann insbesondere eine Spitzenwellenlänge kleiner oder gleich ca. 450 nm sein, beispielsweise blaues Licht mit einer Spit- zenwellenlänge von ca. 445 nm, ( fern- ) blaues Licht mit einer Spitzenwellenlänge von ca. 400 nm oder ultraviolettes Licht. Die mindestens eine zweite Wellenlänge des wellenlängenumge-
wandelte Anteils des Emissionslichts R kann insbesondere eine Spitzenwellenlänge von größer oder gleich ca. 460 nm umfas¬ sen, z.B. blaues Licht mit einer Spitzenwellenlänge zwischen 460 und 470 nm, minzgrünes Licht, grünes Licht, gelbes Licht und/oder rotes Licht. Die dichroitische Reflexionsschicht 16 kann somit insbesondere Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm oder weniger durchlassen und Licht mit einer Wellenlänge von 460 nm oder mehr reflektieren. Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 20 gemäß einer zweiten Aus führungs form. Die Leuchtvorrichtung 20 weist ein Leuchtrad 21 auf, an welchem mindestens ein Leuchtstoffbereich 22 angeordnet ist. Das Leuchtrad 21 ist um eine Drehachse D drehbar, so dass sich der mindestens eine Leuchtbereich 22 abhängig von einer Winkelstellung oder Drehstellung des Leuchtrads 21 an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts F befindet (erste Drehstel¬ lung) oder nicht (zweite Drehstellung) . Bei einer Drehung des Leuchtrads 21 wird der mindestens eine Leuchtstoffbereich 22 somit (zumindest bei gleicher Umdrehungszahl) periodisch an dem ersten Brennpunkt F entlanggeführt und kann dann von dem Primärlicht PI bestrahlt werden. Der Leuchtstoffbereich 22 kann insbesondere in Form mindestens einer auf einem Träger 25 des Leuchtrads 21 aufgebrachten, ringsektorförmigen LeuchtstoffSchicht vorliegen.
Anstelle eines einzigen Leuchtstoffbereichs 22 können, wie in Draufsicht in Fig.3 dargestellt, auf dem Leuchtrad 21 auch mehrere, hier: drei Leuchtstoffbereiche 22a, 22b, 22c vorhan- den sein, welche sich zu unterschiedlichen Drehstellungen des Leuchtrads 21 an oder in der Nähe des ersten Brennpunkts F befinden. Diese Leuchtbereiche 22a, 22b, 22c weisen unter¬ schiedliche Leuchtstoffe auf und erzeugen somit unterschied¬ liche zweite Wellenlängen. Entsprechend kann die dichroiti- sehe Reflexionsschicht 16 insbesondere für alle Leuchtberei¬ che 22a, 22b, 22c bzw. zugehörigen zweiten Wellenlängen reflektierend ausgebildet sein, oder es kann ein geeigneter
Schichtstapel aus mehreren dichroitischen Reflexionsschichten verwendet werden. Bei einer Drehung des Leuchtrads 21 wird somit an dem zweiten Brennpunkt F' abwechselnd Licht der un¬ terschiedlichen zweiten Wellenlängen der Leuchtbereiche 22a, 22b, 22c erzeugt. Bei einer ausreichenden Umdrehungszahl des Leuchtrads 21 werden diese sequenziell erzeugten Lichtstrahlen von einem menschlichen Beobachter als ein Mischlicht wahrgenommen, welches entsprechende Wellenlängenanteile oder Farbanteile aufweist.
Zur verbesserten Auskopplung des Emissionslichts R an dem zweiten Brennpunkt F' ist diesem eine Optik 17 nachgeschal- tet, in welche das in den zweiten Brennpunkt F' reflektierte Licht R läuft.
Zusätzlich zu dem einen Leuchtbereich 22 oder den mehreren Leuchtbereichen 22a, 22b, 22c mag das Leuchtrad 21 auch einen für das Primärlicht PI durchlässigen Bereich 23 aufweisen. Dadurch kann in der zweiten Drehstellung das (erste) Primär- licht PI an dem ersten Brennpunkt F als Nutzlicht N ausgekop¬ pelt werden, insbesondere zum Aufspannen eines großen einstellbaren Farbraums ( ' Gamut ' ) . Zur verbesserten Auskopplung des Primärlichts PI an dem ersten Brennpunkt F ist diesem ei¬ ne Optik 24 nachgeschaltet, in welche das auf den ersten Brennpunkt F gebündelte Primärlicht PI läuft.
Für Bereitstellung eines Nutzlichts N mit Komponenten des an dem ersten Brennpunkt F und dem zweiten Brennpunkt F' bereit¬ gestellten Primärlichts PI bzw. Emissionslichts R kann den Optiken 17 und 24 ein Kombinator (o. Abb.) nachgeschaltet sein, welcher die Lichtbündel der Optiken 17 und 24 zusammenführt .
Die Optiken 17 und 24 werden in den Fig.6 bis 8 genauer beschrieben .
Fig. zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 30 gemäß einer dritten Aus führungs form. Leuchtvorrichtung 30 ist ähnlich zu der Leuchtvorrichtung 20 aufgebaut, weist aber anstelle der Optik 24 mindestens eine zweite Lichtquelle Q2 (insbesondere mindestens eine Leuchtdi¬ ode) auf, welche von der dem Reflektor/Abbildungs- Optikelement 11 abgewandten Seite ('von unten') zweites Primärlicht P2 einer dritten Wellenlänge auf das Leuchtrad 21 strahlt, und zwar in Richtung des ersten Brennpunkts F. Die dritte Wellenlänge unterscheidet sich von der ersten Wellen¬ länge und der wellenlängenumgewandelten mindestens einen zweiten Wellenlänge. Das Leuchtrad 21 weist in der entspre¬ chenden Drehstellung einen für das zweite Primärlicht P2 durchlässigen Bereich 31 auf. Bei einer aktivierten oder an- geschalteten mindestens einen zweiten Lichtquelle Q2 wird so an einer dem Reflektor/Abbildungs-Optikelement 11 zugewandten Seite des Bereich 31 ein Leuchtfleck erzeugt, der das Reflek- tor/Abbildungs-Optikelement 11 bestrahlt. Der Bereich 31 kann insbesondere ein in Vorwärtsrichtung des durchlaufenden Lichtstrahls streuend wirkender Bereich 31 sein, um eine einfache Strahlaufweitung zu ermöglichen. Der Bereich 31 kann in seiner Art dem Bereich 23 entsprechen.
Die dichroitische Reflexionsschicht 16 ist für das Licht der dritten Wellenlänge reflektierend ausgebildet, so dass dieses auf den zweiten Brennpunkt F' reflektiert und weiter mittels der Optik 17 ausgekoppelt werden kann.
Das Leuchtrad 21 kann also mindestens einen Leuchtstoffbe- reich 22 oder 22a, 22b, 22c zur Erzeugung von wellenlängenumgewandeltem Emissionslicht R der mindestens einen zweiten Wellenlänge und den Bereich 31 zum Bereitstellen des zweiten Primärlichts P2 an dem zweiten Brennpunkt F' aufweisen. Insbesondere mag das erste Primärlicht PI eine erste Wellen¬ länge von ca. 445 nm aufweisen (was einer blauen Farbe entspricht) , mögen die zweiten Wellenlängen einem Licht einer
grünen, einer gelben und/oder einer roten Farbe entsprechen und mag das zweite Primärlicht eine dritte Wellenlänge in ei¬ nem Bereich von ca. 460 nm bis ca. 470 nm aufweisen (was e- benfalls einer blauen Farbe entspricht) . Dadurch lässt sich ein großer Farbraum einstellen.
In einer weiteren Variante kann eine weitere zweite Licht¬ quelle vorgesehen sein, welche ein Licht einer weiteren dritten Wellenlänge, z.B. rotes Licht, abstrahlt. Den zweiten Lichtquellen kann beispielsweise ein Strahlkombinierer nachgeschaltet sein.
Fig.5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 40 gemäß einer vierten Aus führungs form. Die Leuchtvorrichtung 40 weist ein Leuchtrad 41 auf, welches an dem ersten Brennpunkt F zusätzlich zu dem Leuchtstoffbereich 22 bzw. den mehreren Leuchtstoffbereichen noch einen für das Licht PI reflektierenden, insbesondere diffus reflektierenden, Reflexionsbereich 42 aufweist. Folglich wird in der ent- sprechenden Drehstellung des Leuchtrads 41 das durch ein Re- flektor/Abbildungs-Optikelement 43 hindurch auf den ersten Brennpunkt F gebündelte Licht PI der ersten Wellenlänge in das Reflektor/Abbildungs-Optikelement 43 zurückgeworfen. Um dieses zurückgeworfene Licht PI nutzen zu können, ist die Innenseite 14 nur teilweise mit der dichroitischen Reflexi¬ onsschicht 16 bedeckt und teilweise mit einer vollständig (alle verwendeten Wellenlängen) reflektierenden Schicht 44. Die beiden Schichten 16, 44 bedecken die Innenseite 14 im We- sentlichen vollständig. Insbesondere kann sich die dichroiti¬ schen Reflexionsschicht 16 im Wesentlichen an einem Bereich der Innenseite 14 befinden, an welcher das von der ersten Lichtquelle Ql ausgestrahlte und durch den Grundkörper 12 ge¬ laufende Licht PI an der Innenseite 14 austritt. Die reflek- tierende Schicht 44 kann sich an der dazu komplementären Fläche der Innenseite 14 befinden. Das von dem Reflexionsbereich 42 zurückreflektierte Licht PI wird also lediglich durch die
dichroitische Reflexions ( teil ) Schicht 16 durch das Reflek- tor/Abbildungs-Optikelement 43 durchgelassen und geht folg¬ lich auch nur teilweise verloren. Das auf die reflektierende ( Teil- ) Schicht 44 auftreffende Licht PI der ersten Wellenlän- ge wird hingegen auf den zweiten Brennpunkt F' reflektiert und kann dort als Nutzlicht ausgekoppelt werden.
Um zu verhindern, dass während einer Drehstellung des Leuchtrads 41, bei welcher sich an dem ersten Brennpunkt F der Leuchtstoffbereich 22 bzw. einer der Leuchtstoffbereiche befindet, außer dem wellenumgewandelten Licht R der mindestens einen zweiten Wellenlänge auch das Licht PI der ersten Wel¬ lenlänge ausgekoppelt wird, ist eine an oder in der Nähe des zweiten Brennpunkt F' angeordnete, dem Brennpunkt F' optisch nachgeschaltete filternde Optik 45. Diese filternde Optik 45 filtert das Licht LI der ersten Wellenlänge, so dass nach der filternden Optik 45 dieser Lichtanteil nicht mehr im Nutzlicht vorhanden ist. Die filternde Optik 45 kann beispiels¬ weise ein Licht PI der ersten Wellenlänge absorbierendes Ab- sorptionsfilter sein, oder auch ein das Licht PI der ersten Wellenlänge reflektierender dichroitischer Spiegel.
Um einen Durchgang des Lichts PI in der dazu vorgesehenen Drehstellung des Leuchtrads 41, bei welcher sich der Reflexi- onsbereich 42 an dem ersten Brennpunkt F befindet, zu erlau¬ ben, ist die filternde Optik 45 dann so auf dem Leuchtrad 41 angeordnet, dass sie sich nicht in dem zweiten Brennpunkt F' befindet. In dieser Drehstellung kann das Leuchtrad 41 also an dem zweiten Brennpunkt F' insbesondere ein transparentes Fenster 46 zum ungehinderten (Verlustfreien) Durchlass des Lichts PI aufweisen.
Nur bei einer Drehstellung, bei welcher sich der Leuchtbereich 22 bzw. einer der mehreren Leuchtbereiche an dem ersten Brennpunkt F befindet, befindet sich die filternde Optik 45 an dem zweiten Brennpunkt F' .
Das Leuchtrad 41 weist hier somit sowohl eine Funktion eines Farbrads als auch eines Filterrads auf. Das Leuchtrad 41 kann insbesondere zwei konzentrisch um die Drehachse D angeordnete Ringe aufweisen, von denen einer (hier beispielhaft der inne- re Ring) den Leuchtstoffbereich 22 (bzw. die mehreren Leucht- stoffbereiche) und den Reflexionsbereich 42 als Ringsektoren ausgebildet aufweist. Der andere (hier beispielhaft äußere Ring) weist das optische Filter 45 und das transparente Fen¬ ster 46 als Ringsektoren auf.
Das Leuchtrad 41 kann also (mittels der filternden Optik 45) zumindest einen Teil der dem zweiten Brennpunkt F nachge¬ schalteten Optik aufweisen, beispielsweise zusammen mit der Optik 17.
Allgemein kann eine dem ersten Brennpunkt F und/oder dem zweiten Brennpunkt F' zugeordnete, insbesondere nachgeschal¬ tete Optik, z.B. 17, 24, 45, eine abbildende Optik, eine gleichrichtende oder parallelisierende Optik, eine homogeni- sierende Optik, eine filternde Optik und/oder eine transpa¬ rent oder transluzent lichtdurchlässige Optik aufweisen oder sein .
Fig.6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine mög- liehe Ausgestaltung der Optik 17 und/oder 24, insbesondere für eine der Leuchtvorrichtungen 10, 20, 30 oder 40.
Die Optik 17 und/oder 24 kann beispielsweise zur Beeinflus¬ sung, insbesondere Formung und/oder Homogenisierung, des ein- fallenden Nutzlichts N zunächst einen Lichttunnel 51 aufwei¬ sen, dem eine abbildende Optik 52 nachgeschaltet ist. Der Lichttunnel 51 mag insbesondere einer Homogenisierung und Pa¬ rallelrichtung des einfallenden Nutzlichts dienen und kann z.B. in Form eines zylinderförmigen Lichtmischstabs, Licht- leiters oder Hohlkanals vorliegen. Die abbildende Optik 52 kann z.B. eine oder mehrere Linsen aufweisen. Die Optik 17
und/oder 24 mag auch nur den Lichttunnel 51 oder nur die abbildende Optik 52 aufweisen.
Mittels der gezeigten Ausgestaltung der Optik 17 und/oder 24 lässt sich der Nutzlichtstrahl auf einfache und kompakte Wei¬ se auf bestimmte Öffnungswinkel und /oder auf bestimmte Ak¬ zeptanzwinkelbereiche einstellen, z.B. abgestimmt auf eine nachgeschaltete Apertur 59. Fig.7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine wei¬ tere mögliche Ausgestaltung der Optik 17 und/oder 24. Anstelle des zylinderförmigen Lichttunnels 51 wird hier ein Licht¬ tunnel 53 verwendet, dessen Lichteintrittsfläche 54 kleiner ist als dessen Lichtaustrittsfläche 55. Der Lichttunnel 53 kann beispielsweise in Form eines sich in Lichtausbreitungs¬ richtung kegelstumpfförmig aufweitenden Lichtmischstabs, Lichtleiters oder Hohlkanals vorliegen.
Fig.8 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht noch eine weitere mögliche Ausgestaltung der Optik 17 und/oder 24. Hier sind einem zylinderförmigen Lichttunnel 56 mehrere Linsen 57, 58 optisch in Reihe vorgeschaltet, wodurch der Lichttunnel 56 vergleichsweise breit ausgestaltbar ist. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Allgemein können Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen auch alternativ oder zusätzlich zueinander verwendet werden.
Allgemein sind die Wellenlängen oder Farben (einschließlich Ultraviolett und Infrarot) der Lichtquellen und des wellen¬ längenumgewandelten Lichts nicht eingeschränkt. Insbesondere kann Licht als elektromagnetische Welle verstanden werden, welche UV-Licht, sichtbares Licht und IR-Licht umfasst, ins¬ besondere in einem Spektralbereich zwischen 10 nm und 1 mm.
Bezugs zeichenliste
10 Leuchtvorrichtung
11 Reflektor/Abbildungs-Optikelement
12 Grundkörper
13 konvexe Außenseite
14 konkave Innenseite
15 Leuchtstoffbereich
16 dichroitische Reflexionsschicht
17 nachgeschaltete Optik
20 Leuchtvorrichtung
21 Leuchtrad
22 Leuchtstoffbereich
22a Leuchtstoffbereich
22b Leuchtstoffbereich
22c Leuchtstoffbereich
23 für das erste Primärlicht durchlässiger Bereich
24 nachgeschaltete Optik
25 Träger
30 Leuchtvorrichtung
31 für das zweite Primärlicht durchlässiger Bereich
40 Leuchtvorrichtung
41 Leuchtrad
42 das erste Primärlicht reflektierender Reflexionsbe- reich
43 Reflektor/Abbildungs-Optikelement
44 vollständig reflektierende Schicht
45 filternde Optik
46 transparentes Fenster
51 Lichttunnel
52 abbildende Optik
53 Lichttunnel
54 Lichteintrittsfläche
55 Lichtaustrittsfläche
56 Lichttunnel
57 Linse
58 Linse
59 Apertur
D Drehachse
F erster Brennpunkt
F ' zweiter Brennpunkt
N Nutzlicht
PI erstes Primärlicht
P2 zweites Primärlicht
Ql erste Lichtquelle
Q2 zweite Lichtquelle
R EmissionsIicht
S Symmetrieebene