WO2025002994A1 - Multispektrale lichtquelle und verfahren - Google Patents

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light beam
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power component
wavelength
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Hannes Weise
Leon Fuchs
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Jenoptik Optical Systems GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2113/00—Combination of light sources
    • F21Y2113/10—Combination of light sources of different colours

Definitions

  • the invention relates to a multispectral light source for generating an output radiation with several color channels with the features of independent patent claim 1 and to a method for generating a multispectral output radiation with the features of independent patent claim 11.
  • EP 3 193 503 A1 discloses an illumination system with three wavelength bands (color channels). Two wavelength bands have the same beam path and are alternately activated by means of a rotating disk with two different phosphor agents. This has the disadvantage that setting a specific coordinate in the color space or white balance is difficult to achieve.
  • a laser phosphor projector is known from EP 3 409 011 A1.
  • the disadvantage is the complicated structure.
  • US 8 608 329 A1 discloses an illumination system with a rotating disk with phosphor agents.
  • the disadvantage is the use of rotating parts in the beam path.
  • EP 2 530 520 A1 discloses an optical illumination system with a single primary light source. This has the disadvantage that setting a specific coordinate in the color space or white balance is difficult to achieve.
  • a light source is known from RU 51 734 U1 in which the light from three light emitting diodes is superimposed by means of two dichroic mirrors.
  • the achievable color rendering index may be too low for demanding applications.
  • a solid-state light source with dichroic reflectors is known from EP 1 024 539 A2.
  • the achievable color rendering index may be too low for applications with high requirements.
  • US 2018/0210213 A1 discloses a multispectral laser projector comprising three laser light sources with different wavelengths, a first beam splitter that combines the radiation from the first two light sources, and a second beam splitter that splits the radiation from the third light source and combines a partial beam thereof with the combined radiation from the first and second light sources to form an output beam.
  • the disadvantage is that the achievable color rendering index is rather low.
  • a multispectral light source is known from US 2012/0307514 A1, comprising three light emitting diodes with different wavelengths and two dichroic mirrors with which a common output beam is generated.
  • the achievable color rendering index may be too low for applications with high requirements.
  • another multispectral light source is known, comprising three light sources with different wavelengths, as well as a narrow-band, ie wavelength-dependent, polarization beam splitter and a dichroic mirror, with which a common output beam is generated.
  • the achievable color rendering index can also be too low for applications with high requirements.
  • the polarization beam splitter used can be expensive.
  • a first aspect of the invention is a multispectral light source for generating an output radiation.
  • the output radiation is a visible light beam.
  • This can comprise several, preferably at least three, spectral components.
  • the spectral components can each have different peak wavelengths and/or center wavelengths.
  • the individual spectral components can be generated using color channels, i.e. using the components of different wavelengths.
  • a color channel can be referred to as the part of the multispectral light source with which a spectral component of the output radiation is generated.
  • the multispectral light source comprises: a first light source, wherein a first light beam with a first wavelength can be emitted from the first light source, a second light source, wherein a second light beam with a second wavelength can be emitted from the second light source, and a third light source, wherein a third light beam can be emitted from the third light source, which has a wavelength range A3min to A3max.
  • the third light beam has a peak wavelength A3.
  • the wavelengths can each be determined as a peak wavelength.
  • the first and second light beam bundles can be narrowband, for example with a spectral width, which can be determined as the full width at half maximum (FWHM), of less than 100 nm, preferably less than 50 nm.
  • a narrowband light source can also be referred to as monochrome.
  • the third light beam can be broadband, for example with a spectral width (half-width FWHM) of more than 100 nm, preferably more than 200 nm. This can be white light, for example warm white, neutral white or cold white.
  • a bundle of light rays which can also be referred to as a light beam bundle, can be understood as a light radiation. This can run in a beam path in sections that are divergent or convergent or as parallel radiation (collimated).
  • a bundle of light rays can have a central ray that can represent the main direction of the bundle of light rays.
  • the first light source (first color channel), the second light source (second color channel) and the third light source (third color channel) are arranged at a distance from one another. They can therefore be individual light sources.
  • a first beam path of the first light beam and a second beam path of the second light beam and a third beam path of the third light beam can differ from one another in their course, at least in sections.
  • the multispectral light source comprises at least one first dichroic mirror for combining the first and second light beams to form a fourth light beam.
  • the fourth light beam can propagate in a direction z, as the direction of the central beam of the fourth light beam.
  • the first dichroic mirror is designed to reflect the second light beam and transmit the first light beam.
  • the second light beam can be incident on the first dichroic mirror in a direction y perpendicular to the direction z.
  • the first dichroic mirror can therefore be arranged in the first beam path and the second beam path in such a way that the second light beam can be reflected by the first dichroic mirror and the first light beam can be transmitted by the first dichroic mirror.
  • the fourth light beam can thus be formed from the transmitted first light beam and the reflected second light beam by spatially superimposing them. Due to the dichroic design of the mirror, the first and second light beams can be superimposed with almost no loss. This may mean that the fourth light beam contains more than 90%, advantageously more than 95%, of the first and second light beams.
  • the first dichroic mirror can be designed as a cube with an internal flat mirror layer.
  • the mirror layer can be delimited by two parallel surface diagonals and two edges of the cube.
  • the first dichroic mirror can also be designed as a plate-shaped mirror which has a mirror layer.
  • the plate-shaped mirror can be arranged at an angle of the plate normal of 45° to the first light beam and at an angle of 135° to the second light beam.
  • the first and second light beams can be arranged perpendicular to one another with regard to their central rays.
  • the mirror normal can lie in the plane spanned by the central rays of the first and second light beams and the plate plane or the mirror layer plane can form an angle bisector of these two central rays.
  • the mirror layer of the first dichroic mirror can, for example, be formed as a dichroic dielectric coating.
  • a beam splitter is provided downstream of the first dichroic mirror.
  • the beam splitter can be designed as a beam splitter cube with an internal flat mirror layer.
  • the mirror layer can be delimited by two parallel surface diagonals and two edges of the cube.
  • the beam splitter can also be designed as a plate-shaped mirror which has a mirror layer.
  • the plate-shaped mirror can be arranged at an angle of the plate normal of 45° to the fourth light beam and at an angle of 135° to the third light beam.
  • the third and fourth light beams can be arranged perpendicular to one another with regard to their central rays.
  • the mirror normal can lie in the plane spanned by the central rays of the third and fourth light beams and the plate plane can form an angle bisector of these two central rays.
  • the mirror layer of the beam splitter can be designed as a dielectric coating, for example.
  • the mirror layer of the beam splitter can be designed as a thin metal layer which is, for example, semi-permeable to the incident light.
  • the beam splitter can be non-polarizing, i.e. with a polarization-independent splitter ratio.
  • the beam splitter is designed to split the fourth light beam formed from the first light beam and the second light beam into a first power component and a second power component and to split the third light beam into a third power component and a fourth power component.
  • the beam splitter also allows the first power component to be superimposed on the fourth power component to form the output radiation.
  • the output radiation can therefore be understood as a spatial superposition of the first and fourth power components.
  • the second power component can be output together with the third power component as residual radiation or further output radiation.
  • the residual radiation can be discarded, for example, using an absorber or another beam trap if it is not required.
  • the second and third power components together can have the same radiation power as the first and fourth power components together.
  • Spatial superposition means that the superimposed beams of rays are located at the same point (location) and have the same direction of propagation.
  • the fourth light beam can be incident on the beam splitter in the direction z.
  • the third light beam can be incident on the beam splitter in the direction y.
  • the first power component and the fourth power component can leave the beam splitter in the direction z.
  • the second power component and the third power component can leave the beam splitter in the direction y.
  • the first power component and the fourth power component can be incident in the aforementioned directions of incidence. leave the beam splitter in the y direction and the second power component and the third power component leave the beam splitter in the z direction.
  • the beam splitter By means of the beam splitter, the power components of the fourth light beam formed from the first and second light beams and the power components of the third light beam can be divisible or reflected and transmitted independently of the wavelength, apart from a tolerance of the beam splitter. Therefore, the beam splitter can be understood as non-dichroic in the sense of the present invention.
  • the output radiation can be formed from the portion of the fourth beam transmitted through the beam splitter (first power component) and the portion of the third beam reflected by the beam splitter (fourth power component).
  • the output radiation can also be formed from the portion of the third beam transmitted through the beam splitter (fourth power component) and the portion of the fourth beam reflected by the beam splitter (first power component). This depends on the positioning of the beam splitter in the beam paths of the multispectral light source.
  • the beam splitter essentially divides the power components of the first, second and third light beams independently of the wavelength, an output radiation with a homogeneous power over the spectral range of the light beam can be generated, free of spectral power peaks and thus with particularly good color reproduction. It can be a continuous power spectrum with respect to the wavelength. This allows the white balance of the light source to be optimized so that the homogeneous output radiation can be generated.
  • the beam splitter is thus designed to generate a useful beam, i.e. the output radiation, and a residual beam.
  • the residual beam can be discarded if only one output radiation is required.
  • the residual beam can be used and thus represent a second output radiation.
  • the residual radiation can inevitably arise in this invention due to the wavelength independence of the beam splitter's splitting ratio.
  • the advantage of perfect color rendering of the multispectral light source can be associated with the disadvantage that part of the amount of light generated must be discarded as residual radiation.
  • the output radiation can ideally contain a light yield of 50% of the first, second and third light beams generated by the light sources. Due to the arrangement according to the invention and as a result of technical losses, the light yield of the output radiation can be 30% to 50% of the first, second and third light beams combined.
  • white light radiation with a high color rendering index can now be generated.
  • a color rendering index of Rf>92 can be generated.
  • the color rendering index can be determined according to the IES TM 30 -18 standard.
  • first beam path of the first light beam and the second beam path of the second light beam lie between the first dichroic mirror and the Beam splitters have a common first beam section, the first beam section having a first direction, for example z direction.
  • the fourth light beam can be understood as this first beam section.
  • the first beam path of the first light beam and the second beam path of the second light beam can be arranged locally superimposed.
  • the third light beam can be guided to the beam splitter on the third beam path in a second direction, for example y direction, the second direction differing from the first direction, in particular by 90°.
  • a second mirror is provided, wherein the second mirror is designed to reflect the first light beam, and wherein the second mirror is arranged in the first beam path such that the first light beam can be reflected by the second mirror before it strikes the first dichroic mirror.
  • the reflection can advantageously take place at a right angle.
  • the second mirror it is possible to freely choose the arrangement of the first light source for generating the first light beam, since it is now possible to redirect the first light beam by reflection.
  • This increases the flexibility of the arrangement of the individual light sources, so that the installation space of the multispectral light source can also be designed more flexibly without having to forego the generation of homogeneous output radiation with the high power density.
  • the first light source for providing the first light beam has a first luminous body and a first converter element, wherein a first primary light can be emitted from the first luminous body, and wherein the first light beam can be emitted from the first converter element by irradiation with the first primary light, wherein the second dichroic mirror is arranged in the first beam path between the first luminous body and the first converter element such that the first primary light can be transmitted through the second mirror and the first light beam can be reflected by the second mirror.
  • the second mirror can be designed to be dichroic, i.e., for example, transmitting for the wavelength of the primary light and reflecting for the first light beam.
  • the first converter element can be fluorescent and/or phosphorescent.
  • the first converter element can be a wavelength converter, which can also be referred to as a phosphor.
  • Phosphors are usually designed in such a way that the primary wavelength of the first primary light is smaller than the respective secondary wavelength of the first light beam. However, they can also be up-conversion elements which can convert a larger primary wavelength to smaller wavelengths, for example through multi-photon processes.
  • the first light beam emitted by the converter element can have a short coherence length of less than 1 mm and a spectral bandwidth (FWHM) of more than 30 nm.
  • FWHM spectral bandwidth
  • the second light source for providing the second light beam has a second luminous body and a second converter element, wherein a second primary light can be emitted from the second luminous body, and wherein the second light beam can be emitted from the second converter element by irradiation with the second primary light, wherein the first dichroic mirror is arranged in the second beam path between the second luminous body and the second converter element such that the second primary light can be transmitted and the second light beam can be reflected.
  • the second converter element can also be fluorescent and/or phosphorescent.
  • the second converter element can be a wavelength converter, which can also be referred to as a phosphor.
  • Phosphors are usually designed in such a way that the primary wavelength of the second primary light is smaller than the respective secondary wavelength of the second light beam. However, they can also be up-conversion elements which can convert a larger primary wavelength to smaller wavelengths, for example through multi-photon processes.
  • the second light beam emitted by the photoluminescent bodies can have a short coherence length of less than 1 mm and a spectral bandwidth (FWHM) of more than 30 nm.
  • the third light source for providing the third light beam has a third luminous body, a third converter element and a third dichroic mirror, wherein a third primary light can be emitted from the third luminous body, and wherein the third light beam can be emitted from the third converter element by irradiation with the third primary light, wherein the third dichroic mirror is arranged between the beam splitter and the third converter element such that the third primary light can be reflected and the third light beam can be transmitted.
  • the third converter element can also be fluorescent and/or phosphorescent.
  • the third converter element can be a wavelength converter, which can also be referred to as a phosphor.
  • Phosphors are usually designed in such a way that the primary wavelength of the third primary light is smaller than the respective secondary wavelength of the third light beam.
  • they can also be up-conversion elements which can, for example, convert a larger primary wavelength to smaller wavelengths using multi-photon processes.
  • the third light beam emitted by the photoluminescent bodies can have a short coherence length of less than 1 mm and a spectral bandwidth (FWHM) of more than 30 nm.
  • a first, second and/or third converter element it may be advantageous to design the associated first, second and/or third primary light source for generating the respective primary light as a laser diode. It is also conceivable that a wavelength filter is provided between the third light source, in particular a broadband third light source, and the beam splitter, wherein the wavelength filter is designed to filter a predetermined wavelength from the third light beam.
  • wavelength filters can be used if the wavelength range A3min to A3max of the third light source covers a very large range; the wavelength filter can then filter out spectral components which are not required to generate the output radiation or which are already covered by the first light beam or the second light beam.
  • the third light source can have an excessive peak in the blue wavelength range, which can then be eliminated using the filter.
  • the wavelength filter can advantageously be a blue filter. This can be a blocking filter for blue light.
  • the filter can be formed by means of dielectric interference layers and/or as an optical color filter made of colored glass.
  • first dichroic mirror and/or the second dichroic mirror may be designed as a short-pass mirror and/or the third dichroic mirror to be designed as a long-pass mirror.
  • the short-pass mirror refers to a mirror that is designed as a short-pass filter
  • the long-pass mirror refers to a mirror that is designed as a long-pass filter.
  • the characteristic feature of this filter option of the short-pass mirror or the long-pass mirror is the short transition between the pass and the stop region.
  • the wavelengths of the first light beam, the second light beam and the third light beam, which are superimposed to form the output radiation can be easily determined and reflected or transmitted by means of the respective dichroic mirrors in such a way that the superposition can be carried out without significant losses.
  • the beam splitter is designed to superimpose the first light beam, the second light beam with the first power component of the third light beam to form the output radiation in a ratio of 80:20 to 20:80, preferably 70:30 to 30:70, more preferably 60:40 to 40:60.
  • This can be effected in such a way that the fourth light beam, which is formed from the superimposed first and second light beams, arrives at a first input of the beam splitter and the first power component of this fourth light beam bundle with the fourth power component of the third light beam bundle arriving at a second beam splitter input is output into a useful beam beam splitter output.
  • the beam splitter can be designed to split the fourth light beam arriving in the first direction and formed from the first and second light beams in such a way that between 20% and 80% of the first and second light beams arriving on the first and second beam paths are superimposed in the first direction to form the output radiation. Furthermore, between 80% and 20% of the third light beam arriving in the second direction on the third beam path at the beam splitter can be redirected in the first direction to superimpose on the first and second beam paths.
  • losses of the first, second and third light beams of up to 5%, preferably up to 1%, can occur.
  • the second wavelength of the second light beam is greater than the third wavelength of the third light beam and that the third wavelength of the third light beam is greater than the first wavelength of the first light beam.
  • This sequence of wavelengths leads to an optimized behavior of the different lights or wavelengths, so that the final superimposed output radiation has a high light density with an optimized white balance.
  • first light source and/or the second light source and/or the third light source or the first luminous element and/or the second luminous element or the third luminous element are designed as a light-emitting diode or as a laser diode or as a light exit end of an optical fiber.
  • the first, second and/or third light source can be operated in continuous wave mode.
  • one, several or all of the light sources can be operated in pulsed mode.
  • the pulse length can be between 1 ns and 1000 ms, for example.
  • the light sources can be operated in synchronism or sequentially pulsed.
  • a collimating optic can be provided for collimating the first, second and third beams.
  • Collimating can be understood as converting a divergent beam, as emitted by the respective light source, into a parallel beam.
  • These collimating optics can be lens groups or individual lenses. They can be arranged in such a way that the beam paths (first beam path, second beam path and third beam path) on the first dichroic mirror and on the beam splitter, each have sections designed as collimated beams (parallel beams). This can be achieved by arranging the respective light source at the focal point of the associated lens group or individual lens. This can minimize color errors in the output radiation caused by a possible angular dispersion of the first dichroic mirror and/or the beam splitter.
  • a second aspect of the invention is a method for generating a multispectral output radiation, in particular a white light radiation with a high color rendering index, in particular Rf>92, with a multispectral light source, in particular a multispectral light source according to a first aspect of the invention, with the following steps:
  • the beam splitter is designed as a partially transparent mirror and has a splitting ratio of between 30:70 and 70:30, in particular a splitting ratio of 50:50, which is independent of wavelength up to a tolerance.
  • the splitting ratio can be defined as the ratio between transmitted and reflected light.
  • the splitting ratio can be the same for both beam splitter inputs.
  • the splitting ratio can be determined with respect to the power of the respective light beam bundles.
  • the fourth light beam can be fed to the first input of a beam splitter in a first direction.
  • the third light beam can be fed to the second input of the beam splitter in a second direction, which can be arranged perpendicular to the first direction.
  • the combination of the first power component with the fourth power component can also be described as superimposing these two power components.
  • These superimposed power components can form the fifth light beams and have the same location and direction in the fifth light beam.
  • a useful beam output can be provided to output the fifth light beam as output radiation.
  • the output radiation can be output as a parallel beam (collimated beam). It is also possible to focus the output radiation using a sixth individual lens or lens group, for example to output the output radiation into a waveguide, in particular an optical fiber.
  • the second power component and the third power component can be output to a residual beam output of the beam splitter.
  • This can be designed as a beam trap or an absorber that converts the residual radiation into heat.
  • the residual beam output can also be designed as a sensor. The sensor can be used to measure the light output, the color temperature and/or other parameters.
  • the residual beam output can also be designed as a photovoltaic generator in order to recover electrical energy from the residual radiation that is to be discarded.
  • the residual radiation can represent a superposition of the second and third power components. This can mean that these two power components are present together.
  • the divider ratio can have a tolerance.
  • the tolerance can be specified as a percentage value based on the sum of transmitted and reflected light.
  • the tolerance can manifest itself in the presence of a wavelength dependency within the tolerance range and/or a wavelength-independent deviation from the target value.
  • the tolerance of the divider ratio can be, for example, ⁇ 10%.
  • a planned divider ratio of 30:70 can be between 20:80 and 40:60 due to tolerances.
  • the output radiation can be focused onto a focal point and/or coupled into a waveguide, for example an optical fiber, by means of a focusing optic, for example a single lens or lens group, for example an achromat or apochromat.
  • a focusing optic for example a single lens or lens group, for example an achromat or apochromat.
  • the output radiation can be multi-mode.
  • the output radiation can be used advantageously to illuminate scenes for the purpose of color-accurate viewing and/or for recording images or videos. In particular, it can be used to illuminate handicraft items, especially jewelry items, as well as works of painting. In the context of visual quality control, for example of wallpaper or other printed products Color-true illumination with the output radiation can be advantageous.
  • the output radiation can also be used to illuminate microscopic objects for microscopy and photomicrography.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a multispectral light source
  • Figure 2 is a schematic representation of the beam paths of the first embodiment of a multispectral light source
  • Figure 3 is a schematic representation of a modification of the first embodiment of a multispectral light source
  • Figure 4 is a schematic representation of a further modification of the first embodiment of a multispectral light source
  • Figure 5 is a schematic representation of a second embodiment of a multispectral light source
  • Figure 6 is a schematic representation of a third embodiment of a multispectral light source.
  • Figure 7 is a schematic representation of a method for generating an output radiation.
  • Fig. 1 to Fig. 4 show an embodiment of a multispectral light source 10 for generating an output radiation 12.
  • the multispectral light source 10 comprises a first light source 14, wherein a first light beam 16 with a first wavelength A1 can be emitted from the first light source 14, a second light source 18, wherein a second light beam 20 with a second wavelength A2 can be emitted from the second light source 18, and a third light source 22, wherein a third light beam 24 can be emitted from the third light source 22, which has a wavelength range A3min to A3max.
  • the first light source 14, the second light source 18 and the third light source 22 are arranged at a distance from one another, so that a first beam path 26 of the first light beam 16 and a second beam path 28 of the second light beam 20 and a third beam path 30 of the third light beam 24 differ from each other in their course at least in sections.
  • At least one first dichroic mirror 32 is provided, wherein the first dichroic mirror 32 is designed to reflect the second light beam 20 and transmit the first light beam 16, and wherein the first dichroic mirror 32 is arranged in the first beam path 26 and second beam path 28 such that the second light beam 20 can be reflected by the first dichroic mirror 32 and the first light beam 16 can be transmitted by the first dichroic mirror 32.
  • the first 16 and second 20 light beams are combined by means of the dichroic mirror to form a fourth light beam 76.
  • a beam splitter 34 is provided, which is arranged downstream of the first dichroic mirror 32.
  • the beam splitter 34 splits the fourth light beam 76, which is formed from the superimposed first light beam 16 and second light beam 20 and is incident on the beam splitter in the z direction, into a first power component 36 and a second power component 37.
  • the third light beam 30 is incident on the beam splitter 34 in the y direction.
  • the third light beam is split at the beam splitter into a third power component 38 and a fourth power component 39.
  • the first power component 36 can be superimposed on the fourth power component 39 by means of the beam splitter 34 to form the output radiation 12.
  • the combined first 36 and fourth 39 power components represent a fifth light beam bundle 82.
  • the second power component 37 and the third power component 38 can be superimposed on the beam splitter 34 to form the residual radiation 86.
  • a wavelength filter 62 is optionally provided between the third light source 22, which in this case is a broadband third light source 22, and the beam splitter 34.
  • This wavelength filter 62 filters a predetermined wavelength, here a shade of blue, from the third light beam 24. In a modification of the embodiments not shown in the figure, such a filter can be dispensed with.
  • the beam splitter 34 is designed to superimpose the first light beam 16, the second light beam 20 and the second power portion 37 of the third light beam 24 to form the output radiation 12 in a ratio of ideally 50:50.
  • the ratio can vary slightly within the spectral range of the output radiation due to the tolerance of the beam splitter, for example between 40:60 and 60:40.
  • a different splitter ratio can be provided.
  • the light sources of Figs. 1 to 3 are provided such that the second wavelength A2 of the second light beam 20 is greater than the third wavelength A3 (peak wavelength) of the third light beam 24 and that the third wavelength A3 (peak wavelength) of the third light beam 24 is greater than the first wavelength A1 of the first light beam 16.
  • the first embodiment is shown schematically in Figure 1.
  • the light beams are shown schematically as arrows.
  • the superimposed light beams are shown here as parallel arrows.
  • the central rays shown parallel to one another in the figure are each identically positioned on top of one another (see Figure 2).
  • the beam splitter 34 can be designed in the shape of a plate, as shown in Figure 1, or in an advantageous modification, as a beam splitter cube as shown in Figure 2.
  • the functional coating can be located on the side of the plate on which the second light beam 20 or the third light beam 30 arrives.
  • the output radiation can be bundled by means of a sixth lens 74 and output into an optical fiber 88.
  • the lens 74 can be a single lens or composed of several individual lenses in the sense of a lens group. It is advantageous to use an achromat.
  • the residual radiation 86 can be blocked by outputting it into a beam trap 90.
  • the beam trap 90 can be omitted and the residual radiation used as a further output radiation 84.
  • the further output radiation can represent a sixth beam bundle 86, which is formed from the union of the third 37 and fourth 38 power components.
  • the output radiation 12 and the residual radiation 36 are arranged in reverse order.
  • the optional focusing optics (sixth lens) would then have to be positioned accordingly in the modified output beam 12.
  • the residual radiation 86 is directed to a detector 92, with which parameters of the light, such as power or spectrum, can be determined.
  • a second mirror 40 is additionally provided.
  • the second mirror 40 is designed to reflect the first light beam 16. This allows the first light source 14, the second light source 18 and the third light source 22 to be arranged next to one another.
  • a second dichroic mirror 40 is additionally provided.
  • the second dichroic mirror 40 is designed to reflect the first light beam 16. This is arranged in the first beam path 26 such that the first light beam 16 can be reflected by the second dichroic mirror 40.
  • a third dichroic mirror 58 is also provided, which will be discussed further below.
  • the first dichroic mirror 32 of Figs. 1 to 4 is designed as a short-pass mirror.
  • the first light source 14, the second light source 18 and the third light source 22 are designed as a light-emitting diode.
  • a second exemplary embodiment of a multispectral light source 10 is shown schematically in Fig. 5.
  • the first light source 14 has a first luminous element 42 and a first converter element 44 for providing 110 the first light beam 16.
  • a first primary light 46 can be emitted from the first luminous element 42, and the first light beam 16 can be emitted from the first converter element 44 by irradiation with the first primary light 46.
  • the second mirror 40 is dichroic and is arranged in the first beam path 26 between the first luminous element 42 and the first converter element 44, the first primary light 46 being transmittable through the second dichroic mirror 40 and the first light beam 16 being reflected by the second dichroic mirror 40.
  • the second light source 18 has a second luminous body 48 and a second converter element 50 for providing the second light beam 20.
  • a second primary light 52 can be emitted from the second luminous body 48, so that the second light beam 20 can be emitted from the second converter element 50 by irradiation with the second primary light 52.
  • the first dichroic mirror 32 is arranged in the second beam path 28 between the second luminous body 48 and the second converter element 50 such that the second primary light 52 can be transmitted and the second light beam 20 can be reflected.
  • the third light source 22 is designed as a light-emitting diode.
  • a third exemplary embodiment of a multispectral light source 10 is shown schematically in Fig. 6.
  • the third light source 22 for providing 110 the third light beam 24 has a third luminous body 54, a third converter element 56 and the third dichroic mirror 58.
  • the third dichroic mirror 58 is designed as a long-pass mirror.
  • a third primary light 60 can be emitted from the third luminous element 54, and the third light beam 24 can be emitted from the third converter element 56 by irradiation with the third primary light 60.
  • the third dichroic mirror 58 is arranged between the beam splitter 34 and the third converter element 56 in such a way that the third primary light 60 can be reflected and the third light beam 24 can be transmitted.
  • the multispectral light source 10 has laser diodes as the first light source 42, the second light source 48 and the third light source 54. Alternatively, individual or all light sources can be designed as light-emitting diodes. 1 to 4, the first beam path 26 comprises a first collimation optics 64 with the first lens 64, the second beam path 37 comprises a second collimation optics 66 with the second lens 66, and the third beam path 30 comprises a third collimation optics 68 with the third lens 68.
  • the components referred to as lenses can each be a single lens or composed of several individual lenses in the sense of a lens group. For example, achromats can be used, which can be composed of two cemented lenses. In Figs.
  • the first lens 64 is arranged between the first light source 14 and the first dichroic mirror 32, and in Fig. 4 between the first light source 14 and the second mirror 40.
  • the second lens 66 is arranged between the second light source 18 and the first dichroic mirror 32, and the third lens 68 is arranged between the third light source 22 and the beam splitter 34.
  • the beam paths (first beam path 26, second beam path 28 and third beam path 30) on the first dichroic mirror and on the beam splitter each have sections designed as collimated beam bundles (parallel beam bundles).
  • color errors of the output radiation 12 due to a possible angular dispersion of the first dichroic mirror 32 and/or the beam splitter 34 can be minimized.
  • a first imaging optics 64, 70 of the first beam path 26 has a fourth lens 70, which is arranged between the light source 14, 42 and the second dichroic mirror 40, and a first lens 64, which is arranged between the first converter element 44 and the second dichroic mirror 40.
  • the multispectral light source 10 has a third lens 68 and a seventh lens 75 in the second imaging optics.
  • a fifth lens 72 is arranged between the light source 18, 48 and the first dichroic mirror 32 and the second lens 66 is arranged between the first dichroic mirror 32 and the second converter element 50.
  • the third imaging optics 68, 75 of the third embodiment in Fig. 6 also has a seventh lens 75 between the illuminant 22, 54 and the third dichroic mirror 58 and the third lens 68 between the third dichroic mirror 58 and the third converter element 56.
  • the first imaging optics 64, 70 are used to image the first luminous element 42 onto the first converter element 44. They have the first lens 64 in common with the first collimation optics.
  • the second imaging optics 66, 72 are used to image the second luminous element 48 onto the second converter element 50. They have the second lens 66 in common with the second collimation optics.
  • the third imaging optics 68, 75 are used to image the third luminous element 54 onto the third converter element 56. They have the third lens 68 in common with the third collimation optics.
  • Fig. 7 shows the method 100 for generating a multispectral output radiation 12, in particular a white light radiation with a high color rendering index, in particular Rf>92, with a multispectral light source 10 according to one of Figs. 1 to 3.
  • the method 100 comprises the following steps: a. Providing 110 a first light beam 16 with a first wavelength A1, b. Providing 110 a second light beam 20 with a second wavelength A2, c. Providing 110 a third light beam 24 which has a wavelength range A3min to A3max with a peak wavelength A3, d. Combining 120 the first light beam 16 with the second light beam 20 by means of a first dichroic mirror 32 to form a fourth light beam 76, e. Feeding 130 the fourth light beam 76 to the beam splitter 34 in a first direction 78, f. Feeding 130 the third light beam 24 to the beam splitter 34 in a second direction 80, g.
  • the beam splitter 34 is designed as a partially transparent mirror and has a wavelength-independent splitting ratio (ratio between transmitted and reflected light) between 30:70 and 70:30, in particular a splitting ratio of 50:50, up to a tolerance of +-10%.

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Abstract

Multispektrale Lichtquelle (10) zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung (12), umfassend: - eine erste Lichtquelle (14), wobei aus der ersten Lichtquelle (14) ein erstes Lichtstrahlbündel (16) mit einer ersten Wellenlänge (λ1) emittierbar ist, - eine zweite Lichtquelle (18), wobei aus der zweiten Lichtquelle (18) ein zweites Lichtstrahl- bündel (20) mit einer zweiten Wellenlänge (λ2) emittierbar ist, - eine dritte Lichtquelle (22), wobei aus der dritten Lichtquelle (22) ein drittes Lichtstrahlbün- del (24) emittierbar ist, welches einen Wellenlängenbereich λ3min bis λ3max aufweist, wobei die erste Lichtquelle (14), die zweite Lichtquelle (18) und die dritte Lichtquelle (22) beab- standet zueinander angeordnet sind, - zumindest einen ersten dichroitischen Spiegel (32) zum Vereinigen des ersten (16) und zweiten Lichtstrahlbündels (20) zu einem vierten Lichtstrahlbündel (76), wobei der erste dichroitische Spiegel (32) zum Reflektieren des zweiten Lichtstrahlbündels (20) und Transmittieren des ersten Lichtstrahlbündels (16) ausgebildet ist, und wobei der erste dichroitische Spiegel (32) derart angeordnet ist, dass das zweite Lichtstrahlbündel (20) von dem ersten dichroitischen Spiegel (32) reflektierbar ist und das erste Lichtstrahlbündel (16) von dem ersten dichroitischen Spiegel (32) transmittierbar ist, und - einen dem ersten dichroitischen Spiegel (32) nachgeordneten Strahlteiler (34), wobei der Strahlteiler (34) zum Teilen des aus dem ersten Lichtstrahlbündel (16) und dem zweiten Lichtstrahlbündel (20) gebildeten vierten Lichtstrahlbündel (76) in einen ersten Leistungsanteil (36) und einen zweiten Leistungsanteil (37) sowie zum Teilen des dritten Lichtstrahlbündels (24) in einen dritten Leistungsanteil (38) und einen vierten Leistungsanteil (39) ausgebildet ist, wobei durch den Strahlteiler (34) der erste Leistungsanteil (36) mit dem vierten Leistungsanteil (39) zur Bildung der Ausgangsstrahlung (12) überlagerbar sind, und der zweite Leistungsanteil (37) zusammen mit dem dritten Leistungsanteil (38) als eine Reststrahlung (86) oder eine weitere Ausgangsstrahlung (86) ausgebbar sind.

Description

Multispektrale Lichtquelle und Verfahren
Die Erfindung betrifft eine multispektrale Lichtquelle zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung mit mehreren Farbkanälen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer multispektralen Ausgangsstrahlung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 .
Aus EP 3 193 503 A1 ist ein Beleuchtungssystem mit drei Wellenlängenbändern (Farbkanälen) bekannt. Zwei Wellenlängenbänder weisen den gleichen Strahlengang auf und werden mittels einer rotierenden Scheibe mit zwei verschiedenen Phosphoragenten wechselweise aktiviert. Das hat den Nachteil, dass die Einstellung einer bestimmten Koordinate im Farbraum bzw. ein Weißabgleich schwierig zu realisieren sind.
Aus EP 3 409 011 A1 ist ein Laser-Phosphor-Projektor bekannt. Nachteilig ist der komplizierte Aufbau.
Aus US 8 608 329 A1 ist ein Beleuchtungssystem mit einer rotierenden Scheibe mit Phosphoragenten bekannt. Nachteilig ist die Verwendung rotierender Teile im Strahlengang.
Aus EP 2 530 520 A1 ist ein optisches Beleuchtungssystem bekannt mit einer einzigen Primärlichtquelle. Das hat den Nachteil, dass die Einstellung einer bestimmten Koordinate im Farbraum bzw. ein Weißabgleich schwierig zu realisieren sind.
Aus RU 51 734 U1 ist eine Lichtquelle bekannt, bei welcher das Licht dreier Lichtemitterdioden mittels zweier dichroitischer Spiegel überlagert wird. Der erreichbare Farbwiedergabeindex kann für anspruchsvolle Anwendungen zu gering sein.
Aus EP 1 024 539 A2 ist eine Festkörperlichtquelle mit dichroitischen Reflektoren bekannt. Dabei kann der erreichbare Farbwiedergabeindex für Anwendungen mit hohen Anforderungen zu gering sein.
Aus US 2018/0210213 A1 ist ein multispektraler Laserprojektor bekannt, umfassend drei Laserlichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen, einen ersten Strahlteiler, der die Strahlung der ersten beiden Lichtquellen vereinigt, und ein zweiter Strahlteiler, der die Strahlung der dritten Lichtquelle teilt und einen Teilstrahl davon mit der kombinierten Strahlung der ersten und zweiten Lichtquelle zu einem Ausgangsstrahl vereinigt. Nachteilig ist, dass der erreichbare Farbwiedergabeindex eher gering ist.
Aus US 2012/0307514 A1 ist eine multispektrale Lichtquelle bekannt ist, umfassend drei Lichtemitterdioden mit unterschiedlichen Wellenlängen und zwei dichroitische Spiegel, mit denen ein gemeinsamer Ausgangsstrahl erzeugt wird. Dabei kann der erreichbare Farbwiedergabeindex für Anwendungen mit hohen Anforderungen zu gering sein. Aus CN 1 11399241 A ist eine weitere multispektrale Lichtquelle bekannt ist, umfassend drei Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen, sowie einen schmalbandigen, d.h. wellenlängenabhängigen, Polarisationsstrahlteiler und einen dichroitischen Spiegel, mit denen ein gemeinsamer Ausgangsstrahl erzeugt wird. Dabei kann ebenfalls der erreichbare Farbwiedergabeindex für Anwendungen mit hohen Anforderungen zu gering sein. Außerdem kann der verwendete Polarisationsstrahlteiler kostenintensiv sein.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen der voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine einfache Lichtquelle zum Erzeugen einer multispektralen Ausgangsstrahlung mit einem einer hohen Leistungsdichte zur Verfügung zu stellen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine multispektrale Lichtquelle mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen multispektralen Lichtquelle beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine multispektrale Lichtquelle zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung. Die Ausgangsstrahlung ist dabei eine sichtbare Lichtstrahlbündelstrahlung. Diese kann mehrere, vorzugsweise wenigstens drei, spektrale Anteile umfassen. Die spektralen Anteile können jeweils verschiedene Peakwellenlängen und/oder Schwerpunktwellenlängen aufweisen. Die einzelnen spektralen Anteile können mittels Farbkanälen, das heißt mittels der Anteile unterschiedlicher Wellenlängen, erzeugt werden. Als ein Farbkanal kann man den Teil der multispektralen Lichtquelle bezeichnen, mit dem jeweils ein spektraler Anteil der Ausgangsstrahlung erzeugt wird.
Hierfür umfasst die multispektrale Lichtquelle: eine erste Lichtquelle, wobei aus der ersten Lichtquelle ein erstes Lichtstrahlbündel mit einer ersten Wellenlänge emittierbar ist, eine zweite Lichtquelle, wobei aus der zweiten Lichtquelle ein zweites Lichtstrahlbündel mit einer zweiten Wellenlänge emittierbar ist, und eine dritte Lichtquelle, wobei aus der dritten Lichtquelle ein drittes Lichtstrahlbündel emittierbar ist, welches einen Wellenlängenbereich A3min bis A3max aufweist. Das dritte Lichtstrahlbündel weist eine Peakwellenlänge A3 auf.
Die Wellenlängen können jeweils als Peakwellenlänge bestimmt werden. Dabei können das erste und zweite Lichtstrahlbündel schmalbandig sein, beispielsweise mit einer spektralen Breite, welche als Halbwertsbreite (FWHM) bestimmt werden kann, von weniger als 100nm, bevorzugt weniger als 50nm. Eine schamlbandige Lichtquelle kann man auch als monochrom bezeichnen. Das dritte Lichtstrahlbündel kann breitbandig sein, beispielsweise mit einer spektralen Breite (Halbwertsbreite FWHM) von mehr als 100nm, bevorzugt mehr als 200mn. Dabei kann es sich um Weißlicht handeln, beispielsweise warmweiß, neutralweiß oder kaltweiß.
Als Lichtstrahlbündel, das man auch als Lichtstrahlenbündel, bezeichnen kann, kann man eine Lichtstrahlung verstehen. Diese kann in einem Strahlengang abschnittsweise divergent oder konvergent oder als Parallelstrahlung (kollimiert) verlaufen. Ein Lichtstrahlbündel kann einen Zentralstrahl aufweisen, der die Hauptrichtung des Lichtstrahlbündels repräsentieren kann.
Dabei sind die erste Lichtquelle (erster Farbkanal), die zweite Lichtquelle (zweiter Farbkanal) und die dritte Lichtquelle (dritter Farbkanal) beabstandet zueinander angeordnet. Es kann sich also um einzelne Lichtquellen handeln. Dabei können ein erster Strahlengang des ersten Lichtstrahlbündels und ein zweiter Strahlengang des zweiten Lichtstrahlbündels und ein dritter Strahlengang des dritten Lichtstrahlbündels sich in ihrem Verlauf zumindest abschnittsweise voneinander unterscheiden.
Zusätzlich umfasst die multispektrale Lichtquelle zumindest einen ersten dichroitischen Spiegel zum Vereinigen des ersten und zweiten Lichtstrahlbündels zu einem vierten Lichtstrahlbündel. Das vierte Lichtstrahlbündel kann sich ein eine Richtung z, als Richtung des Zentralstrahls des vierten Lichtstrahlbündels ausbreiten. Dazu ist der erste dichroitische Spiegel zum Reflektieren des zweiten Lichtstrahlbündels und Transmittieren des ersten Lichtstrahlbündels ausgebildet. Das zweite Lichtstrahlbündel kann in einer zur Richtung z senkrechten Richtung y auf den ersten dichroitischen Spiegel einfallen. Der erste dichroitische Spiegel kann also im ersten Strahlengang und zweiten Strahlengang derart angeordnet sein, dass das zweite Lichtstrahlbündel von dem ersten dichroitischen Spiegel reflektierbar ist und das erste Lichtstrahlbündel von dem ersten dichroitischen Spiegel transmittierbar ist. Das vierte Lichtstrahlbündel kann somit aus dem transmittierten ersten Lichtstrahlbündel und dem reflektierten zweiten Lichtstrahlbündel durch räumliches Überlagern derselben gebildet werden. Wegen der dichroitischen Ausbildung des Spiegels können das erste und zweite Lichtstrahlbündel nahezu verlustfrei überlagert werden. Das kann bedeuten, dass das vierte Lichtstrahlbündel jeweils mehr als 90%, vorteilhaft mehr als 95% des ersten und zweiten Lichtstrahlbündels enthält.
Der erste dichroitische Spiegel kann als ein Würfel mit einer innenliegenden ebenen Spiegelschicht ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Spiegelschicht von zwei parallelen Flächendiagonalen und zwei Kanten des Würfels begrenzt sein. Der erste dichroitische Spiegel kann aber auch als ein plattenförmiger Spiegel ausgebildet sein, welcher eine Spiegelschicht aufweist. Der plattenförmige Spiegel kann in einem Winkel der Plattennormale von 45° zum ersten Lichtstrahlbündel und in einem Winkel von 135° zum zweiten Lichtstrahlbündel angeordnet sein. Das erste und zweite Lichtstrahlbündel können hinsichtlich ihrer Zentralstrahlen senkrecht zueinander angeordnet sein. Die Spiegelnormale kann in der von den Zentralstrahlen des ersten und zweiten Lichtstrahlbündels aufgespannten Ebene liegen und die Plattenebene bzw. die Spiegelschichtebene kann eine Winkelhalbierende dieser beiden Zentralstrahlen bilden. Die Spiegelschicht des ersten dichroitischen Spiegels kann beispielsweise als eine dichroitische dielektrische Beschichtung ausgebildet sein.
Ferner ist ein dem ersten dichroitischen Spiegel nachgeordneten Strahlteiler vorgesehen. Der Strahlteiler kann als ein Strahlteilerwürfel mit einer innenliegenden ebenen Spiegelschicht ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Spiegelschicht von zwei parallelen Flächendiagonalen und zwei Kanten des Würfels begrenzt sein. Der Strahlteiler kann aber auch als ein plattenförmiger Spiegel ausgebildet sein, welcher eine Spiegelschicht aufweist. Der plattenförmige Spiegel kann in einem Winkel der Plattennormale von 45° zum vierten Lichtstrahlbündel und in einem Winkel von 135° zum dritten Lichtstrahlbündel angeordnet sein. Das dritte und vierte Lichtstrahlbündel können hinsichtlich ihrer Zentralstrahlen senkrecht zueinander angeordnet sein. Die Spiegelnormale kann in der von den Zentralstrahlen des dritten und vierten Lichtstrahlbündels aufgespannten Ebene liegen und die Plattenebene kann eine Winkelhalbierende dieser beiden Zentralstrahlen bilden. Die Spiegelschicht des Strahlteilers kann beispielsweise als eine dielektrische Beschichtung ausgebildet sein. Alternativ kann die Spiegelschicht des Strahlteilers als eine dünne Metallschicht ausgebildet sein, die beispielsweise halbdurchlässig für das auftreffende Licht ist. Der Strahlteiler kann nichtpolarisierend ausgeführt sein, d.h. mit einem polarisationsunabhängigen Teilerverhältnis.
Der Strahlteiler ist zum Teilen des aus dem ersten Lichtstrahlbündel und dem zweiten Lichtstrahlbündel gebildeten vierten Lichtstrahlbündels in einen ersten Leistungsanteil und einen zweiten Leistungsanteil sowie zum Teilen des dritten Lichtstrahlbündels in einen dritten Leistungsanteil und einen vierten Leistungsanteil ausgebildet.
Durch den Strahlteiler ist außerdem der erste Leistungsanteil mit dem vierten Leistungsanteil zur Bildung der Ausgangsstrahlung überlagerbar. Die Ausgangsstrahlung kann also als eine räumliche Überlagerung des ersten und vierten Leistungsanteils aufgefasst werden. Der zweite Leistungsanteil ist zusammen mit dem dritten Leistungsanteil als eine Reststrahlung oder eine weitere Ausgangsstrahlung ausgebbar. Die Reststrahlung kann beispielsweise mittels eines Absorbers oder einer anderen Strahlfalle verworfen werden, falls diese nicht benötigt wird. Der zweite und dritte Leistungsanteil können zusammengenommen die gleiche Strahlungsleistung aufweisen, wie der erste und vierte Leistungsanteil zusammengenommen.
Unter einer räumlichen Überlagerung kann man verstehen, dass sich die überlagerten Strahlenbündel an der gleichen Stelle (Ort) befinden und die gleiche Ausbreitungsrichtung haben.
Das vierte Lichtstrahlbündel kann in der Richtung z auf den Strahlteiler einfallen. Das dritte Lichtstrahlbündel kann in der Richtung y auf den Strahlteiler einfallen. Der erste Leistungsanteil und der vierte Leistungsanteil können den Strahlteiler in der Richtung z verlassen. Der zweite Leistungsanteil und der dritte Leistungsanteil können den Strahlteiler in der Richtung y verlassen. In einer weiteren Ausführung können bei den vorgenannten Einfallsrichtungen der erste Leistungsanteil und der vierte Leistungsanteil den Strahlteiler in der Richtung y verlassen und der zweite Leistungsanteil und der dritte Leistungsanteil den Strahlteiler in der Richtung z verlassen.
Mittels des Strahlteilers können die Leistungsanteile des aus dem ersten und zweiten Lichtstrahlbündel gebildeten vierten Lichtstrahlbündel und die Leistungsanteile des dritten Lichtstrahlbündels, abgesehen von einer Toleranz des Strahlteilers, wellenlängenunabhängig teilbar bzw. reflektierbar und transmittierbar sein. Deshalb kann man den Strahlteiler im Sinne der vorliegenden Erfindung als nicht dichroitisch verstehen. Die Ausgangsstrahlung kann aus dem durch den Strahlteiler transmittierten Anteil des vierten Strahlbündels (erster Leistungsanteil) und dem vom Strahlteiler reflektierten Anteil des dritten Strahlenbündels (vierter Leistungsanteil) gebildet werden. Die Ausgangsstrahlung kann ebenso aus dem durch den Strahlteiler transmittierten Anteil des dritten Strahlbündels (vierter Leistungsanteil) und dem vom Strahlteiler reflektierten Anteil des vierten Strahlenbündels (erster Leistungsanteil) gebildet werden. Dies ist abhängig von der Positionierung des Strahlteilers in den Strahlengängen der multispektralen Lichtquelle.
Dadurch, dass der Strahlteiler in Wesentlichen wellenlängenunabhängig die Leistungsanteile des ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlbündels teilt, kann eine Ausgangsstrahlung mit einer homogenen Leistung über den Spektralbereich des Lichtstrahlbündels frei von spektralen Leistungsspitzen und damit einhergehend einer besonders guten Farbwiedergabe erzeugt werden. Es kann sich um ein kontinuierliches Leistungsspektrum handeln bezüglich der Wellenlänge. Dadurch kann der Weißabgleich der Lichtquelle optimiert werden, sodass die homogene Ausgangsstrahlung erzeugt werden kann.
Der Strahlteiler ist somit ausgebildet, einen Nutzstrahl, also die Ausgangsstrahlung, und einen Reststrahl zu erzeugen. Der Reststrahl kann verworfen werden, wenn nur eine Ausgangsstrahlung erforderlich ist. In einer weiteren Ausführung kann der Reststrahl genutzt werden und somit eine zweite Ausgangsstrahlung darstellen. Die Reststrahlung kann im bei dieser Erfindung aufgrund der Wellenlängenunabhängigkeit des Teilerverhältnisses des Strahlteilers zwangsläufig entstehen. Der Vorteil einer perfekten Farbwiedergabe der multispektralen Lichtquelle kann mit dem Nachteil verbunden sein, dass ein Teil der erzeugten Lichtmenge als Reststrahlung verworfen werden muss. Die Ausgangsstrahlung kann idealerweise Lichtausbeute von 50% der von den Lichtquellen erzeugten ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlbündel enthalten. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung und infolge von technisch bedingten Verlusten kann die Lichtausbeute der Ausgangsstrahlung bei 30% bis 50% des ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlbündels zusammengenommen liegen.
Mittels der multispektralen Lichtquelle lässt sich nun Weißlichtstrahlung mit einem hohen Farbwiedergabeindex erzeugen. Dabei kann ein Farbwiedergabeindex von Rf>92 erzeugt werden. Der Farbwiedergabeindex kann nach der Norm IES TM 30 -18 bestimmt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Strahlengang des ersten Lichtstrahlbündels und der zweite Strahlengang des zweiten Lichtstrahlbündels zwischen dem ersten dichroitischen Spiegel und dem Strahlteiler einen gemeinsamen verlaufenden ersten Strahlabschnitt aufweisen, wobei der erste Strahlabschnitt eine erste Richtung, beispielsweise z Richtung, aufweist. Das vierte Lichtstrahlbündel kann als dieser erste Strahlabschnitt aufgefasst werden. Das heißt, der erste Strahlengang des ersten Lichtstrahlbündels und der zweite Strahlengang des zweiten Lichtstrahlbündels können örtlich überlagert angeordnet sein. Ferner kann das dritte Lichtstrahlbündel dem Strahlteiler auf dem dritten Strahlengang in einer zweiten Richtung, beispielsweise y Richtung zuleitbar sein, wobei sich die zweite Richtung, insbesondere um 90°, von der ersten Richtung, unterscheidet.
Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass ein zweiter Spiegel vorgesehen ist, wobei der zweite Spiegel zum Reflektieren des ersten Lichtstrahlbündels ausgebildet ist, und wobei der zweite Spiegel im ersten Strahlengang derart angeordnet ist, dass das erste Lichtstrahlbündel von dem zweiten Spiegel reflektierbar ist, bevor es auf den ersten dichroitischen Spiegel trifft. Vorteilhaft kann das Reflektieren um einen rechten Winkel erfolgen.
Mittels des zweiten Spiegels ist es möglich die Anordnung der ersten Lichtquelle zur Erzeugung des ersten Lichtstrahlbündels frei zu wählen, da nun eine Umlenkung des ersten Lichtstrahlbündels durch Reflektion möglich ist. Dies erhöht die Flexibilität der Anordnung der einzelnen Lichtquellen, sodass auch der Bauraum der multispektralen Lichtquelle flexibler gestaltet werden kann, ohne auf die Erzeugung der homogenen Ausgangsstrahlung mit der hohen Leistungsdichte verzichten zu müssen.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die erste Lichtquelle zum Bereitstellen des ersten Lichtstrahlbündels einen ersten Leuchtkörper und ein erstes Konverterelement aufweist, wobei aus dem ersten Leuchtkörper ein erstes Primärlicht emittierbar ist, und wobei aus dem ersten Konverterelement durch Bestrahlung mit dem ersten Primärlicht das erste Lichtstrahlbündel emittierbar ist, wobei der zweite dichroitische Spiegel in dem ersten Strahlengang zwischen dem ersten Leuchtkörper und dem ersten Konverterelement derart angeordnet ist, wobei das erste Primärlicht durch den zweiten Spiegel transmittierbar und das erste Lichtstrahlbündel von dem zweiten Spiegel reflektierbar ist. Dazu kann der zweite Spiegel dichroitisch ausgebildet sein, d.h. beispielsweise transmittierend für die Wellenlänge des Primärlichts und reflektierend für das erste Lichtstrahlbündel.
Das erste Konverterelement kann fluoreszenzfähig und/oder phosphoreszenzfähig sein. Bei dem ersten Konverterelement kann es sich um einen Wellenlängenkonverter, welche auch als Phosphore bezeichnet werden können, handeln. Zumeist sind Phosphore derart ausgebildet, dass die Primärwellenlänge des erstes Primärlichts kleiner ist als die jeweilige Sekundärwellenlänge des ersten Lichtstrahlbündels. Es kann sich aber auch um up-conversion Elemente handeln, welche beispielsweise durch Mehrphotonen- prozesse eine Konversion einer größeren Primärwellenlänge zu kleineren Wellenlängen bewirken können. Das von dem Konverterelement emittierte erste Lichtstrahlbündel kann eine kurze Kohärenzlänge von weniger als 1 mm und eine spektrale Bandbreite (FWHM) von mehr als 30nm haben. Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die zweite Lichtquelle zum Bereitstellen des zweiten Lichtstrahlbündels einen zweiten Leuchtkörper und ein zweites Konverterelement aufweist, wobei aus dem zweiten Leuchtkörper ein zweites Primärlicht emittierbar ist, und wobei aus dem zweiten Konverterelement durch Bestrahlung mit dem zweiten Primärlicht das zweite Lichtstrahlbündel emittierbar ist, wobei der erste dichroitische Spiegel in dem zweiten Strahlengang zwischen dem zweiten Leuchtkörper und dem zweiten Konverterelement derart angeordnet ist, dass das zweite Primärlicht transmittierbar und das zweite Lichtstrahlbündel reflektierbar ist.
Auch das zweite Konverterelement kann fluoreszenzfähig und/oder phosphoreszenzfähig sein. Bei dem zweiten Konverterelement kann es sich um einen Wellenlängenkonverter, welche auch als Phosphore bezeichnet werden können, handeln. Zumeist sind Phosphore derart ausgebildet, dass die Primärwellenlänge des zweiten Primärlichts kleiner ist als die jeweilige Sekundärwellenlänge des zweiten Lichtstrahlbündels. Es kann sich aber auch um up-conversion Elemente handeln, welche beispielsweise durch Mehrphotonenprozesse eine Konversion einer größeren Primärwellenlänge zu kleineren Wellenlängen bewirken können. Das von den photolumineszenzfähigen Körpern jeweils emittierte zweite Lichtstrahlbündel kann eine kurze Kohärenzlänge von weniger als 1 mm und eine spektrale Bandbreite (FWHM) von mehr als 30nm haben.
Es ist ferner denkbar, dass die dritte Lichtquelle zum Bereitstellen des dritten Lichtstrahlbündels einen dritten Leuchtkörper, ein drittes Konverterelement und einen dritten dichroitischen Spiegel aufweist, wobei aus dem dritten Leuchtkörper ein drittes Primärlicht emittier bar ist, und wobei aus dem dritten Konverterelement durch Bestrahlung mit dem dritten Primärlicht das dritte Lichtstrahlbündel emittier bar ist, wobei der dritte dichroitische Spiegel zwischen dem Strahlteiler und dem dritten Konverterelement derart angeordnet ist, dass das dritte Primärlicht reflektierbar ist und das dritte Lichtstrahlbündel transmittierbar ist.
Auch das dritte Konverterelement kann fluoreszenzfähig und/oder phosphoreszenzfähig sein. Bei dem dritten Konverterelement kann es sich um einen Wellenlängenkonverter, welche auch als Phosphore bezeichnet werden können, handeln. Zumeist sind Phosphore derart ausgebildet, dass die Primärwellenlänge des dritten Primärlichts kleiner ist als die jeweilige Sekundärwellenlänge des dritten Lichtstrahlbündels. Es kann sich aber auch um up-conversion Elemente handeln, welche beispielsweise durch Mehrphotonenprozesse eine Konversion einer größeren Primärwellenlänge zu kleineren Wellenlängen bewirken können. Das von den photolumineszenzfähigen Körpern jeweils emittierte dritte Lichtstrahlbündel kann eine kurze Kohärenzlänge von weniger als 1 mm und eine spektrale Bandbreite (FWHM) von mehr als 30nm haben.
Insbesondere wenn ein erstes, zweites und/oder drittes Konverterelement vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, die zugehörige erste, zweite und/oder dritte Primärlichtquelle zum Erzeugen des jeweiligen Primärlichts als eine Laserdiode auszuführen. Auch ist es denkbar, dass zwischen der dritten Lichtquelle, insbesondere einer breitbandigen dritten Lichtquelle, und dem Strahlteiler ein Wellenlängenfilter vorgesehen ist, wobei der Wellenlängenfilter ausgelegt ist eine vorbestimmte Wellenlänge aus dem dritten Lichtstrahlbündel zu filtern.
Diese Wellenlängenfilter können zum Einsatz kommen, wenn der Wellenlängenbereich A3min bis A3max der dritten Lichtquelle einen sehr großen Bereich umfasst, der Wellenlängenfilter kann dann spektrale Anteile, welche zur Erzeugung der Ausgangsstrahlung nicht benötigt werden oder bereits von dem ersten Lichtstrahlbündel oder dem zweiten Lichtstrahlbündel abgedeckt werden, herausfiltern.
Insbesondere kann die dritte Lichtquelle einen überhöhten Peak im blauen Wellenbereich aufweisen, der dann mittels des Filters beseitigt werden kann. Bei dem Wellenlängenfilter kann es sich dabei in vorteilhafterweise um einen Blaufilter handeln. Das kann ein Sperrfilter für blaues Licht sein.
Der Filter kann mittels dielektrischer Interferenzschichten und oder als optischer Farbfilter aus gefärbtem Glas ausgebildet sein.
Im Rahmen der Erfindung ist es optional möglich, dass der erste dichroitische Spiegel und/oder der zweite dichroitische Spiegel als Kurzpass-Spiegel und/oder der dritte dichroitische Spiegel als Langpass- Spiegel ausgebildet ist.
Dabei bezeichnet der Kurzpass-Spiegel einen Spiegel, der als Kurzpassfilter ausgebildet ist, und der Langpass-Spiegel einen Spiegel, der als Langpassfilter ausgebildet ist. Kennzeichnend für diese Filteroption des Kurzpass-Spiegels oder des Langpass-Spiegels ist der kurze Übergang zwischen dem Passund dem Sperrbereich. Bei einem Kurzpass-Spiegel werden Wellenlängen transmittiert, die kürzer sind als die Wellenlänge, die Absorptions- und Transmissionsbereich voneinander trennt, wobei längere Wellenlängen reflektiert werden. Langpass-Spiegel hingegen transmittieren Wellenlängen, die länger sind als die Wellenlänge, die Reflexions- und Transmissionsbereich voneinander trennt, und reflektiert die kürzeren Wellenlängen.
Demnach lassen sich die Wellenlängen des ersten Lichtstrahlbündels, des zweiten Lichtstrahlbündels und des dritten Lichtstrahlbündels, welche zur Ausgangsstrahlung überlagert werden, einfach festlegen und mittels der jeweiligen dichroitischen Spiegel so reflektieren bzw. transmittieren, dass die Überlagerung ohne wesentliche Verluste durchführbar ist.
Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Strahlteiler ausgelegt ist, das erste Lichtstrahlbündel, das zweite Lichtstrahlbündel mit dem ersten Leistungsanteil des dritten Lichtstrahlbündels zur Bildung der Ausgangsstrahlung in einem Verhältnis von 80:20 bis 20:80, vorzugweise von 70:30 bis 30:70, weitervorzugsweise von 60:40 bis 40:60, zu überlagern. Das kann derart bewirkt werden, dass das vierte Lichtstrahlbündel, welches aus den überlagerten ersten und zweiten Lichtstrahlbündeln gebildet ist, auf einem ersten Eingang des Strahlteilers eintreffen und der erste Leistungsanteil dieses vierten Lichtstrahlbündels mit dem vierten Leistungsanteil des auf einem zweiten Strahlteilereingang eintreffenden dritten Lichtstrahlbündel in einen Nutzstrahl- Strahlteilerausgang ausgegeben werden.
Dabei kann der Strahlteiler dazu ausgebildet sein, das in der ersten Richtung eintreffende, aus dem ersten und zweiten Lichtstrahlbündel gebildete, vierte Lichtstrahlbündel so aufzuteilen, dass jeweils zwischen 20% bis 80% des auf dem ersten und zweiten Strahlengang eintreffenden ersten und zweiten Lichtstrahlbündels in der ersten Richtung zur Ausgangsstrahlung überlagert werden. Des Weiteren kann zwischen 80% und 20% des in der zweiten Richtung auf dem dritten Strahlengang am Strahlteiler eintreffenden dritten Lichtstrahlbündels in die erste Richtung zur Überlagerung mit dem ersten und zweiten Strahlengang umgelenkt werden.
Dabei kann es aufgrund der Streuung und Absorption an den Bauelementen zu Verlusten des ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlbündels von bis zu 5%, vorzugsweise bis zu 1 %, kommen.
In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist es vorstellbar, dass die zweite Wellenlänge des zweiten Lichtstrahlbündels größer ist als die dritte Wellenlänge des dritten Lichtstrahlbündels und, dass die dritte Wellenlänge des dritten Lichtstrahlbündels größer ist als die erste Wellenlänge des ersten Lichtstrahlbündels.
Diese Reihenfolge der Wellenlängen führt zu einem optimierten Verhalten der verschiedenen Lichter bzw. Wellenlängen, sodass die am Ende überlagerte Ausgangsstrahlung eine hohe Lichtdichte mit einem optimierten Weißabgleich aufweist.
Ferner ist es vorstellbar, dass die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle und/oder die dritte Lichtquelle oder der erste Leuchtkörper und/oder der zweite Leuchtkörper oder der dritte Leuchtkörper als eine Leuchtdiode oder als eine Laserdiode oder als ein Lichtaustrittsende einer Lichtleitfaser ausgebildet sind.
Diese erlauben eine platzsparende Bauweise und erzeugen einfach und sicher die benötigten spektralen Anteile des ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlbündels. Ferner sind diese günstig und weisen eine hohe Lebensdauer auf.
Vorteilhaft kann die erste, zweite und/oder dritte Lichtquelle im Dauerstrichbetrieb betrieben werden. Ebenfalls vorteilhaft können eine, mehrere oder alle der Lichtquellen gepulst betrieben werden. Die Pulslänge kann beispielsweise zwischen 1 ns und 1000ms betragen. Die Lichtquellen können im Gleichtakt oder sequentiell gepulst betrieben werden.
Vorteilhaft können jeweils eine Kollimationsoptik zum Kollimieren des ersten, zweiten und dritten Strahlenbündels vorgesehen sein. Unter Kollimieren kann man das Umwandeln eines divergenten Strahlenbündels, wie es von der jeweiligen Lichtquelle emittiert wird, in ein paralleles Strahlenbündel verstehen. Diese Kollimationsoptiken können Linsengruppen oder Einzellinsen sein. Diese können derart angeordnet sein, dass die Strahlengänge (erster Strahlengang, zweiter Strahlengang und dritter Strahlengang) am ersten dichroitischen Spiegel und am Strahlteiler jeweils als kollimierte Strahlenbündel (Parallelstrahlenbündel) ausgebildete Abschnitte aufweisen. Das kann dadurch bewerkstelligt werden, dass die jeweilige Lichtquelle im Brennpunkt der zugehörigen Linsengruppe bzw. Einzellinse angeordnet wird. Dadurch können Farbfehler der Ausgangsstrahlung durch eine eventuelle Winkeldispersion des ersten dichroitischen Spiegels und/oder des Strahlteilers minimiert werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen einer multispektralen Ausgangsstrahlung, insbesondere einer Weißlichtstrahlung mit einem hohen Farbwiedergabeindex, insbesondere Rf>92, mit einer multispektralen Lichtquelle, insbesondere einer multispektralen Lichtquelle gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines ersten Lichtstrahlbündels mit einer ersten Wellenlänge, Bereitstellen eines zweiten Lichtstrahlbündels mit einer zweiten Wellenlänge, Bereitstellen eines dritten Lichtstrahlbündels, welches einen Wellenlängenbereich A3min bis A3max mit einer Peakwellenlänge A3 aufweist,
- Vereinigen des ersten Lichtstrahlbündels mit dem zweiten Lichtstrahlbündel mittels eines dichroitischen Spiegels zu einem vierten Lichtstrahlbündel,
- Zuleiten des vierten Lichtstrahlbündels zu einem Strahlteiler in einer ersten Richtung,
- Zuleiten des dritten Lichtstrahlbündels zu dem Strahlteiler in einer zweiten Richtung,
- Teilen des vierten Lichtstrahlbündels mittels des Strahlteilers in einen ersten Leistungsanteil und einen zweiten Leistungsanteil,
- Teilen des dritten Lichtstrahlbündelstrahlenbündels mittels des Strahlteilers in einen dritten Leistungsanteil und einen vierten Leistungsanteil,
- Vereinigen des ersten Leistungsanteils mit dem vierten Leistungsanteil mittels des Strahlteilers zu einem fünften Lichtstrahlbündel,
- Ausgeben des fünften Lichtstrahlbündels als Ausgangsstrahlung
- Ausgeben des zweiten Leistungsanteils und dritten Leistungsanteils als eine Reststrahlung oder eine weitere Ausgangsstrahlung, wobei der Strahlteiler als ein teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist und ein bis auf eine Toleranz wellenlängenunabhängiges Teilerverhältnis zwischen 30:70 und 70:30, insbesondere ein Teilerverhältnis von 50:50, aufweist. Das Teilerverhältnis kann als das Verhältnis zwischen transmittiertem und reflektiertem Licht definiert werden. Das Teilerverhältnis kann für beide Strahlteilereingänge gleich sein. Das Teilerverhältnis kann bezüglich der Leistung der jeweiligen Lichtstrahlbündel bestimmt werden.
Das Zuleiten des vierten Lichtstrahlbündels zum ersten Eingang eines Strahlteilers kann ein einer ersten Richtung erfolgen. Das Zuleiten des dritten Lichtstrahlbündels zum zweiten Eingang des Strahlteilers kann in einer zweiten Richtung erfolgen, die senkrecht zur ersten Richtung angeordnet sein kann.
Das Vereinigen des ersten Leistungsanteils mit dem vierten Leistungsanteil kann man auch als Überlagern dieser beiden Leistungsanteile bezeichnen. Diese überlagerten Leistungsanteile können das fünfte Lichtstrahlbündel bilden und im fünften Lichtstrahlbündel den gleichen Ort und die gleiche Richtung aufweisen.
Zum Ausgeben des fünften Lichtstrahlbündels als Ausgangsstrahlung kann ein Nutzstrahlausgang vorgesehen sein. Die Ausgangsstrahlung kann als paralleles Strahlenbündel (kollimiertes Strahlenbündel) ausgegeben werden. Ebenso ist es möglich, die Ausgangsstrahlung mittels einer sechsten Einzellinse oder Linsengruppe zu fokussieren, um beispielsweise die Ausgangsstrahlung in einen Wellenleiter, insbesondere eine Lichtleitfaser, auszugeben.
Das Ausgeben des zweiten Leistungsanteils und dritten Leistungsanteils kann in einen Reststrahlausgang des Strahlteilers erfolgen, Dieser kann als eine Strahlfalle oder ein Absorber ausgebildet sein, der die Reststrahlung in Wärme umsetzt. Der Reststrahlausgang kann auch als ein Sensor ausgebildet sein. Der Sensor kann zum Messen der Lichtleistung, der Farbtemperatur und/oder weiterer Kenngrößen verwendet werden. Der Reststrahlausgang kann auch als ein Photovoltaikgenerator ausgeführt sein, um aus der zu verwerfenden Reststrahlung elektrische Energie zurückzugewinnen.
Die Reststrahlung kann eine Überlagerung des zweiten und dritten Leistungsanteils darstellen. Das kann bedeuten, dass diese beiden Leistungsanteile vereinigt vorliegen.
Statt die Reststrahlung zu verwerfen kann es vorteilhaft sein, die Reststrahlung als eine weitere Ausgangsstrahlung einer Nutzung zuzuführen.
Das Teilerverhältnis kann eine Toleranz aufweisen. Die Toleranz kann als Prozentwert, bezogen auf die Summe aus transmittiertem und reflektiertem Licht, angegeben werden. Die Toleranz kann sich darin äußern, dass eine innerhalb des Toleranzbereichs liegende Wellenlängenabhängigkeit und/oder eine wellenlängenunabhängige Abweichung vom Sollwert vorliegt. Die Toleranz des Teilerverhältnisses kann beispielsweise ±10% betragen. Im oben angegebenen Fall kann beispielsweise ein vorgesehenes Teilerverhältnis von 30:70 toleranzbedingt zwischen 20:80 und 40:60 liegen.
Vorteilhaft kann die Ausgangsstrahlung mittels einer Fokussieroptik, beispielsweise einer Einzellinse oder Linsengruppe, beispielsweise einem Achromat oder Apochromat auf einen Brennpunkt fokussiert und / oder in einen Wellenleiter, beispielsweise eine Lichtleitfaser, eingekoppelt werden.
Die Ausgangsstrahlung kann multimodig ausgebildet sein. Die Ausgangsstrahlung kann vorteilhaft zur Beleuchtung von Szenen zwecks farbtreuer Betrachtungsmöglichkeit und/oder zum Aufnehmen von Bildern oder Videos verwendet werden. Insbesondere kommt eine Verwendung zum Beleuchten von kunsthandwerklichen Gegenständen, insbesondere Juwelierartikeln, sowie Werken der Malerei in Betracht. Im Rahmen der visuellen Qualitätskontrolle beispielsweise von Tapeten oder anderen Druckerzeugnissen kann eine farbechte Beleuchtung mit der Ausgangsstrahlung von Vorteil sein. Auch kann die Ausgangsstrahlung zum Beleuchten mikroskopischer Objekte für die Mikroskopie und Mikrofotografie verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist die Erfindung in den folgenden Figuren gezeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer multispektralen Lichtquelle,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Strahlengänge des ersten Ausführungsbeispiels einer multispektralen Lichtquelle,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels einer multispektralen Lichtquelle,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels einer multispektralen Lichtquelle,
Figur 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer multispektralen Lichtquelle,
Figur 6 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer multispektralen Lichtquelle.
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung.
In Fig. 1 bis Fig. 4 ist eine Ausführung multispektrale Lichtquelle 10 zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung 12 dargestellt. Zu diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere Abwandlungen beschrieben. Dabei umfasst die multispektrale Lichtquelle 10 eine erste Lichtquelle 14, wobei aus der ersten Lichtquelle 14 ein erstes Lichtstrahlbündel 16 mit einer ersten Wellenlänge A1 emittierbar ist, eine zweite Lichtquelle 18, wobei aus der zweiten Lichtquelle 18 ein zweites Lichtstrahlbündel 20 mit einer zweiten Wellenlänge A2 emittierbar ist, und eine dritte Lichtquelle 22, wobei aus der dritten Lichtquelle 22 ein drittes Lichtstrahlbündel 24 emittierbar ist, welches einen Wellenlängenbereich A3min bis A3max aufweist.
Dabei sind die erste Lichtquelle 14, die zweite Lichtquelle 18 und die dritte Lichtquelle 22 beabstandet zueinander angeordnet, sodass ein erster Strahlengang 26 des ersten Lichtstrahlbündels 16 und ein zweiter Strahlengang 28 des zweiten Lichtstrahlbündels 20 und ein dritter Strahlengang 30 des dritten Lichtstrahlbündels 24 sich in ihrem Verlauf zumindest abschnittsweise voneinander unterscheiden.
Zusätzlich ist zumindest ein erster dichroitischer Spiegel 32 vorgesehen, wobei der erste dichroitische Spiegel 32 zum Reflektieren des zweiten Lichtstrahlbündels 20 und Transmittieren des ersten Lichtstrahlbündels 16 ausgebildet ist, und wobei der erste dichroitische Spiegel 32 im ersten Strahlengang 26 und zweiten Strahlengang 28 derart angeordnet ist, dass das zweite Lichtstrahlbündel 20 von dem ersten dichroitischen Spiegel 32 reflektierbar ist und das erste Lichtstrahlbündel 16 von dem ersten dichroitischen Spiegel 32 transmittierbar ist. Das erste 16 und zweite 20 Lichtstrahlbündel werden mittels des dichroitischen Spiegels zu einem vierten Lichtstrahlbündel 76 vereinigt.
Zusätzlich ist ein Strahlteiler 34 vorgesehen, welcher dem ersten dichroitischen Spiegel 32 nachgeordnet ist. Der Strahlteiler 34 teilt das vierte Lichtstrahlbündel 76, welches aus dem überlagerten ersten Lichtstrahlbündel 16 und zweiten Lichtstrahlbündel 20, gebildet ist und in z Richtung auf den Strahlteiler einfällt, in einen ersten Leistungsanteil 36 und einen zweiten Leistungsanteil 37. Senkrecht zum vierten Lichtstrahlbündel 76 fällt das dritte Lichtstrahlbündel 30 in y Richtung auf den Strahlteiler 34 ein. Das dritte Lichtstrahlbündel wird am Strahlteiler in einen dritten Leistungsanteil 38 und einen vierten Leistungsanteil 39 aufgeteilt.
Dabei sind durch den Strahlteiler 34 der erste Leistungsanteil 36 mit dem vierten Leistungsanteil 39 zur Bildung der Ausgangsstrahlung 12 überlagerbar. Die vereinigten ersten 36 und vierten 39 Leistungsanteile stellen ein fünftes Lichtstrahlbündel 82 dar. Zusätzlich sind der zweite Leistungsanteil 37 und der dritte Leistungsanteil 38 zur Bildung der Reststrahlung 86 mittels des Strahlteilers 34 überlagerbar.
Zwischen der dritten Lichtquelle 22, die vorliegend eine breitbandige dritte Lichtquelle 22 ist, und dem Strahlteiler 34 ist optional ein Wellenlängenfilter 62 vorgesehen. Dieser Wellenlängenfilter 62 filtert eine vorbestimmte Wellenlänge, hier einen Blauton, aus dem dritten Lichtstrahlbündel 24. In einer nicht figürlich dargestellten Abwandlung der Ausführungsbeispiele kann auf ein solches Filter verzichtet werden.
Der Strahlteiler 34 ist ausgelegt, das erste Lichtstrahlbündel 16, das zweite Lichtstrahlbündel 20 und den zweiten Leistungsanteil 37 des dritten Lichtstrahlbündels 24 zur Bildung der Ausgangsstrahlung 12 in einem Verhältnis von idealerweise 50:50 zu überlagern 150. Das Verhältnis kann innerhalb des Spektralbereichs der Ausgangsstrahlung allerdings aufgrund der Toleranz des Strahlteilers etwas variieren, beispielsweise zwischen 40:60 und 60:40. In weiteren Abwandlungen des Ausführungsbeispiels kann ein anderes Teilerverhältnis vorgesehen sein.
Die Lichtquellen der Fig. 1 bis 3 sind in einem Spezialfall des ersten Ausführungsbeispiels so vorgesehen, dass die zweite Wellenlänge A2 des zweiten Lichtstrahlbündels 20 größer ist als die dritte Wellenlänge A3 (Peakwellenlänge) des dritten Lichtstrahlbündels 24 und, dass die dritte Wellenlänge A3 (Peakwellenlänge) des dritten Lichtstrahlbündels 24 größer ist als die erste Wellenlänge A1 des ersten Lichtstrahlbündels 16.
In Figur 1 ist das erste Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Die Lichtstrahlbündel sind hier schematisch als Pfeile dargestellt. Zur besseren Übersichtlichkeit sind hier die überlagerten Lichtstrahlbündel durch parallele Pfeile dargestellt. Tatsächlich liegen die in der Figur parallel nebeneinander eingezeichneten Zentralstrahlen jeweils identisch aufeinander (siehe Fig.2).
In Figur 2 sind die Randstrahlen der Strahlenbündel dargestellt. Hier ist die Überlagerung der Strahlenbündel ersichtlich. Im ersten Ausführungsbeispiel kann der Strahlteiler 34 plattenförmig ausgeführt sein, wie in Fig .1 dargestellt oder in einer vorteilhaften Abwandlung, als Strahlteilerwürfel wie in Fig. 2 dargestellt. Bei den plattenförmigen Ausführungen des ersten dichroitischen Spiegels 32 bzw. des Strahlteilers 34, kann die funktionale Beschichtung wie dargestellt auf der Seite der Platte liegen, auf der das zweite Lichtstrahlbündel 20 bzw. das dritte Lichtstrahlbündel 30 eintrifft.
Im ersten Ausführungsbeispiel kann die Ausgangsstrahlung mittels einer sechsten Linse 74 gebündelt und in eine Lichtleitfaser 88 ausgegeben werden. Die Linse 74 kann eine Einzellinse sein oder aus mehreren Einzellinsen im Sinne einer Linsengruppe zusammengesetzt sein. Vorteilhaft ist es, einem Achromat zu verwenden. Die Reststrahlung 86 kann durch Ausgeben in eine Strahlfalle 90 geblockt werden. In einer Abwandlung kann man die Strahlfalle 90 weglassen und die Reststrahlung als eine weitere Ausgangsstrahlung 84 verwerten. Die weitere Ausgangsstrahlung kann ein sechstes Strahlenbündel 86 darstellen, welches aus der Vereinigung des dritten 37 und vierten 38 Leistungsanteil gebildet ist.
In einer in Fig. 3 dargestellten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels sind die Ausgangsstrahlung 12 und die Reststrahlung 36 vertauscht angeordnet. Die optionale Fokussieroptik (sechste Linse) wäre dann entsprechend im abgewandelten Ausgangsstrahl 12 zu positionieren. In dieser Abwandlung wird die Reststrahlung 86 auf einen Detektor 92 geleitet, mit welchem Kenngrößen des Lichts, wie Leistung oder Spektrum bestimmt werden können.
In einer weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist, wie in Fig. 4 dargestellt, zusätzlich ein zweiter Spiegel 40 vorgesehen. Der zweite Spiegel 40 ist zum Reflektieren des ersten Lichtstrahlbündels 16 ausgebildet. Dadurch lassen sich die erste Lichtquelle 14, die zweite Lichtquelle 18 und die dritte Lichtquelle 22 nebeneinander anordnen.
In der multispektralen Lichtquelle 10 des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 ist zusätzlich ein zweiter dichroitischer Spiegel 40 vorgesehen. Der zweite dichroitische Spiegel 40 ist zum Reflektieren des ersten Lichtstrahlbündels 16 ausgebildet. Dieser ist im ersten Strahlengang 26 derart angeordnet ist, dass das erste Lichtstrahlbündel 16 von dem zweiten dichroitischen Spiegel 40 reflektierbar ist. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist ferner ein dritter dichroitischer Spiegel 58 vorgesehen, auf diesen wird weiter unten eingegangen.
Der erste dichroitische Spiegel 32 der Fig. 1 bis 4 ist vorliegend als Kurzpass-Spiegel ausgebildet.
Ferner sind in den Fig. 1 und 2 die erste Lichtquelle 14, die zweite Lichtquelle 18 und die dritte Lichtquelle 22 als eine Leuchtdiode ausgebildet.
In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer multispektralen Lichtquelle 10 schematisch dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Lichtquelle 14 zum Bereitstellen 110 des ersten Lichtstrahlbündels 16 einen ersten Leuchtkörper 42 und ein erstes Konverterelement 44 auf. Dabei ist aus dem ersten Leuchtkörper 42 ein erstes Primärlicht 46 emittierbar, und wobei aus dem ersten Konverterelement 44 durch Bestrahlung mit dem ersten Primärlicht 46 das erste Lichtstrahlbündel 16 emittierbar ist. Hierbei ist der zweite Spiegel 40 dichroitisch ausgebildet und in dem ersten Strahlengang 26 zwischen dem ersten Leuchtkörper 42 und dem ersten Konverterelement 44 angeordnet ist, wobei das erste Primärlicht 46 durch den zweiten dichroitischen Spiegel 40 transmittierbar und das erste Lichtstrahlbündel 16 von dem zweiten dichroitischen Spiegel 40 reflektierbar ist.
Zusätzlich weist die zweite Lichtquelle 18 zum Bereitstellen 1 10 des zweiten Lichtstrahlbündels 20 einen zweiten Leuchtkörper 48 und ein zweites Konverterelement 50 auf. Dabei ist aus dem zweiten Leuchtkörper 48 ein zweites Primärlicht 52 emittierbar, sodass aus dem zweiten Konverterelement 50 durch Bestrahlung mit dem zweiten Primärlicht 52 das zweite Lichtstrahlbündel 20 emittierbar ist. Hier ist der erste dichroitische Spiegel 32 in dem zweiten Strahlengang 28 zwischen dem zweiten Leuchtkörper 48 und dem zweiten Konverterelement 50 derart angeordnet ist, dass das zweite Primärlicht 52 transmittierbar und das zweite Lichtstrahlbündel 20 reflektierbar ist. Die dritte Lichtquelle 22 ist als eine Leuchtdiode ausgebildet. In Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer multispektralen Lichtquelle 10 schematisch dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die dritte Lichtquelle 22 zum Bereitstellen 110 des dritten Lichtstrahlbündels 24 einen dritten Leuchtkörper 54, ein drittes Konverterelement 56 und den dritten dichroitischen Spiegel 58 auf. Der dritte dichroitische Spiegel 58 ist dabei als Langpass-Spiegel ausgebildet.
Dabei ist aus dem dritten Leuchtkörper 54 ein drittes Primärlicht 60 emittierbar, und aus dem dritten Konverterelement 56 durch Bestrahlung mit dem dritten Primärlicht 60 ist das dritte Lichtstrahlbündel 24 emittierbar. Dabei ist der dritte dichroitische Spiegel 58 zwischen dem Strahlteiler 34 und dem dritten Konverterelement 56 derart angeordnet ist, dass das dritte Primärlicht 60 reflektierbar und das dritte Lichtstrahlbündel 24 transmittierbar ist.
Die multispektrale Lichtquelle 10 weist Laserdioden als ersten Leuchtkörper 42, zweiten Leuchtkörper 48 und dritten Leuchtkörper 54 auf. Alternativ können einzelne oder alle Leuchtkörper als Leuchtdioden ausgebildet sein. In den Fig. 1 bis 4 umfasst der erste Strahlengang 26 eine erste Kollimationsoptik 64 mit der ersten Linse 64, der zweite Strahlengang 37 eine zweite Kollimationsoptik 66 mit der zweiten Linse 66 und der dritte Strahlengang 30 eine dritte Kollimationsoptik 68 mit der dritten Linse 68. Die als Linse bezeichneten Bauteile können jeweils eine Einzellinse sein oder aus mehreren Einzellinsen zusammengesetzt sein im Sinne einer Linsengruppe. Beispielsweise können Achromate verwendet werden, die aus zwei verkitteten Linsen zusammengesetzt sein können. In Fig. 1 bis 3 ist die erste Linse 64 zwischen der ersten Lichtquelle 14 und dem ersten dichroitischen Spiegel 32 und in Fig. 4 zwischen der ersten Lichtquelle 14 und dem zweiten Spiegel 40 angeordnet. Die zweite Linse 66 ist zwischen der zweiten Lichtquelle 18 und dem ersten dichroitischen Spiegel 32 angeordnet und die dritte Linse 68 ist zwischen der dritten Lichtquelle 22 und dem Strahlteiler 34 angeordnet. Dadurch weisen die Strahlengänge (erster Strahlengang 26, zweiter Strahlengang 28 und dritter Strahlengang 30) am ersten dichroitischen Spiegel und am Strahlteiler jeweils als kollimierte Strahlenbündel (Parallelstrahlenbündel) ausgebildete Abschnitte auf. Dadurch können Farbfehler der Ausgangsstrahlung 12 durch eine eventuelle Winkeldispersion des ersten dichroitischen Spiegels 32 und/oder des Strahlteilers 34 minimiert werden.
In dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 und 6 weist eine erste Abbildungsoptik 64, 70 des ersten Strahlengangs 26 eine vierte Linse 70, welche zwischen dem Leuchtmittel 14,42 und dem zweiten dichroitischen Spiegel 40 angeordnet ist, und eine erste Linse 64, welche zwischen dem ersten Konverterelement 44 und dem zweiten die dichroitischen Spiegel 40 angeordnet ist, auf. Des Weiteren weist die multispektrale Lichtquelle 10 in der zweiten Abbildungsoptik eine dritte Linse 68 und eine siebente Linse 75 auf. Dabei ist eine fünfte Linse 72 zwischen dem Leuchtmittel 18, 48 und dem ersten dichroitischen Spiegel 32 angeordnet und die zweite Linse 66 zwischen dem ersten dichroitischen Spiegel 32 und dem zweiten Konverterelement 50 angeordnet. Die dritte Abbildungsoptik 68, 75 des dritten Ausführungsbeispiels in Fig. 6 weist zudem eine siebente Linse 75 zwischen dem Leuchtmittel 22, 54 und dem dritten dichroitischen Spiegel 58 und die dritte Linse 68 zwischen dem dritten dichroitischen Spiegel 58 und dem dritten Konverterelement 56 auf.
Die erste Abbildungsoptik 64, 70 dient zum Abbilden des ersten Leuchtkörpers 42 auf das erste Konverterelement 44. Sie hat mit der ersten Kollimationsoptik die erste Linse 64 gemeinsam. Die zweite Abbildungsoptik 66, 72 dient zum Abbilden des zweiten Leuchtkörpers 48 auf das zweite Konverterelement 50. Sie hat mit der zweiten Kollimationsoptik die zweite Linse 66 gemeinsam. Die dritte Abbildungsoptik 68, 75 dient zum Abbilden des dritten Leuchtkörpers 54 auf das dritte Konverterelement 56. Sie hat mit der dritten Kollimationsoptik die dritte Linse 68 gemeinsam.
In Fig. 7 ist das Verfahren 100 zum Erzeugen einer multispektralen Ausgangsstrahlung 12, insbesondere einer Weißlichtstrahlung mit einem hohen Farbwiedergabeindex, insbesondere Rf>92, mit einer multispektralen Lichtquelle 10 gemäß einer der Fig. 1 bis 3 dargestellt.
Das Verfahren 100 weist die folgenden Schritte auf: a. Bereitstellen 110 eines ersten Lichtstrahlbündels 16 mit einer ersten Wellenlänge A1 , b. Bereitstellen 110 eines zweiten Lichtstrahlbündels 20 mit einer zweiten Wellenlänge A2, c. Bereitstellen 110 eines dritten Lichtstrahlbündels 24, welches einen Wellenlängenbereich A3min bis A3max mit einer Peakwellenlänge A3 aufweist, d. Vereinigen 120 des ersten Lichtstrahlbündels 16 mit dem zweiten Lichtstrahlbündel 20 mittels eines ersten dichroitischen Spiegels 32 zu einem vierten Lichtstrahlbündel 76, e. Zuleiten 130 des vierten Lichtstrahlbündels 76 zu dem Strahlteiler 34 in einer ersten Richtung 78, f. Zuleiten 130 des dritten Lichtstrahlbündels 24 zu dem Strahlteiler 34 in einer zweiten Richtung 80, g. Teilen 140 des vierten Lichtstrahlbündels 76 mittels des Strahlteilers 34 in einen ersten Leistungsanteil 36 und einen zweiten Leistungsanteil 37, h. Teilen 140 des dritten Lichtstrahlbündels 24 mittels des Strahlteilers 34 in einen dritten Leistungsanteil 38 und einen vierten Leistungsanteil 39, i. Vereinigen 150 des ersten Leistungsanteils 36 des vierten Lichtstrahlbündels76 mit dem vierten Leistungsanteil 39 des dritten Lichtstrahlbündels 24 mittels des Strahlteilers 34 zu einem fünften Lichtstrahlbündel 82, j. Ausgeben 160 des fünften Lichtstrahlbündels 82 als Ausgangsstrahlung 12, k. Ausgeben 160 des zweiten Leistungsanteils (37) und des dritten Leistungsanteils (38) als eine Reststrahlung (86) als oder eine weitere Ausgangsstrahlung (84), wobei der Strahlteiler 34 als ein teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist und ein bis auf eine Toleranz von +-10% wellenlängenunabhängiges Teilerverhältnis (Verhältnis zwischen transmittiertem und reflektiertem Licht) zwischen 30:70 und 70:30, insbesondere ein Teilerverhältnis von 50:50, aufweist.
Bezugszeichenliste / List of reference signs
10 Multispektrale Lichtquelle
12 Ausgangsstrahlung
14 erste Lichtquelle
16 erstes Lichtstrahlbündel
18 zweite Lichtquelle
20 zweites Lichtstrahlbündel
22 dritte Lichtquelle
24 drittes Lichtstrahlbündel
26 erster Strahlengang
28 zweiter Strahlengang
30 dritter Strahlengang
32 erster dichroitischer Spiegel
34 Strahlteiler
36 erster Leistungsanteil
37 zweiter Leistungsanteil
38 dritter Leistungsanteil
39 vierter Leistungsanteil
40 zweiter Spiegel
42 erste Leuchtkörper
44 erstes Konverterelement
46 erstes Primärlicht
48 zweite Leuchtkörper
50 zweites Konverterelement
52 zweites Primärlicht
54 dritter Leuchtkörper
56 drittes Konverterelement
58 dritten dichroitischen Spiegel
60 drittes Primärlicht
62 Wellenlängenfilter
64 Erste Linsengruppe, erste Einzellinse
66 Zweite Linsengruppe, zweite Einzellinse
68 Dritte Linsengruppe, dritte Einzellinse
70 Vierte Linsengruppe, vierte Einzellinse
72 Fünfte Linsengruppe, fünfte Einzellinse
74 Sechste Linsengruppe, sechste Einzellinse
75 Siebente Linsengruppe, siebente Einzellinse
76 viertes Lichtstrahlbündel
78 erste Richtung 80 zweite Richtung
82 fünftes Lichtstrahlbündel
84 weitere Ausgangsstrahlung, sechstes Lichtstrahlbündel
86 Reststrahlung
88 Wellenleiter, Lichtleitfaser
90 Strahlfalle
92 Detektor
A1 erste Wellenlänge
A2 zweite Wellenlänge
A3 dritte Wellenlänge
100 Verfahren
110 Bereitstellen
120 Vereinigen
130 Zuleiten
140 Teilen
150 Vereinigen
160 Ausgeben

Claims

Patentansprüche
1. Multispektrale Lichtquelle (10) zum Erzeugen einer Ausgangsstrahlung (12), umfassend: eine erste Lichtquelle (14), wobei aus der ersten Lichtquelle (14) ein erstes Lichtstrahlbündel (16) mit einer ersten Wellenlänge (A1) emittierbar ist, eine zweite Lichtquelle (18), wobei aus der zweiten Lichtquelle (18) ein zweites Lichtstrahlbündel (20) mit einer zweiten Wellenlänge (A2) emittierbar ist, eine dritte Lichtquelle (22), wobei aus der dritten Lichtquelle (22) ein drittes Lichtstrahlbündel (24) emittierbar ist, welches einen Wellenlängenbereich A3min bis A3max mit einer Peakwellenlänge A3 aufweist, wobei die erste Lichtquelle (14), die zweite Lichtquelle (18) und die dritte Lichtquelle (22) beab- standet zueinander angeordnet sind, zumindest einen ersten dichroitischen Spiegel (32) zum Vereinigen des ersten (16) und zweiten Lichtstrahlbündels (20) zu einem vierten Lichtstrahlbündel (76), wobei der erste dichroitische Spiegel (32) zum Reflektieren des zweiten Lichtstrahlbündels (20) und Transmittieren des ersten Lichtstrahlbündels (16) ausgebildet ist, und wobei der erste dichroitische Spiegel (32) derart angeordnet ist, dass das zweite Lichtstrahlbündel (20) von dem ersten dichroitischen Spiegel (32) reflektierbar ist und das erste Lichtstrahlbündel (16) von dem ersten dichroitischen Spiegel (32) transmittierbar ist, und einen dem ersten dichroitischen Spiegel (32) nachgeordneten Strahlteiler (34), wobei der Strahlteiler (34) zum Teilen des aus dem ersten Lichtstrahlbündel (16) und dem zweiten Lichtstrahlbündel (20) gebildeten vierten Lichtstrahlbündel (76) in einen ersten Leistungsanteil (36) und einen zweiten Leistungsanteil (37) sowie zum Teilen des dritten Lichtstrahlbündels (24) in einen dritten Leistungsanteil (38) und einen vierten Leistungsanteil (39) ausgebildet ist, wobei durch den Strahlteiler (34) der erste Leistungsanteil (36) mit dem vierten Leistungsanteil (39) zur Bildung der Ausgangsstrahlung (12) überlagerbar sind, und der zweite Leistungsanteil (37) zusammen mit dem dritten Leistungsanteil (38) als eine Reststrahlung (86) oder eine weitere Ausgangsstrahlung (86) ausgebbar sind.
2. Multispektrale Lichtquelle (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Spiegel (40) vorgesehen ist, wobei der zweite Spiegel (40) zum Reflektieren des ersten Lichtstrahlbündels (16) ausgebildet ist, und wobei der zweite Spiegel (40) derart angeordnet ist, dass das erste Lichtstrahlbündel (16) von dem zweiten Spiegel (40) reflektierbar ist, bevor es auf den ersten dichroitischen Spiegel (32) trifft.
3. Multispektrale Lichtquelle (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle (14) zum Bereitstellen des ersten Lichtstrahlbündels (16) einen ersten Leuchtkörper (42) und ein erstes Konverterelement (44) aufweist, wobei aus dem ersten Leuchtkörper (42) ein erstes Primärlicht (46) emittier bar ist, und wobei aus dem ersten Konverterelement (44) durch Bestrahlung mit dem ersten Primärlicht (46) das erste Lichtstrahlbündel (16) emittierbar ist, wobei der zweite Spiegel (40) dichroitisch ausgebildet und zwischen dem ersten Leuchtkörper (42) und dem ersten Konverterelement (44) derart angeordnet ist, dass das erste Primärlicht (46) durch den zweiten Spiegel (40) transmittierbar und das erste Lichtstrahlbündel (16) von dem zweiten Spiegel (40) reflektierbar ist.
4. Multispektrale Lichtquelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtquelle (18) zum Bereitstellen des zweiten Lichtstrahlbündels (20) einen zweiten Leuchtkörper (48) und ein zweites Konverterelement (50) aufweist, wobei aus dem zweiten Leuchtkörper (48) ein zweites Primärlicht (52) emittierbar ist, und wobei aus dem zweiten Konverterelement (50) durch Bestrahlung mit dem zweiten Primärlicht (52) das zweite Lichtstrahlbündel (20) emittierbar ist, wobei der erste dichroitische Spiegel (40) zwischen dem zweiten Leuchtkörper (48) und dem zweiten Konverterelement (50) derart angeordnet ist, dass das zweite Primärlicht (52) trans mittierbar und das zweite Lichtstrahlbündel (20) reflektierbar ist.
5. Multispektrale Lichtquelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Lichtquelle (22) zum Bereitstellen des dritten Lichtstrahlbündels (24) einen dritten Leuchtkörper (54), ein drittes Konverterelement (56) und einen dritten dichroitischen Spiegel (58) aufweist, wobei aus dem dritten Leuchtkörper (54) ein drittes Primärlicht (60) emittierbar ist, und wobei aus dem dritten Konverterelement (56) durch Bestrahlung mit dem dritten Primärlicht (60) das dritte Lichtstrahlbündel (24) emittierbar ist, wobei der dritte dichroitische Spiegel (58) zwischen dem Strahlteiler (34) und dem dritten Konverterelement (56) derart angeordnet ist, dass das dritte Primärlicht (60) reflektierbar ist und das dritte Lichtstrahlbündel (24) transmittierbar ist.
6. Multispektrale Lichtquelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Lichtquelle (22), insbesondere einer breitbandigen dritten Lichtquelle (22), und dem Strahlteiler (34) ein Wellenlängenfilter (62) vorgesehen ist, wobei der Wellenlängenfilter (62) ausgelegt ist eine vorbestimmte Wellenlänge aus dem dritten Lichtstrahlbündel (24) zu filtern.
7. Multispektrale Lichtquelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste dichroitische Spiegel (32) und/oder der zweite dichroitische Spiegel (40) als Kurzpass-Spiegel und/oder der dritte dichroitische Spiegel (58) als Langpass-Spiegel ausgebildet ist.
8. Multispektrale Lichtquelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (34) ausgelegt ist, den ersten Leistungsanteil 36) mit dem vierten Leistungsanteil (37) zur Bildung der Ausgangsstrahlung (12) in einem Verhältnis von 80:20 bis 20:80, vorzugweise von 70:30 bis 30:70, weiter vorzugsweise von 60:40 bis 40:60, zu überlagern.
9. Multispektrale Lichtquelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellenlänge (A2) des zweiten Lichtstrahlbündels (20) größer ist als die Peakwellenlänge (A3) des dritten Lichtstrahlbündels (24) und, dass die Peakwellenlänge (A3) des dritten Lichtstrahlbündels (24) größer ist als die erste Wellenlänge (A1) des ersten Lichtstrahlbündels (16).
10. Multispektrale Lichtquelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle (14) und/oder die zweite Lichtquelle (18) und/oder die dritte Lichtquelle (22) oder der erste Leuchtkörper (42) und/oder der zweite Leuchtkörper (48) oder der dritte Leuchtkörper (54) als eine Leuchtdiode oder als eine Laserdiode oder als ein Lichtaustrittsende einer Lichtleitfaser ausgebildet sind.
11. Verfahren (100) zum Erzeugen einer multispektralen Ausgangsstrahlung (12), insbesondere einer Weißlichtstrahlung mit einem hohen Farbwiedergabeindex, insbesondere Rf>92, mit einer multispektralen Lichtquelle (10), insbesondere einer multispektralen Lichtquelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: a. Bereitstellen (110) eines ersten Lichtstrahlbündels (16) mit einer ersten Wellenlänge (A1), b. Bereitstellen (110) eines zweiten Lichtstrahlbündels (20) mit einer zweiten Wellenlänge (A2), c. Bereitstellen (110) eines dritten Lichtstrahlbündels (24), welches einen Wellenlängenbereich A3min bis A3max mit einer Peakwellenlänge A3 aufweist, d. Vereinigen (120) des ersten Lichtstrahlbündels (16) mit dem zweiten Lichtstrahlbündel (20) mittels eines ersten dichroitischen Spiegels (32) zu einem vierten Lichtstrahlbündel (76), e. Zuleiten (130) des vierten Lichtstrahlbündels (76) zu einem Strahlteiler (34) in einer ersten Richtung (78), f. Zuleiten (130) des dritten Lichtstrahlbündels (24) zu dem Strahlteiler (34) in einer zweiten Richtung (80), g. Teilen (140) des vierten Lichtstrahlbündels (76) mittels des Strahlteilers (34) in einen ersten Leistungsanteil (36) und einen zweiten Leistungsanteil (37), h. Teilen (140) des dritten Lichtstrahlbündels (24) mittels des Strahlteilers (34) in einen dritten Leistungsanteil (38) und einen vierten Leistungsanteil (39), i. Vereinigen (150) des ersten Leistungsanteils (36) des mit dem vierten Leistungsanteil (39) mittels des Strahlteilers (34) zu einem fünften Lichtstrahlbündel (82), j. Ausgeben (160) des fünften Lichtstrahlbündels (82) als die Ausgangsstrahlung (12), k. Ausgeben (160) des zweiten Leistungsanteils (37) und des dritten Leistungsanteils (38) als eine Reststrahlung (86) als oder eine weitere Ausgangsstrahlung (84), wobei der Strahlteiler (34) als ein teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist und ein bis auf eine Toleranz wellenlängenunabhängiges Teilerverhältnis zwischen 30:70 und 70:30 insbesondere ein Teilerverhältnis von 50:50, aufweist.
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