具有激發(fā)光源、熒光材料裝置和濾光裝置的照明設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有激發(fā)光源（2）的照明設備，其中，能夠通過控制自轉(zhuǎn)的熒光材料輪（5）和與之同步旋轉(zhuǎn)的濾光輪（12）之間的相位關系控制照明設備的使用光的光譜組成。通過控制相位關系控制來自熒光材料輪（5）的熒光材料元件的轉(zhuǎn)換光與濾光輪（12）的濾光元件在時間上的重疊，也就是控制轉(zhuǎn)換光被濾光元件過濾光譜的程度。
【專利說明】具有激發(fā)光源、熒光材料裝置和濾光裝置的照明設備
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有激發(fā)光源、用于將至少一部分激發(fā)光轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)換光的熒光材料裝置和用于過濾轉(zhuǎn)換光的光譜的濾光裝置。本發(fā)明還涉及一種用于運行這類照明設備的方法。
[0002]這類照明設備特別是可以用作投影儀中產(chǎn)生光的單元，例如用于視頻投影儀或數(shù)字投影儀。
【背景技術(shù)】
[0003]由現(xiàn)有技術(shù)中公知許多用于投影使用的照明設備，這些照明設備具有熒光材料裝置，該熒光材料裝置含有一種或多種熒光材料。這些照明設備還包括激發(fā)光源，它激發(fā)(借助熒光材料使激發(fā)光的波長變化)熒光材料發(fā)出具有不同于激發(fā)光波長的波長的光束。通過合適地偏轉(zhuǎn)激發(fā)光和熒光材料射出的光束(轉(zhuǎn)換光)能夠?qū)⑦@兩種光束匯聚到同一條線上，并且輸送給成像的系統(tǒng)。
[0004]優(yōu)選地使用激光二極管作為激發(fā)光源。在這種情況下還公知一種名為LARP(LaserActivated Remote Phosphor (激光激發(fā)遠程突光粉))的技術(shù)。為了將激光功率在平均時間內(nèi)分布到較大的面積上，從而還減少熒光材料的熱猝滅，通常將至少一種熒光材料涂覆在運行時轉(zhuǎn)動的輪子上。因此，照明設備放射的光束是按光譜的依次順序的不同的轉(zhuǎn)換光，必要時還另外放射有激發(fā)光，在輪流速度夠快的次序中這些光線感覺是混合光或在與成像的單元組合的情況下感覺是彩色圖像。
[0005]投影儀用于各種不同的應用，它們對產(chǎn)生光線的單元的光線照明技術(shù)特性有不同的要求。光線的光譜成分決定它的色彩真實度特性以及能夠借此顯示的色空間。此外對于數(shù)字投影儀而言，在文本或圖表顯示時的亮白色背景十分重要，其中，在色彩真實度方面可以接受妥協(xié)。相反地，在家庭影院應用中追求盡可能的好的具有明亮色彩的色彩真實度。因此提供了特殊的、具有適應預設的(主要)應用的熒光材料輪和濾光輪的投影儀。其中，投影儀的單個光色的光譜(“顏色通道”)由熒光材料和與之同步旋轉(zhuǎn)的濾光輪的光譜特性確定并決定。顏色通道的光通量比重由在熒光材料輪上的不同的熒光材料的區(qū)段情況或濾光輪上的濾光區(qū)段決定。在運行時不可能變換投影儀的光譜特性。通常只能通過更換熒光材料輪和/或濾光輪進行調(diào)適。于是對于家庭影院應用的投影儀需要較大的紅色熒光材料區(qū)段和/或額外地需要朝深紅色方向的濾光作用。相反對于數(shù)字投影儀來說，卻常見較大的綠色熒光材料區(qū)段和黃色熒光材料區(qū)段。
[0006]文獻CN102385233A示出一種用于投影儀的照明設備，其具有泵浦激光器、用于將激發(fā)光的波長轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)換光的熒光材料輪和用于過濾轉(zhuǎn)換光的光譜的濾光輪。激發(fā)光借助二向色鏡轉(zhuǎn)向熒光材料輪。由熒光材料輪發(fā)射回來的轉(zhuǎn)換光穿過二向色鏡，并且投射到濾光輪上。激發(fā)光能夠穿過熒光材料輪內(nèi)的透明區(qū)段，并且通過環(huán)繞帶(Wrap-Around-Schleife)輸送給二向色鏡。二向色鏡將激發(fā)光反射給濾光輪。濾光輪和熒光材料輪布置在一條共同的軸線上，并且因此以相同的速度旋轉(zhuǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種照明設備，特別是用于投影應用的照明設備，該照明設備能夠在運行時改變照明技術(shù)特性，特別是改變光通量和光線的光譜成分。
[0008]該目的通過這樣一種照明設備得以解決，其具有激發(fā)光源、熒光材料裝置，其中該熒光材料裝置具有至少一個熒光材料元件，其能夠被激發(fā)光源的激發(fā)光所照射，并且至少部分地在經(jīng)過波長轉(zhuǎn)變地再次發(fā)射該激發(fā)光，并且此時該熒光材料裝置能夠運動地安置在激發(fā)光源的光路上，并且具有濾光裝置，其中，該濾光裝置具有至少一個濾光元件，其能夠被波長轉(zhuǎn)變的光照射，并且此時該濾光裝置能夠運動地安置在波長轉(zhuǎn)變的光的光路上，還具有運動單元，其被設計用于在至少一個熒光材料元件和至少一個濾光元件之間的相位關系固定的情況下使熒光材料裝置和濾光裝置運動，還具有相位控制單元，其用于控制至少一個自運動的熒光材料元件和至少一個自運動的濾光元件之間的相位關系。
[0009]特別有利的構(gòu)造方案在從屬權(quán)利要求中。
[0010]此外關于運行根據(jù)本發(fā)明的照明設備方面的目的通過一種具有方法的獨立權(quán)利要求的特征的方法得以解決。
[0011]只要能夠應用，下面針對根據(jù)本發(fā)明的照明設備及其構(gòu)造方案所述的特征及其優(yōu)點以類似的方式也適用于根據(jù)本發(fā)明的方法，反之亦然。
[0012]本發(fā)明的基本理念在于，為了按期望改變照明技術(shù)特性，特別是為了改變照明設備的光束的光譜成分，利用自運動的熒光材料裝置(例如自旋轉(zhuǎn)的熒光材料輪)和與之同步(也就是具有在任何時間都恒定的相位關系)運動的濾光裝置(例如自旋轉(zhuǎn)的濾光輪)之間的相位關系。根據(jù)本發(fā)明，通過改變熒光材料輪和濾光輪之間的相位關系能夠控制各個轉(zhuǎn)換光色的光譜和/或比重或功率。
[0013]控制相位關系尤其是包括改變至少一個自運動的熒光材料元件和與之同步運動的濾光元件之間時間上的重疊。其中，改變相位關系也可以是熒光材料元件和濾光元件之間在改變之后才出現(xiàn)時間上的重疊，或者不再有時間上的重疊。在熒光材料元件與濾光元件在時間上重疊期間，由熒光材料發(fā)射的光束可以穿過所謂的濾光元件，并且因此過濾掉相應的光譜。已顯示出的是，借助合適的運動單元和相位控制單元能夠在大約2秒中內(nèi)在熒光材料輪和濾光輪之間制造出新的相位關系。因此能夠根據(jù)當前顯示情境的需要設置投影儀的亮度和可顯示的顏色空間，例如通過可供使用者使用的操作菜單。對亮度和可顯示的顏色空間可能進行的改變的質(zhì)量和數(shù)量可以通過改變相位和熒光材料輪和濾光輪的具體構(gòu)造方式設計。
[0014]為此可以將所述至少一個濾光元件設置為長通濾光器、短通濾光器、帶通濾光器或帶阻濾光器。上述的濾光器也可以以組合的方式設置，也就是說濾光裝置就具有超過一個的濾光元件，例如兩個或三個。其中，兩個在空間上獨立的濾光元件也可以設置成同類的濾光器。此外，濾光裝置還可以具有透明元件，其對于激發(fā)光和波長轉(zhuǎn)變后的光(轉(zhuǎn)換光)是透明的。于是，透明元件至少對于激發(fā)光和轉(zhuǎn)換光或者也對于整個可見的光譜不具有光譜過濾特性，而是有一樣高的透射度，優(yōu)選地幾乎為100%。
[0015]原則上各種各樣的實施方式和運動方式都適用于濾光裝置和熒光材料裝置。至關重要的是，使濾光元件或熒光材料元件的運動同步，并且控制兩個元件的相位關系。濾光裝置和熒光材料裝置例如可以設計用于線性運動。為此可以將濾光元件或熒光材料元件例如分別布置在橫向于投射的光束運動的滑軌上。
[0016]熒光材料裝置和濾光裝置也可以設計用于旋轉(zhuǎn)運動。
[0017]例如熒光材料裝置和濾光裝置分別可以構(gòu)造成滾筒。在這種情況下，熒光材料元件或濾光元件布置在相應滾筒的套面上。
[0018]優(yōu)選地，熒光材料裝置和濾光裝置構(gòu)造成熒光材料輪或濾光輪。然后就可以將至少一個熒光材料元件和至少一個濾光元件構(gòu)造成扇形的或圓環(huán)形的熒光材料區(qū)段或濾光區(qū)段。熒光材料輪和濾光輪之間的相位關系就能夠例如(從輪子的旋轉(zhuǎn)方向上觀察)參照熒光材料區(qū)段或濾光區(qū)段的起始處。于是，當熒光材料區(qū)段的起始處和濾光區(qū)段的起始處同時旋轉(zhuǎn)穿過分別投射的激發(fā)光束或轉(zhuǎn)換光束時，那么相位差為零(熒光材料區(qū)段和濾光區(qū)段的最大時間重疊，也就是最大的光譜過濾)。相反地，當熒光材料區(qū)段已經(jīng)完全穿過激發(fā)光束時，濾光區(qū)段才開始旋轉(zhuǎn)穿過轉(zhuǎn)換光束，那么相位差為最大值(熒光材料區(qū)段和濾光區(qū)段之間不存在時間上的重疊，也就是說不發(fā)生光譜過濾)。相對應于理想的濾光效果，當然可以為相位關系根據(jù)需要設置任意的中間值。此外，也可以用其他方式確定并測量熒光材料輪和濾光輪之間的相位關系。在設計了多個熒光材料區(qū)段和/或濾光區(qū)段時尤其是如此。
[0019]至少一個濾光區(qū)段能夠覆蓋的角范圍與至少一個熒光材料區(qū)段覆蓋的角范圍一樣大。在濾光區(qū)段和熒光材料區(qū)段之間的相位關系合適的情況下，濾光區(qū)段相位與熒光材料區(qū)段相位在時間上重疊，也就是說當激發(fā)光投射在熒光材料輪的熒光材料區(qū)段上，并且被轉(zhuǎn)換時，該轉(zhuǎn)換光投落到濾光輪的同步運轉(zhuǎn)的濾光區(qū)段上。
[0020]此外還可以設計另一個熒光材料區(qū)段，它的角范圍等于或大于至少一個濾光區(qū)段和/或另一個濾光區(qū)段的角范圍。
[0021]將激發(fā)光變換為轉(zhuǎn)換光優(yōu)選地從較短的波長轉(zhuǎn)變?yōu)檩^長的波長(降頻轉(zhuǎn)換)，因為這不需要額外的能量。于是在這種情況下，激發(fā)光的波長比轉(zhuǎn)換光的波長短。為此激發(fā)光源的激發(fā)光可以包含藍色的激光射線和/或藍紫色的和/或紫外的激光射線。
[0022]藍色的激光射線作為激發(fā)光有以下優(yōu)點，S卩，一部分未轉(zhuǎn)換的可以作為藍光一起使用。熒光材料裝置優(yōu)選地包括至少一種具有主導波長在綠色和/或紅色和/或黃色和/或藍色的波長范圍內(nèi)的熒光材料。
[0023]某個光色的光束(彩光)的主導波長(也稱為占主導地位的波長)在CIE色度圖(標準色板)中由從白點穿過測定的彩光的色位延伸的直線與CIE色度圖的附近邊沿的光譜線的切點定義。例如，有效的紅色熒光材料的主導波長為大約600nm。
[0024]熒光材料可以理解為任何能夠轉(zhuǎn)換波長的、特別是固體的材料。波長轉(zhuǎn)換例如可以基于突光或磷光。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的用于運行前述照明設備的方法優(yōu)選地包括至少兩個不同的可選的運行模式A和B，其具有以下方法步驟:
[0026]運行模式A:借助相位控制單元設置至少一個自運動的熒光材料元件和至少一個與熒光材料元件同步運動的濾光元件之間的第一相位關系。
[0027]運行模式B:借助相位控制單元設置至少一個自運動的熒光材料元件和至少一個與熒光材料元件同步運動的濾光元件之間的第二相位關系，其中，第二相位關系不同于第一相位關系。
[0028]第一相位關系相當于至少一個自運動的突光材料兀件和至少一個與突光材料兀件同步運動的濾光元件之間的第一種時間重疊關系，第二相位關系相當于它們之間的另一種時間重疊關系或者也可以是時間上不重疊的關系。
[0029]運行模式A例如可以設計用于數(shù)字投影儀，運行模式B設計用于家庭影院投影設備，或者反過來設計。
[0030]在不同的運行模式之間進行的調(diào)控可以在一個步驟中實現(xiàn)，或者也可以以增量的方式，或者也可以在連續(xù)不斷的過渡中實現(xiàn)。
[0031]此外也可以通過由投影儀的圖像生成單元提供的圖像信息或由另一種信號實現(xiàn)在不同的運動模式之間進行調(diào)控。
[0032]本發(fā)明的其他優(yōu)點、特點和細節(jié)從權(quán)利要求、下面對優(yōu)選實施方式的說明中以及借助附圖得出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]下面要借助實施例更詳盡地闡述本發(fā)明。附圖用示意圖示出:
[0034]圖1根據(jù)本發(fā)明的具有熒光材料輪和濾光輪的照明設備的實施例，
[0035]圖2a根據(jù)圖1所示的照明設備的具有第一相位差的熒光材料輪和濾光輪的第一實施方式，
[0036]圖2b如同圖2a，但是具有第二相位差，
[0037]圖3a與根據(jù)圖2a_b的與濾光輪處于第一種相位關系中的熒光材料輪的第二實施方式，
[0038]圖3b如同圖3a，但是具有第二相位差，
[0039]圖3c如同3a，但是具有第三相位差，
[0040]圖4a處于第一種相位關系中的突光材料輪和濾光輪的第三實施方式，
[0041]圖4b如同圖4a，但是具有第二種相位差，
[0042]圖5a處于第一種相位關系中的突光材料輪和濾光輪的第四實施方式，
[0043]圖5b如同圖5a，但是具有第二種相位差，
[0044]圖6a處于第一種相位關系中的突光材料輪和濾光輪的第五實施方式，
[0045]圖6b如同圖6a，但是具有第二種相位關系，
[0046]圖7紅色熒光材料的發(fā)光曲線和長通濾光器的過濾曲線的示例性的變化曲線，
[0047]圖8綠色熒光材料的發(fā)光曲線和短通濾光器的過濾曲線的示例性的變化曲線，
[0048]圖9激光二極管和紅色熒光材料的發(fā)光曲線以及帶阻濾光器的過濾曲線的示例性的變化曲線，
[0049]圖10根據(jù)本發(fā)明的具有熒光材料輪和濾光輪的照明設備的另一種實施例?！揪唧w實施方式】
[0050]下面為了簡單起見也可以用相同的附圖標記標識相同的或同類的特征。
[0051]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的照明設備I的示意圖。
[0052]照明設備I包括構(gòu)造成激光二極管矩陣的激發(fā)光源2，它包括多個激光二極管3(這里分別包括一個主透鏡)。激發(fā)光源2被設計用于發(fā)出藍色光譜范圍內(nèi)的光束，因為這一方面對于大部分的熒光材料是合適的激發(fā)波長。另一方面這使得能夠利用未轉(zhuǎn)換的藍色激光作為藍光通道(B)，例如用于紅黃藍投影單元(RGB-Projektionseinheit)。因此，在本實施例中如下地選擇激光二極管3，即，激光二極管放射藍色激光射線Ib形式的、放射波長例如為大約400至470nm的激發(fā)光。
[0053]通過相對應于激光二極管3的轉(zhuǎn)向鏡4將激光二極管3的藍色激光轉(zhuǎn)到構(gòu)造成熒光材料輪5的熒光材料裝置上，藍色極光在這里轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N主導波長的光，例如轉(zhuǎn)變?yōu)樘幱诰G色光譜范圍內(nèi)的光Ie。為此，熒光材料輪5具有一種或多種不同的熒光材料，它們布置在熒光材料輪5的圓環(huán)形的區(qū)段內(nèi)并且通過旋轉(zhuǎn)熒光材料輪5按時間順序依次被激發(fā)光Ib投射，并且能夠被激發(fā)射出波長轉(zhuǎn)換的光。由激光矩陣2射出的藍色激發(fā)光Ib借助鏡頭6聚焦到自轉(zhuǎn)的熒光材料輪5的熒光材料區(qū)段上。由旋轉(zhuǎn)經(jīng)過激發(fā)光斑下方的熒光材料區(qū)段回射(zurueckgestrahlte)的、波長轉(zhuǎn)換的光由鏡頭6對準并且通過二向色鏡7借助反射去耦。為此，二向色鏡7布置在激發(fā)光源2和熒光材料輪5之間，與光路形成45°的傾斜狀態(tài)。此外，二向色鏡7被設計用于透射藍色光譜范圍內(nèi)的光，并且反射非藍色光譜范圍內(nèi)的光。由此藍色激發(fā)光Ib能夠一方面穿過二向色鏡7到達熒光材料輪5，另一方面二向色鏡7使經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的、即例如綠色光Ie垂直地從激發(fā)光光路上去耦。二向色鏡7在這里就作為選擇波長的分束器。
[0054]此外，熒光材料輪5還具有對于藍色激發(fā)光Ib來說透明的區(qū)域，例如無材料的開口，通過這個開口藍色激發(fā)光Ib能夠在與熒光材料輪5不發(fā)生相互作用的情況下穿過該熒光材料輪。作為代替，這個開口也可以填充有透明的材料。透射的并且通過另一個鏡頭8對準的藍色激發(fā)光通過三個轉(zhuǎn)向鏡9，10，11轉(zhuǎn)向所謂的“環(huán)繞式”分支，并且被引導回到二向色鏡7。
[0055]來自“環(huán)繞式”分支的未轉(zhuǎn)換的藍色激發(fā)光束Ib穿過二向色鏡7。相反地，為此按時間順序依次投射到二向色鏡7的另一側(cè)上的轉(zhuǎn)換后的(等于經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的)光束Ie被二向色鏡7反射。因為激發(fā)光束Ib和轉(zhuǎn)換光束Ie相互垂直并且分別以45°投射到二向色鏡7的兩個相反的側(cè)面上，所以以這種方式最終將兩個光路匯聚在同一條線上以及通過另一個聚焦透鏡系統(tǒng)6’聚焦到濾光輪12上。在經(jīng)過濾光輪12以后,激發(fā)光Ib和轉(zhuǎn)換光Ie為了空間重疊(混合)例如進入投影模塊的積分器13中。濾光輪12具有至少一個濾光區(qū)段，以便縮減或改變通過熒光材料轉(zhuǎn)換波長的光(轉(zhuǎn)換光)的通常非常寬的光譜，并且因此例如為相應的投影應用優(yōu)化顏色空間。
[0056]激光二極管矩陣2下游還連接著均化器14，用于在熒光材料輪5的熒光材料上實現(xiàn)盡可能相同形式的藍色激光射線b的功率密度分布。由此應該盡可能避免或最小化所謂的猝滅。猝滅是由于功率密度升高(強度猝滅)和/或溫度升高(熱猝滅)造成的熒光材料的轉(zhuǎn)換效率降低。理想的是激發(fā)光的功率密度臺階狀地(plateauformige)分布在熒光材料上。
[0057]此外在第三轉(zhuǎn)向鏡11和二向色鏡7之間設置第二個均化器15，用于將在未轉(zhuǎn)換的情況下穿過熒光材料輪5的藍色激發(fā)光Ib在與轉(zhuǎn)換光Ie組合之前進一步均化，或用于減少該應用中可能出現(xiàn)的散斑圖案。均化器也可以包含用于形成光束的光學元件。
[0058]熒光材料輪5和濾光輪12通過相位控制單元16同步地驅(qū)控，也就是說具有固定的相位關系，其中，可以設置熒光材料輪5和濾光輪12之間的相位差。不僅熒光材料輪5還有濾光輪12通過兩件式的驅(qū)動單元17置于同步旋轉(zhuǎn)，也就是具有相同的轉(zhuǎn)速。
[0059]在圖1中所示的照明設備的(未示出的)變化方案中，如果藍光成分也像其他的彩光成分一樣借助熒光材料轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，那么也可以省去環(huán)繞帶。在這種情況下，熒光材料輪具有代替對于激發(fā)光來說透明的區(qū)域的藍色熒光材料區(qū)段。由藍色熒光材料在用激發(fā)光照射時產(chǎn)生的藍光和由其他的熒光材料區(qū)段按時間順序依次產(chǎn)生的其他彩光成分被二向色鏡向濾光輪去耦。因此只對于環(huán)繞帶來說必要的光學元件是多余的，也就是在圖1中布置在熒光材料輪5后方的準直鏡頭8，三個緊跟著的45°轉(zhuǎn)向鏡9至11以及最后是第二均化器15。此外，在必要的情況下，要為激發(fā)藍色熒光材料合適地調(diào)適二極管矩陣2的激光二極管的波長。合適的例如有藍紫色的激光波長。同樣地相應調(diào)適二向色鏡的涂層，也就是如下地，即，也反射寬帶的藍色轉(zhuǎn)換光，并且僅透射窄帶的藍紫色的激光。
[0060]下面參照圖2至5闡述熒光材料輪5和濾光輪12的不同的實施方式，以及示例性地闡述熒光材料輪5和濾光輪12之間的不同的相位差對最后的使用光的光譜組成的影響。其中，為了更清楚起見，熒光材料輪5在濾光輪12內(nèi)示出，具體來說具有分別借助相位控制單元16設置的相位差。由此能夠簡單地解讀出，從某個位置向熒光材料輪5回射的并且由相應的熒光材料轉(zhuǎn)換的或通過環(huán)繞帶未轉(zhuǎn)換的光束何時投落到濾光輪12上或投落在濾光輪12上的哪個位置上。在圖2a，2b中，為了展示清楚而示例性地繪出了熒光材料輪5上的藍色的激發(fā)光斑Ib和濾光輪12上的轉(zhuǎn)換光斑Ικ。就此而言，這些示意圖不必符合真實的大小比例，而是主要用于簡單地展示熒光材料輪5和濾光輪12之間的不同的相位關系。為了簡單起見，也從熒光材料輪和濾光輪的相同的角速度出發(fā)，因此相同的角范圍就等于相同的熒光材料輪和濾光輪被照射區(qū)域的照射持續(xù)時間。以下觀點對于根據(jù)本發(fā)明的照明設備在具有和不具有環(huán)繞帶的情況下都適用。
[0061]圖2a用示意圖示出根據(jù)圖1所示的照明設備I中的熒光材料輪5和濾光輪12的第一種實施方式。熒光材料輪5具有四個圓環(huán)形的區(qū)段，它們按順序用綠色熒光材料G、紅色熒光材料R和黃色熒光材料Y涂層。第四個區(qū)段T/B要么是透明的T，也就是能讓用于環(huán)繞帶的藍色的激發(fā)光Ib順利通過，要么以藍色熒光材料B涂覆(不具有環(huán)繞帶的變化方案)。濾光輪12具有兩個圓環(huán)形的區(qū)段、一個長通濾波區(qū)段r和一個透明區(qū)段t。就長通濾光器的過濾效果而言可以參見圖7和所配的說明。紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾波區(qū)段r的各個時間長度(=相應的扇形的角范圍α )在這里以如下方向相互協(xié)調(diào)，g卩，它們等于掃過的光束的相同的持續(xù)時間(=在熒光材料輪和濾光輪的角速度相同的情況下的相同的角范圍)。此外，借助相位控制單元16 (參見圖1)如下地相互協(xié)調(diào)相位，即，在激發(fā)光束IbH過紅色熒光材料區(qū)段R期間，回射回來的紅色的轉(zhuǎn)換光Ik的短波部分也同時由長通濾波區(qū)段r過濾掉。因此，紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾波區(qū)段r之間的相位差在這個例子中等于零。由此使得主導波長向較長波的紅色方向推移。在相位同步的情況下，濾光輪12的長通濾波區(qū)段r就用作由紅色熒光材料區(qū)段R轉(zhuǎn)換的紅光的長通濾光器。紅色熒光材料區(qū)段R就完全被濾光輪12的長通濾波區(qū)段r覆蓋。其余的光色，也就是未轉(zhuǎn)換的(具有環(huán)繞帶)或轉(zhuǎn)換后的(不具有環(huán)繞帶)藍光和被黃色熒光材料區(qū)段Y以及綠色熒光材料區(qū)段G轉(zhuǎn)換的黃光或綠光穿過濾光輪12的透明區(qū)段t，也就是保持光譜未過濾。在這樣設置熒光材料輪5和濾光輪12的相位的情況下(具體來說就是相位相同，也就是說紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾波區(qū)段r之間的相位差等于零)，就減少了紅色比重(因為只有長波部分能夠穿過長通濾光器)，否則整體光通量卻保持最大。
[0062]圖2b示出相對于圖2a發(fā)生了變化的相位關系。在這里，來自熒光材料輪5的紅色熒光材料區(qū)段R的紅光Ik穿過濾光輪12的透明區(qū)段t，也就是保持光譜未過濾。長通濾波區(qū)段r更多地以緊跟著紅色熒光材料區(qū)段R的黃色熒光材料區(qū)段Y為開端，并且因此過濾掉黃光的短波部分。但是因為黃色熒光材料區(qū)段Y在時間上比長通濾光區(qū)段r更長(配屬于黃色突光材料區(qū)段Y的扇形區(qū)的角范圍β大于角范圍ct )，所以只過濾了一部分黃光相位。在這樣設置紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾光區(qū)段r的相位時(具體來說在這里是如下地在旋轉(zhuǎn)方向上推移相位，使得紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾光區(qū)段r不重疊)，整體光通量相對于在圖2a中所示的相位設置減小。然而紅色比重卻更高。其余的光色，也就是未轉(zhuǎn)換的(具有環(huán)繞帶)或轉(zhuǎn)換后的(不具有環(huán)繞帶)藍光和被綠色熒光材料區(qū)段G轉(zhuǎn)換的綠光穿過透明區(qū)段t，也就是同樣和紅光一樣保持光譜未過濾。
[0063]在圖3a至3c中示意性示出的配置中，熒光材料輪5沒變化。但是在濾光輪12上在長通濾波區(qū)段r的對面還布置了短通濾波區(qū)段g。就短通濾光器g的過濾效果而言可以參見圖8和所配的說明。
[0064]在圖3a中所示的相位關系基本上等同于圖2a中所示的相位關系，也就是說紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾波區(qū)段r之間的相位差為零。短通濾波區(qū)段g同時遮蓋住與熒光材料輪5的透明區(qū)域T/A (相當于藍光區(qū)段)一樣的角范圍。因為短通濾波區(qū)段g讓短波的藍光能夠順利地通過，所以藍光保持光譜未過濾。因此整體效果相當于圖2a所示的整體效果。
[0065]在圖3b中所示的對熒光材料輪5和濾光輪12的相位的設置對于紅色范圍來說相當于在圖2b中所示的設置。因此，效果就紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾波區(qū)段r而言也是相同的。但是，額外地，綠光的長波部分也在一部分綠光相位期間(相當于角范圍α)被短通濾波區(qū)段g過濾掉。由此使綠色的轉(zhuǎn)換光的主導波長變得更短。在綠光相位的其他持續(xù)期間(相當于β減去α的角范圍)，綠光穿過濾光輪12的透明區(qū)域t，也就是保持未過濾。在總體效果上整體得到相對于圖3a更小的光通量，同時綠色部分被過濾，但是紅色部分增加。
[0066]最后在圖3c中示出一種設置，其中，紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾波區(qū)段r之間的相位差相當于在圖3a或3b中所示設置之間的中間設置。紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾波區(qū)段r在時間上的重疊相當于重疊的扇形區(qū)的角范圍Y。該重疊的角范圍Y小于對應紅色熒光材料區(qū)段R或長通濾波區(qū)段r的扇形區(qū)的整個角范圍a。長通濾波區(qū)段r的整個角范圍α的其余部分α減去Υ與黃色熒光材料區(qū)段Y的相應部分重疊。這樣的中間設置當然也可以在圖2a，b中所示的變化方案中利用僅一個濾光區(qū)段設置。短通濾波區(qū)段g在角范圍δ內(nèi)與綠色熒光材料區(qū)段G重疊。短通濾波區(qū)段g的整個角范圍α的其余部分α減去δ與藍光區(qū)段Τ/Β的相應部分重疊。在總體效果上，整體上得到偶爾過濾掉紅色、黃色和綠色成分的光通量。
[0067]在圖4a和4b中示意性示出的配置中，濾光輪12類似于在圖3a_c中除了透明區(qū)段t以外不僅具有長通濾波區(qū)段r還有短通濾波區(qū)段g。然而，兩個濾光區(qū)段!和g不是相對置的而是相鄰布置的。熒光材料輪5不僅具有紅色熒光材料區(qū)段R、黃色光材料區(qū)段Y和透明的藍光區(qū)段或藍色材料區(qū)段T/B。
[0068]圖4a示出一種相位關系，其中，兩者都占據(jù)相同的角范圍ε的紅色熒光材料區(qū)段R和長通濾波區(qū)段r在時間上完全重疊。緊跟著的占據(jù)角范圍η的短通濾波區(qū)段g與黃色熒光材料區(qū)段Y的一部分重疊，該區(qū)段占據(jù)熒光材料輪5的方位角的大部分(角范圍μ大于ε加η)。黃色熒光材料區(qū)段Y的其余部分和藍光或藍色熒光材料區(qū)段Τ/Β投落到濾光輪12的透明區(qū)段t上，也就是不會經(jīng)歷光譜過濾。在總體效果上，在這種設置下最終整體帶有減少的紅色部分以及偶爾過濾掉黃色部分的最大光通量。
[0069]在圖4b中所示的相位關系中，紅色熒光材料區(qū)段R結(jié)束后才開始長通濾波區(qū)段r，也就是說紅色部分保持未過濾。為此，長通濾波區(qū)段r與一部分黃色熒光材料區(qū)段Y重疊。緊跟著的短通濾波區(qū)段g同樣與一部分黃色熒光材料區(qū)段Y重疊。也就是通過長通濾波區(qū)段r或短通濾波區(qū)段g分別過濾掉一部分黃光通量。于是在總體效果上，在這種設置下整體上得到相對于在圖4a中所示的設置較少的光通量，但是放射的光的紅色部分變大。
[0070]在圖5a和5b中示意性示出的配置中，濾光輪12原則上相當于在圖4a_b上所示的濾光輪。然而這里的短通濾波區(qū)段g延伸過濾光輪12的一半，也就是說相應的角范圍達到180°。這樣確定鄰接的長通濾波區(qū)段r的大小，即，濾光輪12的保留的透明區(qū)段t遮蓋住與熒光材料輪5的藍光或藍色熒光材料區(qū)段T/B相同的角范圍λ。熒光材料輪5的其余部分，也就是角范圍360°減去λ，被黃色熒光材料區(qū)段Y遮蓋。確切的說此處涉及BY熒光材料輪。
[0071]在圖5a所示的相位關系中，短通濾波區(qū)段g以熒光材料輪5的藍光或藍色熒光材料區(qū)段T/B為開端，并且延伸過黃色熒光材料區(qū)段Y的第一部分。黃色熒光材料區(qū)段Y的保留的180°角范圍與長通濾波區(qū)段r重疊達到角范圍λ。于是，黃色熒光材料區(qū)段Y中只有角范圍λ保持光譜未過濾。在藍光區(qū)段Τ/Β期間投落到短通濾波區(qū)段g上的短波的藍光同樣光譜未過濾地穿過短通濾光器。在總體效果上，在這種設置下整體上得到偶爾被短通濾波區(qū)段g或長通濾波區(qū)段r過濾掉黃色部分時的最大光通量。
[0072]在圖5b中所示的相位關系中，熒光材料輪5的藍光或藍色熒光材料區(qū)段T/B和濾光輪12的覆蓋相同角范圍λ的透明區(qū)段t完全重疊。由此黃色熒光材料區(qū)段Y也在它的整個角范圍(360°減去λ)上與短通濾波區(qū)段g和緊跟著的長通濾波區(qū)段r重疊。于是在總體效果上，整體得到比在圖5a中所示的設置下更少的光通量，但是含有更多的綠色成分。
[0073]在圖6a和6b中示意性示出的配置中，濾光輪12具有透明區(qū)段t、短通濾波區(qū)段g和帶阻濾光器O。就帶阻濾光器ο的過濾效果而言可以參見圖9和所配的說明。熒光材料輪5相對于在圖5a，b中所示的熒光材料輪額外地具有綠色熒光材料區(qū)段G。確切的說此處涉及BYG熒光材料輪。
[0074]在圖6a中所示的相位關系中，短通濾波區(qū)段g與綠色熒光材料區(qū)段G完全重疊，并且與藍光或藍色熒光材料區(qū)段T/B部分重疊。因此過濾掉全部的綠光相位。短波的藍光不僅能夠通過短通濾光器還能夠通過帶阻濾光器，因此保持光譜未過濾。一部分接下來的黃光相位被帶阻濾光器過濾掉。剩下的黃光相位穿過濾光輪的緊接著的透明區(qū)段t保持光譜未過濾。總體上在這種設置下得到帶有很多黃色部分的最大光通量。
[0075]在圖6b中所示的相位關系中，黃色熒光材料區(qū)段Y與帶阻濾光器ο完全重疊并且與大部分的短通濾光器g重疊，也就是說，黃光相位完全被過濾掉。透明區(qū)段t與綠色熒光材料區(qū)段G完全重疊并且與大部分的藍光或藍色熒光材料區(qū)段T/B重疊，也就是說不僅綠光相位還有藍光相位都保持光譜未過濾。總體上在這種設置下得到相對于圖6a更少的光通量，同時不含黃色部分，但是卻含有更多的紅色和綠色。
[0076]圖7示意性示出紅色熒光材料的發(fā)光曲線20和長通濾光器的理想化的濾光曲線21。為此在Y軸上標出示意性地在波長λ上的由紅色熒光材料發(fā)射的光功率LK。針對濾光曲線21，理想化的透射T標為波長λ的函數(shù)。在這種示例性的例子中可以看出，長通濾光器阻擋紅色熒光材料的發(fā)光光譜20的短波部分，并且僅透射較長波的部分。其中，真實的濾光器當然不具有理想化的階梯函數(shù)。這也適用于以下例子圖8-9。
[0077]圖8示意性地示出綠色熒光材料的發(fā)光曲線22和長通濾光器的濾光曲線23。這里可以看出，短通濾光器阻擋紅色熒光材料的發(fā)光光譜22的長波部分，并且僅僅透射較短波的部分。
[0078]圖9示意性地示出藍色激光二極管以及紅色熒光材料的發(fā)光曲線24，25和帶阻濾光器的濾波曲線26。在這里可以看出，帶阻濾光器透射短波的藍色激光24和紅色熒光材料的發(fā)光光譜25的較長波的部分，并且僅僅阻擋窄的波長區(qū)域，這個區(qū)域基本上與紅色熒光材料的發(fā)光光譜25的較短波的部分重合。
[0079]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的照明設備的在圖1中所示的實施例的變化方案100的示意圖。該變化方案與在圖1中所示的實施例的區(qū)別主要在于，激發(fā)光源2(包括轉(zhuǎn)向鏡和第一均化器的激光二極管矩陣)和濾光輪12 (包括聚焦透鏡系統(tǒng)6’和光學積分器13)的位置調(diào)換。此外，相應地調(diào)適二向色鏡107的涂層，也就是對于藍色的激光射線Ib是反射性的，并且對于轉(zhuǎn)換光是透明的，例如綠光Ie。藍色的激光Ib就由二向色鏡107反射到熒光材料輪5上。來自那里的轉(zhuǎn)換光Ie穿過二向色鏡107，并且借助聚焦透鏡系統(tǒng)6’聚焦到濾光輪12上。來自環(huán)繞帶的藍色激光Ib由二向色鏡107聚焦到濾光輪12上。在濾光輪12以后，各個彩光成分按時間順序依次進入光學積分器13或另一種光學系統(tǒng)。在圖10中所示的照明設備100的其他元件及其布置與在圖1中所示的照明設備I相同。特別是借助相位控制單元16控制熒光材料輪5和濾光輪12之間的相位也沒有變化。就這點而言，熒光材料輪5和濾光輪12的在圖2a-6b中所示的實施方式以及它們不同的相位關系可以用于在圖10中所示的照明設備100。
[0080]不言而喻地，以上闡述的熒光材料輪和濾光輪的實施方式以及分別示出的相位關系只是示例性的，并且此外還可以考慮更多其他的變化方案，它們同樣落在權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。濾光輪也可以直接布置在熒光材料輪的反射側(cè)前方。濾光輪和熒光材料輪也可以布置在同一個旋轉(zhuǎn)軸線上，只要能夠控制兩個輪之間的相位關系。也可以設計以串聯(lián)的方式布置多個濾光輪，它們分別具有相對于熒光材料輪和/或與其他濾光輪能夠單獨設置的相位關系。
【權(quán)利要求】
1.一種照明設備(1)，包括 a.激發(fā)光源(2)， b.熒光材料裝置(5)， i.其中，所述熒光材料裝置(5)具有至少一個熒光材料元件(R，G，B，Y)，所述熒光材料元件能夠以所述激發(fā)光源(2)的激發(fā)光照射，并且所述激發(fā)光至少部分地經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換地再次發(fā)射出去，并且 ii.其中，所述熒光材料裝置(5)能夠運動地布置在所述激發(fā)光源(2)的光路上， c.濾光裝置(12)， i1.其中，所述濾光裝置(12)具有至少一個濾光元件(r，g)，所述濾光元件能夠以波長轉(zhuǎn)換的光束照射，并且 ii.其中，所述濾光裝置(12)能夠運動地布置在所述波長轉(zhuǎn)換光的光路上， d.運動單元(17)設計用于，在所述至少一個熒光材料元件(R，G，B，Y)和至少一個所述濾光元件(r，g)之間以固定的相位關系運動所述熒光材料裝置(5)和所述濾光裝置(17)， e.以及相位控制單元(16)，用于控制至少一個自運動的所述熒光材料元件(R，G，B，Y)和至少一個自運動的所述濾光元件(r，g)之間的所述相位關系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設備，其中，能夠運動的所述熒光材料裝置構(gòu)造成能夠旋轉(zhuǎn)的熒光材料輪(5)，并且能夠運動的所述濾光裝置構(gòu)造成能夠旋轉(zhuǎn)的濾光輪(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明設備，其中，所述相位控制單元(16)設計用于控制在所述熒光材料輪(5)和所述濾光輪(12)之間的所述相位關系。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的照明設備，其中，所述至少一個濾光元件設計成長通濾光器(r )、短通濾光器(g )、帶阻濾光器(ο )或帶通濾光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明設備，具有一個或者多個其他的濾光元件，所述其他的濾光元件設計為在權(quán)利要求4中所述的濾光器構(gòu)成的組中的濾光器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的照明設備，其中，所述濾光裝置(12)具有透明元件(t )，所述透明元件對于所述激發(fā)光和所述經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光是透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的照明設備，其中，所述至少一個熒光材料元件和所述至少一個濾光元件構(gòu)造成扇形的或者圓環(huán)形的熒光材料區(qū)段(R，G，B，Y)或濾光區(qū)段(r,g)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明設備，其中，所述至少一個濾光元件(r)占據(jù)角范圍(α，ε )，所述角范圍與所述至少一個熒光材料區(qū)段(R)的角范圍(α，ε ) 一樣大。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的照明設備，其中，所述至少一個濾光區(qū)段(r)的所述角范圍(α )小于另一個突光材料區(qū)段(Y)的角范圍(β )。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的照明設備，其中，所述激發(fā)光源(2)的所述激發(fā)光包括藍色的激光射線和/或藍紫色和/或紫外的激光射線。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的照明設備，其中，所述熒光材料裝置(5)包括至少一種熒光材料，所述至少一種熒光材料包括在綠色(G)和/或紅色(R)和/或黃色(Y)和/或藍色(B)的波長范圍內(nèi)的主導波長。
12.一種用于運行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的照明設備的方法，所述方法具有至少兩個不同的能夠選擇的運行模式，包括:a.運行模式A:借助所述相位控制單元(16)設置在至少一個自運動的所述熒光材料元件(R)和至少一個與所述熒光材料元件(R)同步運動的所述濾光元件(r)之間的第一相位關系 b.運行模式B:借助所述相位控制單元(16)設置在至少一個自運動的所述熒光材料元件(R)和至少一個與所述熒光材料元件(R)同步運動的所述濾光元件(r)之間的第二相位關系，其中，所述第二相位關系不同于所述第一相位關系。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一相位關系相當于至少一個自運動的所述熒光材料元件(R)和至少一個與所述熒光材料元件(R)同步運動的所述濾光元件(r)之間的第一時間重疊關系，并且所述第二相位關系相當于至少一個自運動的所述熒光材料元件和至少一個與所述熒光材料元件同步運動的所述濾光元件之間的另一種時間重疊關系或者也可以是時間上不重疊的關系，并且其中，在時間重疊期間，由所述至少一個熒光材料元件(R)發(fā)射的光束(Ik)能夠穿過提及的所述濾光元件(r)。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的照明設備在投影儀中的應用。
【文檔編號】H04N9/31GK103888740SQ201310689390
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】于爾根·米勒 申請人:歐司朗有限公司