DE102015011126A1

DE102015011126A1 - Lighting device for a vehicle

Info

Publication number: DE102015011126A1
Application number: DE102015011126.4A
Authority: DE
Inventors: Nathan Brüchner
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-03-02
Also published as: EP3135988B1; EP3135988A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend eine Laserdiodenanordnung, aufweisend eine Anzahl im Wesentlichen monochromatischer Laserdioden, eine optische Einrichtung und ein Lichtwellenlängenkonversionselement zur Wellenlängenkonversion, wobei die optische Einrichtung ausgebildet ist, das von der Laserdiodenanordnung erzeugte Licht auf das Lichtwellenlängenkonversionselement zu lenken, und wobei das Lichtwellenlängenkonversionselement ausgebildet ist, das über die optische Einrichtung auf das Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkte Licht der Laserdiodenanordnung zumindest anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren. Die Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Laserdiodenvorrichtung (7) ausgebildet ist, Laserstrahlung mindestens zweier unterschiedlicher Wellenlängen (λ1, λ2) zu erzeugen.The present invention relates to a lighting apparatus for a vehicle, comprising a laser diode array comprising a plurality of substantially monochromatic laser diodes, an optical device, and a wavelength conversion light wavelength conversion element, the optical device configured to direct the light generated by the laser diode array to the light wavelength conversion element. and wherein the light wavelength conversion element is designed to at least partially convert the light of the laser diode arrangement directed to the light wavelength conversion element via the optical device into light of a different wavelength. The illumination device is characterized in that the laser diode device (7) is designed to generate laser radiation of at least two different wavelengths (λ1, λ2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend eine Laserdiodenanordnung, aufweisend eine Anzahl im Wesentlichen monochromatischer Laserdioden; eine optische Einrichtung; und ein Lichtwellenlängenkonversionselement zur Wellenlängenkonversion, wobei die optische Einrichtung ausgebildet ist, das von der Laserdiodenanordnung erzeugte Licht auf das Lichtwellenlängenkonversionselement zu lenken, und wobei das Lichtwellenlängenkonversionselement ausgebildet ist, das über die optische Einrichtung auf das Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkte Licht der Laserdiodenanordnung zumindest anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren.The present invention relates to a lighting device for a vehicle comprising a laser diode array comprising a plurality of substantially monochromatic laser diodes; an optical device; and a wavelength conversion light wavelength conversion element, wherein the optical device is configured to direct the light generated by the laser diode array onto the light wavelength conversion element, and wherein the light wavelength conversion element is formed, the laser diode array light directed to the light wavelength conversion element via the optical device at least partially into light of other wavelength to convert.

Insbesondere im Automobilbau ist seit Jahren ein Trend hin zu kleineren, hocheffizienten Scheinwerfermodulen erkennbar, mit Hilfe derer auf kleinstem Bauraum leistungsstarke Lichtquellen realisiert werden sollen. Es ist abzusehen, dass die bereits etablierten LED-Scheinwerfermodule in naher Zukunft von Laserlichtquellen ersetzt werden, da Laserlichtquellen verbesserte Leuchtdichten, eine höhere Effizienz sowie erweiterte Anwendungen ermöglichen können. Ein derartiges Anwendungsbeispiel sind projizierende, hochauflösende Matrixscheinwerfer, die dynamisch an die gegebene Fahrbahnsituation angepasst werden können.Especially in the automotive industry, a trend towards smaller, highly efficient headlight modules has been recognizable for years, with the help of which high-performance light sources are to be realized in the smallest possible space. It is foreseeable that the already established LED headlamp modules will be replaced by laser light sources in the near future as laser light sources can provide improved luminance, efficiency and advanced applications. Such an example of application are projecting, high-resolution matrix headlights, which can be adapted dynamically to the given roadway situation.

Die DE 10 2010 034 054 A1 offenbart eine laserbasierte Weißlichtquelle, die anteilig Licht aus einem ersten Wellenlängenbereich, insbesondere im blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich, emittiert und das Licht mittels eines Konvertierungsmediums in einen zweiten Wellenlängenbereich konvertiert, insbesondere in einen gelblichen Bereich, und aus der Mischung der beiden Spektralfarben ein als weiß wahrgenommenes Licht erzeugt. Der konvertierte, gelbliche Anteil des erzeugten Lichts weist aufgrund der Charakteristik des Konvertierungselements ein breiteres, polychromatisches Spektrum auf; während der bläuliche Anteil des Lichts, der nicht-konvertierte Anteil, ein quasi-monochromatisches Spektrum aufweist.The DE 10 2010 034 054 A1 discloses a laser-based white light source which proportionally emits light from a first wavelength range, in particular in the blue and / or ultraviolet spectral range, and converts the light by means of a conversion medium into a second wavelength range, in particular into a yellowish range, and from the mixture of the two spectral colors as produces white perceived light. The converted yellow portion of the generated light has a wider polychromatic spectrum due to the characteristic of the conversion element; while the bluish portion of the light, the unconverted portion, has a quasi-monochromatic spectrum.

Diese Vorrichtung hat zweierlei Nachteile. Zum einen entstehen bei der anteiligen Umwandlung des Lichts aus einem bläulichen in einen gelblichen Bereich, dem sogenannten Stokes-Shift, hohe Energieverluste, die als Wärmestrahlung emittiert werden und aufwändig abgeführt werden müssen. Der zweite, wesentliche Nachteil ist die inhomogene Spektralverteilung, die durch die Mischung aus konvertiertem, polychromatischem Licht im gelblichen Bereich und aus nicht konvertiertem, quasi-monochromatischem Licht erhalten wird. Dies führt zu verfälschten Farbwahrnehmungen, welche im Straßenverkehr zum Nachteil des Fahrers gereichen können.This device has two disadvantages. On the one hand, the proportionate conversion of light from a bluish to a yellowish region, the so-called Stokes shift, results in high energy losses, which are emitted as heat radiation and have to be dissipated in a complex manner. The second major drawback is the inhomogeneous spectral distribution obtained by the mixture of converted polychromatic light in the yellowish region and unconverted, quasi-monochromatic light. This leads to falsified color perceptions which can be detrimental to the driver on the road.

In der DE 10 2012 002 232 A1 hingegen wird eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches ohne die aus der DE 10 2010 034 054 A1 bekannten Konvertierungsverluste auskommt. Hier wird mit Hilfe von drei einzelnen Laserlichtquellen, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen, nämlich Rot, Grün und Blau, sowie mit Hilfe eines Spiegelsystems eine Farbmischung erzeugt, die ebenfalls ein als weiß wahrgenommenes Licht hervorbringt. Nachteilig hieran ist, dass das erzeugte Licht aus drei diskreten Wellenlängenbereichen besteht und keine homogene Spektralverteilung aufweist. Aus der Beleuchtungstechnik ist bekannt, dass derartig erzeugtes Weißlicht aufgrund des stark eingeschränkten Spektrums zu verfälschten Farbwahrnehmungen führt.In the DE 10 2012 002 232 A1 In contrast, a lighting device for a vehicle is proposed, which without the from the DE 10 2010 034 054 A1 manages known conversion losses. Here, with the help of three individual laser light sources, which generate light of different wavelengths, namely red, green and blue, as well as with the aid of a mirror system produces a color mixture, which also produces a perceived as white light. The disadvantage of this is that the light generated consists of three discrete wavelength ranges and has no homogeneous spectral distribution. It is known from lighting technology that white light generated in this way leads to falsified color perceptions due to the very limited spectrum.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Beleuchtungsvorrichtungen vermieden werden können. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die eine verbesserte Energie- sowie Spektralbilanz aufweist.It is therefore an object of the invention to provide an improved lighting device for a vehicle, with the disadvantages of conventional lighting devices can be avoided. It is a particular object of the invention to provide a lighting device for a vehicle having an improved energy and spectral balance.

Die Erfindung löst die Aufgaben durch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.The invention achieves the objects by a lighting device for a vehicle with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and are explained in more detail in the following description with partial reference to the figures.

Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung wird eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend eine Laserdiodenanordnung, aufweisend eine Anzahl Laserdioden, eine optische Einrichtung und ein Lichtwellenlängenkonversionselement zur Wellenlängenkonversion. Die optische Einrichtung ist hierbei ausgebildet, das von der Laserdiodenanordnung erzeugte Licht auf das Lichtwellenlängenkonversionselement zu lenken. Das Lichtwellenlängenkonversionselement ist ausgebildet, das über die optische Einrichtung auf das Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkte Licht der Laserdiodenanordnung zumindest anteilig in Licht anderer Wellenlängen zu konvertieren.According to general aspects of the invention, there is provided a lighting device for a vehicle comprising a laser diode array comprising a plurality of laser diodes, an optical device, and a wavelength conversion light wavelength conversion element. The optical device is in this case designed to direct the light generated by the laser diode arrangement on the light wavelength conversion element. The light wavelength conversion element is designed to at least partially convert the light of the laser diode arrangement directed to the light wavelength conversion element via the optical device into light of other wavelengths.

Die Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Laserdiodenanordnung ausgebildet ist, Laserstrahlung mindestens zweier unterschiedlicher Wellenlängen (λ1, λ2) zu erzeugen. Mit anderen Worten weist die Laserdiodenanordnung mindestens zwei Arten quasi-monochromatischer Laserdioden auf, die sich dadurch unterscheiden, dass sie quasi-monochromatisches Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, so dass im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung Laserlicht mindestens zweier unterschiedlicher Wellenlängen gleichzeitig auf das Lichtwellenlängenkonversionselement trifft. Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin begründet, dass aufgrund der Verwendung zumindest zweier unterschiedlicher Wellenlängen als Eingangsgröße eine deutlich energieeffizientere Konversion in ein Gesamtspektrum erfolgen kann.The illumination device is characterized in that the laser diode arrangement is designed to generate laser radiation of at least two different wavelengths (λ1, λ2). In other words, the laser diode array has at least two types of quasi-monochromatic laser diodes which are characterized distinguish that they emit quasi-monochromatic laser light of different wavelengths, so that during operation of the illumination device laser light of at least two different wavelengths simultaneously impinges on the light wavelength conversion element. The essential advantage of the invention lies in the fact that due to the use of at least two different wavelengths as the input variable, a significantly more energy-efficient conversion into an overall spectrum can take place.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Lichtwellenlängenkonversionselement ausgebildet sein, das eingestrahlte Licht der Laserdiodenanordnung in einen vorbestimmten Wellenlängenbereich und/oder in ein gewünschtes nicht-kohärentes, polychromatisches Lichtspektrum zu konvertieren. Beispielsweise kann die Beleuchtungsvorrichtung so ausgebildet sein, dass sie ein als weiß wahrgenommenes Licht erzeugt.According to another aspect of the invention, the light wavelength conversion element may be configured to convert the irradiated light of the laser diode array into a predetermined wavelength range and / or into a desired non-coherent polychromatic light spectrum. For example, the lighting device may be configured to produce a light perceived as white.

Lichtwellenlängenkonversionselemente sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen Lichtwellenlängenkonversionselementen, z. B. in Form von sog. Konversionsschichten bzw. einem Konversionsmedium wird das eingestrahlte Licht in Strahlung größerer Wellenlänge umgewandelt. Hierbei wird beispielsweise mittels eines Konvertermaterials, auch als Konversionsstoff bezeichnet, Laserlicht absorbiert, insbesondere kohärentes Laserlicht mit einem stark eingeschränkten Wellenlängenspektrum. Durch den Energieeintrag aus dem Laserlicht werden im Konvertermaterial befindliche Elektronen durch das Laserlicht in höhere Energieniveaus angeregt. Beim Zurückfallen der Elektronen auf ihr ursprüngliches Energieniveau emittiert das Konvertermaterial Licht der dem Energieniveau entsprechenden Wellenlänge. üblicherweise ist das von dem Lichtwellenlängenkonversionselement emittierte Licht nicht monochromatisch, sondern erfährt während des Konversionsvorgangs eine spektrale Aufweitung in ein in Grenzen polychromatisches Lichtspektrum. Je nach Lichtwellenlänge der Eingangsgröße kommen unterschiedliche Konvertermaterialien zum Einsatz. Beispielsweise können geeignete Phoshor-Konverter als Konvertermaterial des Lichtwellenlängenkonversionselementes verwendet werden, die auf unterschiedliche Wellenlängen, insbesondere auf verschiedenfarbige Strahlung, ansprechen, Ein Beispiel ist der Phoshor der Firma Phoshortech Corporation, 3645 Kennesaw North Industrial Parkway, Kennesaw, Ga 30144, USA, der mit dem Produktnamen HTR650 vertrieben wird. Weitere Konvertermaterialien sind beispielsweise Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) oder Erdalkali-Ortho-Silikat (BOSE).Light wavelength conversion elements are known per se from the prior art. In these light wavelength conversion elements, for. B. in the form of so-called. Conversion layers or a conversion medium, the incident light is converted into radiation of greater wavelength. In this case, for example by means of a converter material, also referred to as conversion substance, laser light is absorbed, in particular coherent laser light having a strongly limited wavelength spectrum. Due to the energy input from the laser light, electrons in the converter material are excited by the laser light into higher energy levels. When the electrons fall back to their original energy level, the converter material emits light of the wavelength corresponding to the energy level. Usually, the light emitted by the light wavelength conversion element is not monochromatic, but undergoes a spectral broadening into a polychromatic light spectrum during the conversion process. Depending on the light wavelength of the input variable different converter materials are used. For example, suitable phosphorus converters can be used as the converter material of the light wavelength conversion element, which respond to different wavelengths, in particular to different colored radiation, An example is the Phoshortech Phoshortech, 3645 Kennesaw North Industrial Parkway, Kennesaw, Ga 30144, USA, with the product name HTR650 is sold. Further converter materials are, for example, yttrium-aluminum-garnet (YAG) or alkaline-earth-ortho-silicate (BOSE).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Lichtwellenlängenkonversionselement ausgebildet sein, das eingestrahlte Licht einer ersten Wellenlänge λ1 der Laserdiodenanordnung zumindest anteilig in einen ersten vorbestimmten Konversions-Wellenlängenbereich zu konvertieren und das eingestrahlte Licht einer zweiten Wellenlänge λ2 der Laserdiodenanordnung zumindest anteilig in einen zweiten vorbestimmten Konversions-Wellenlängenbereich zu konvertieren, wobei für λ1 < λ2 gilt, dass der erste Konversions-Wellenlängenbereich im Vergleich zum zweiten Konversions-Wellenlängenbereich hin zu kleineren Wellenlängen verschoben ist. Dies bedeutet, dass der erste Konversions-Wellenlängenbereich auf einer Wellenlängenachse in Richtung zunehmender Wellenlänge links vom zweiten Konversions-Wellenlängenbereich liegt. Dies bietet den besonderen Vorzug, dass das erzeugte polychromatische Lichtspektrum der Beleuchtungsvorrichtung nicht ausschließlich durch Konvertierung aus einer einzigen Ausgangswellenlänge λ1, z. B. der Grundfarbe Blau, erzeugt werden muss, sondern größere Wellenlängen aus der größeren Ausgangswellenlänge λ2 erzeugt werden können, wodurch der durch den Stokes-Shift resultierende Energieverlust bei der Konvertierung wesentlich reduziert werden kann. Gemäß dieser Ausführungsform spricht das Konvertermaterial somit sowohl auf die erste Wellenlänge λ1 als auch auf die Wellenlänge λ2 an, beispielsweise können zwei entsprechende Konversionsschichten im Lichtwellenlängenkonversionselement vorgesehen sein.According to a preferred embodiment, the light wavelength conversion element can be configured to at least partially convert the irradiated light of a first wavelength λ1 of the laser diode array into a first predetermined conversion wavelength range and at least partially distribute the irradiated light of a second wavelength λ2 of the laser diode array into a second predetermined conversion wavelength range for λ1 <λ2, the first conversion wavelength range is shifted toward smaller wavelengths as compared with the second conversion wavelength range. This means that the first conversion wavelength range lies on a wavelength axis in the direction of increasing wavelength to the left of the second conversion wavelength range. This offers the particular advantage that the generated polychromatic light spectrum of the illumination device is not limited solely by conversion from a single output wavelength λ1, e.g. As the primary color blue, must be generated, but larger wavelengths can be generated from the larger output wavelength λ2, whereby the resulting by the Stokes shift energy loss during the conversion can be significantly reduced. According to this embodiment, the converter material thus responds both to the first wavelength λ1 and to the wavelength λ2, for example, two corresponding conversion layers may be provided in the light wavelength conversion element.

Um eine besonders energieeffiziente Konversion zu ermöglichen, kann die Laserdiodenanordnung ausgebildet sein, Laserstrahlung dreier unterschiedlicher Wellenlängen (λ1, λ2, λ3) zu erzeugen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die Laserdiodenanordnung ausgebildet, Laserstrahlen mit Emissionswellenlängen in den Grundfarben Rot (λ1), Grün (λ2) und Blau (λ3) zu erzeugen. Gemäß diesen Varianten spricht das Konvertermaterial somit sowohl auf die erste Wellenlänge λ1, die zweite Wellenlänge λ2 als auch auf die dritte Wellenlänge λ3 an, beispielsweise können drei entsprechende Konversionsschichten im Lichtwellenlängenkonversionselement vorgesehen sein.In order to enable a particularly energy-efficient conversion, the laser diode array can be designed to generate laser radiation of three different wavelengths (λ1, λ2, λ3). According to a particularly preferred embodiment variant, the laser diode arrangement is designed to generate laser beams with emission wavelengths in the primary colors red (λ1), green (λ2) and blue (λ3). According to these variants, the converter material thus responds both to the first wavelength λ1, the second wavelength λ2 and to the third wavelength λ3, for example, three corresponding conversion layers may be provided in the light wavelength conversion element.

Eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Realisierung dieser Variante sieht hierbei vor, dass das Lichtwellenlängenkonversionselement ausgebildet ist, Laserstrahlen einer Grundfarbe, also einen quasi-monochromen Spektralbereich, jeweils in einen breiteren Spektralbereich aufzuweiten. Die Aufweitung bezieht sich erfindungsgemäß stets auf eine Wellenlängenvergrößerung. So können beispielsweise Laserstrahlen mit Emissionswellenlängen λ1 in der Grundfarbe Rot zumindest anteilig in Licht aus einem ersten Konversions-Wellenlängenbereich konvertiert werden. Laserstrahlen mit Emissionswellenlängen λ2 in der Grundfarbe Grün können zumindest anteilig in Licht aus einem zweiten Konversions-Wellenlängenbereich konvertiert werden, und Laserstrahlen mit Emissionswellenlängen λ3 in der Grundfarbe Blau können zumindest anteilig in Licht aus einem dritten Konversions-Wellenlängenbereich konvertiert werden, wobei der erste Konversions-Wellenlängenbereich im Vergleich zum zweiten Konversions-Wellenlängenbereich hin zu größeren Wellenlängen verschoben ist und der zweite Konversions-Wellenlängenbereich im Vergleich zum dritten Konversions-Wellenlängenbereich ebenfalls hin zu größeren Wellenlängen verschoben ist. Demnach ist der erste Konversions-Wellenlängenbereich auf einer Wellenlängenachse in Richtung zunehmender Wellenlänge rechts vom zweiten Konversions-Wellenlängenbereich positioniert und dieser rechts vom dritten Konversions-Wellenlängenbereich positioniert.One possibility of implementing this variant according to the invention in this case provides that the light wavelength conversion element is designed to expand laser beams of a primary color, that is to say a quasi-monochrome spectral range, in each case into a wider spectral range. The expansion according to the invention always refers to an increase in wavelength. Thus, for example, laser beams with emission wavelengths λ1 in the primary color red can be converted at least proportionally into light from a first conversion wavelength range. Laser beams with emission wavelengths λ2 in the primary color green can be at least partially converted into light from a second conversion wavelength range, and Laser beams having emission wavelengths λ3 in the primary color blue can be at least partially converted into light from a third conversion wavelength range, wherein the first conversion wavelength range is shifted towards larger wavelengths compared to the second conversion wavelength range and the second conversion wavelength range is shifted towards the second wavelength range third conversion wavelength range is also shifted towards longer wavelengths. Thus, the first conversion wavelength region is positioned on a wavelength axis in the direction of increasing wavelength to the right of the second conversion wavelength region and positioned to the right of the third conversion wavelength region.

Auf diese Weise kann eine besonders energieeffiziente Wellenlängenkonversion zur Erzeugung eines gewünschten polychromatischen Lichtspektrums realisiert werden, insbesondere, falls ein als weiß wahrgenommenes polychromatisches Lichtspektrum erzeugt werden soll.In this way, a particularly energy-efficient wavelength conversion for generating a desired polychromatic light spectrum can be realized, in particular if a perceived as white polychromatic light spectrum is to be generated.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann die Laserdiodenanordnung ausgebildet sein, die Laserstrahlung in jeder der drei Wellenlängen, insbesondere Rot, Grün und Blau, in jeweils drei unterschiedlichen Polarisationsrichtungen zu erzeugen. Bei dieser Variante ist das Lichtwellenlängenkonversionselement ausgebildet, das über die optische Einrichtung auf das Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkte Licht der Laserdiodenanordnung in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge und in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung zumindest anteilig in Licht anderer Wellenlänge zu konvertieren. Diese Variante kann insbesondere in Verbindung mit Technologien zu Vermeidung von Blendung durch Fahrzeugscheinwerfer vorteilhaft sein. Alternativ kann die Laserdiodenanordnung ausgebildet sein, die Laserstrahlung in jeder der drei Wellenlängen in nur einer oder zwei unterschiedlichen Polarisationsrichtungen zu erzeugen.According to a variant of the invention, the laser diode arrangement can be designed to generate the laser radiation in each of the three wavelengths, in particular red, green and blue, in three different polarization directions. In this variant, the light wavelength conversion element is designed to at least partially convert the light of the laser diode arrangement directed onto the light wavelength conversion element into light of a different wavelength as a function of the wavelength of the light and depending on the polarization direction. This variant can be particularly advantageous in connection with technologies for avoiding glare from vehicle headlights. Alternatively, the laser diode array may be configured to generate the laser radiation in each of the three wavelengths in only one or two different polarization directions.

Unter der vorgenannten optischen Einrichtung sollen alle optischen Einrichtungen bzw. Anordnungen verstanden werden, die ausgebildet sind, das von der Laserdiodenanordnung erzeugte Licht auf das Lichtwellenlängenkonversionselement zu lenken. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die optische Einrichtung ein Kombinierungselement, das ausgebildet ist, das von der Laserdiodenanordnung erzeugte Licht in einen Strahlengang zusammenzuführen. Das Kombinierungselement kann ein dichroitisches Element, insbesondere ein dichroitischer Würfel oder ein dichroitischer Spiegel sein. Unter einem dichroitischen Spiegel wird insbesondere ein Strahlvereiniger verstanden, mit Hilfe dessen mehrere Laserlichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen in einen gemeinsamen Strahlengang zusammengeführt werden.The aforementioned optical device should be understood to mean all optical devices or arrangements which are designed to direct the light generated by the laser diode arrangement onto the light wavelength conversion element. According to an advantageous embodiment, the optical device is a combining element, which is designed to merge the light generated by the laser diode array into a beam path. The combining element may be a dichroic element, in particular a dichroic cube or a dichroic mirror. A dichroic mirror is understood in particular to be a beam combiner, with the aid of which a plurality of laser light beams having different wavelengths are combined into a common beam path.

Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:The preferred embodiments and features of the invention described above can be combined with one another as desired. Further details and advantages of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung; und 1 a highly simplified, schematic representation of a lighting device according to the invention; and

2 schematisch, wie aus den emittierten Laserstrahlen durch teilweise Konversion ein polychromatisches Lichtwellenspektrum entsteht. 2 schematically, how from the emitted laser beams by partial conversion a polychromatic light wave spectrum is formed.

In 1 ist eine schematische Prinzipskizze einer Beleuchtungsvorrichtung 1 dargestellt, wie sie insbesondere in einem (nicht dargestellten) Fahrzeugscheinwerfer verwendet werden kann. In der gezeigten Ausführungsform weist die Diodenanordnung 7 drei Laserdioden 2, 3 und 4 auf. Die erste Laserdiode 2 erzeugt Laserlicht mit einer ersten Wellenlänge λ1, die zweite Laserdiode 3 Laserlicht mit einer zweiten Wellenlänge λ2 und die dritte Laserdiode 4 Laserlicht mit einer dritten Wellenlänge λ3. Die Emissionswellenlänge λ1 entspricht rotem Laserlicht, die Emissionswellenlänge λ2 grünem Laserlicht und die Emissionswellenlänge λ3 blauem Laserlicht. Der Einfachheit halber ist der Lichtstrahl der Laserdiode 1 mit der Wellenlänge λ1 ebenfalls mit dem Bezugszeichen λ1 gekennzeichnet. Entsprechend ist der Lichtstrahl der Laserdiode 2 mit dem Bezugszeichen λ2 und der Lichtstrahl der Laserdiode 3 mit dem Bezugszeichen λ3 bezeichnet.In 1 is a schematic schematic diagram of a lighting device 1 illustrated how it can be used in particular in a vehicle headlight (not shown). In the embodiment shown, the diode arrangement 7 three laser diodes 2 . 3 and 4 on. The first laser diode 2 generates laser light having a first wavelength λ1, the second laser diode 3 Laser light with a second wavelength λ2 and the third laser diode 4 Laser light with a third wavelength λ3. The emission wavelength λ1 corresponds to red laser light, the emission wavelength λ2 to green laser light and the emission wavelength λ3 to blue laser light. For the sake of simplicity, the light beam is the laser diode 1 with the wavelength λ1 also denoted by the reference symbol λ1. Accordingly, the light beam of the laser diode 2 with the reference character λ2 and the light beam of the laser diode 3 denoted by the reference character λ3.

Die von der Laserdiodenanordnung 7 emittierten Lichtstrahlen λ1, λ2 und λ3 treffen auf ein Kombinierungselement 5, das als dichroitischer Würfel ausgeführt ist und die drei Strahlengänge der Lichtstrahlen λ1, λ2 und λ3 in einen Strahlengang 8 zusammenführt, der auf ein Lichtwellenlängenkonversionselement 6 gelenkt wird.The of the laser diode arrangement 7 emitted light beams λ1, λ2 and λ3 encounter a combining element 5 , which is designed as a dichroic cube and the three beam paths of the light beams λ1, λ2 and λ3 in a beam path 8th merges onto a light wavelength conversion element 6 is steered.

Das Lichtwellenlängenkonversionselement 6 ist ein nach dem Phosphor-Prinzip arbeitender Konverter, der auf mehrere Farben reagiert. Mit anderen Worten enthält das Element 6 ein Konvertermaterial, das sowohl auf die erste Wellenlänge λ1, die zweite Wellenlänge λ2 als auch auf die dritte Wellenlänge λ3 anspricht, d. h. Licht dieser Wellenlängen zumindest anteilig in Licht größerer Wellenlänge konvertiert, so dass die drei quasi-monochromatischen Lichtstrahlen der Laserdioden 2, 3 und 4, die als zusammengeführter Lichtstrahl 8 auf das Lichtwellenlängenkonversionselement 6 treffen, in einen polychromatischen Lichtkegel 9 konvertiert werden. Das Konvertermaterial, d. h. der Leuchtstoff des Lichtwellenlängenkonversionselements 6, kann beispielsweise auf Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) oder Erdalkali-Ortho-Silikat (BOSE) basieren.The light wavelength conversion element 6 is a phosphorus-based converter that responds to multiple colors. In other words, the element contains 6 a converter material that responds to both the first wavelength λ1, the second wavelength λ2, and the third wavelength λ3, ie, converts light of these wavelengths at least partially into light of greater wavelength, such that the three quasi-monochromatic light beams of the laser diodes 2 . 3 and 4 that as a merged light beam 8th to the light wavelength conversion element 6 meet, in a polychromatic cone of light 9 be converted. The converter material, ie the phosphor of the light wavelength conversion element 6 , for example, may be based on yttrium aluminum garnet (YAG) or alkaline earth ortho silicate (BOSE).

2 illustriert schematisch, wie aus den emittierten Laserstrahlen der Laserdiodenanordnung 7 durch das Lichtwellenlängenkonversionselement 6 ein polychromatisches Lichtwellenspektrum 9 entsteht. 2 zeigt hierzu eine schematische Darstellung der Wellenlängenverteilung des Laserlichts nach Austreten aus dem Wellenlängenkonversionselement 6. 2 schematically illustrates how from the emitted laser beams of the laser diode array 7 through the light wavelength conversion element 6 a polychromatic light wave spectrum 9 arises. 2 shows a schematic representation of the wavelength distribution of the laser light after exiting the wavelength conversion element 6 ,

Die auftreffende Strahlung wird in der Regel nur anteilig konvertiert, so dass ein Anteil unkonvertiert, d. h. ohne Wellenlängenkonversion, durchgelassen wird. Der Peak 30 bezeichnet den Anteil der durchgelassenen Strahlung der Wellenlänge λ1, der Peak 20 entsprechend den Anteil der durchgelassenen Strahlung der Wellenlänge λ2 und der Peak 30 entsprechend den Anteil der durchgelassenen Strahlung λ3.As a rule, the incident radiation is only proportionally converted, so that a portion is transmitted unconverted, ie without wavelength conversion. The peak 30 denotes the proportion of the transmitted radiation of wavelength λ1, the peak 20 corresponding to the proportion of the transmitted radiation of wavelength λ2 and the peak 30 corresponding to the proportion of the transmitted radiation λ3.

Da das Lichtwellenlängenkonversionselement 6 jedoch auf alle drei Wellenlängen λ1, λ2 und λ3 anspricht, wird jeweils ein Anteil der auftreffenden Lichtstrahlen konvertiert.Since the light wavelength conversion element 6 However, responsive to all three wavelengths λ1, λ2 and λ3, a proportion of the incident light beams is converted.

So konvertiert das Konvertermaterial des Wellenlängenkonversionselements 6 auftreffendes Licht der Wellenlänge λ1 in der Grundfarbe Rot zumindest anteilig in Licht aus einem ersten Konversions-Wellenlängenbereich 10', Licht der Wellenlänge λ2 in der Grundfarbe Grün zumindest anteilig in Licht aus einem zweiten Konversions-Wellenlängenbereich 20' und Licht der Wellenlänge λ3 in der Grundfarbe Blau zumindest anteilig in Licht aus einem dritten Konversions-Wellenlängenbereich 30'. Hierbei ist der erste Konversions-Wellenlängenbereich 10 im Vergleich zum zweiten Konversions-Wellenlängenbereich 20' hin zu größeren Wellenlängen verschoben, und der zweite Konversions-Wellenlängenbereich 20' ist wiederum im Vergleich zum dritten Konversions-Wellenlängenbereich 30' ebenfalls hin zu größeren Wellenlängen verschoben.How to convert the converter material of the wavelength conversion element 6 incident light of wavelength λ1 in the primary color red at least proportionally in light from a first conversion wavelength range 10 ' , Light of wavelength λ2 in the primary color green at least partially in light from a second conversion wavelength range 20 ' and light of wavelength λ3 in the base color blue at least partially in light of a third conversion wavelength range 30 ' , Here, the first conversion wavelength range is 10 compared to the second conversion wavelength range 20 ' shifted to longer wavelengths, and the second conversion wavelength range 20 ' is in turn compared to the third conversion wavelength range 30 ' also shifted towards longer wavelengths.

Das von der Beleuchtungsvorrichtung 1 somit erzeugte polychromatische Lichtspektrum 9 ergibt sich aus der Überlagerung, in 2 dargestellt durch die „Plus”-Zeichen, der nicht-konvertierten Anteile 14 und der konvertierten spektral aufgeweiteten Anteile 13, so dass in der Mischung ein als weiß wahrgenommenes Lichtspektrum 9 erzeugt wird.That of the lighting device 1 thus generated polychromatic light spectrum 9 results from the overlay, in 2 represented by the "plus" signs, the unconverted shares 14 and the converted spectrally expanded portions 13 , so that in the mixture a perceived as white light spectrum 9 is produced.

Die Erzeugung des zu erzeugenden Lichtspektrums 9 aus drei, statt wie üblich aus nur einer Ausgangswellenlänge im blauen Bereich, bietet den Vorteil, dass der durch den Stokes-Shift bedingte Energieverlust aufgrund der Konvertierung wesentlich kleiner ist, da der Energieverlust umso kleiner ist, je geringer die Differenz zwischen Ausgangswellen und der Wellenlänge des konvertierten Lichts ist.The generation of the light spectrum to be generated 9 of three, instead of only one output wavelength in the blue region, as usual, offers the advantage that the energy loss due to the Stokes shift is much smaller due to the conversion, since the smaller the difference between output waves and the wavelength, the smaller the energy loss of the converted light.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, ohne den zugehörigen Bereich zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.Although the invention has been described with reference to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted for without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications can be made without leaving the associated area. Accordingly, the invention should not be limited to the disclosed embodiments, but should include all embodiments which fall within the scope of the appended claims. In particular, the invention also claims protection of the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Beleuchtungsvorrichtunglighting device
2, 3, 42, 3, 4: Laserdiodenlaser diodes
55: Optische EinrichtungOptical device
66: LichtwellenlängenkonversionselementLight wavelength conversion element
77: LaserdiodenanordnungThe laser diode
88th: Kombinierter LichtstrahlCombined light beam
99: Polychromatischer LichtkegelPolychromatic light cone
1010: Nicht-konvertierte Energiefunktion der Farbe RotUnconverted energy function of the color red
10'10 ': Konvertierte Energiefunktion der Farbe RotConverted energy function of the color red
2020: Nicht-konvertierte Energiefunktion der Farbe GrünUnconverted energy function of the color green
20'20 ': Konvertierte Energiefunktion der Farbe GrünConverted energy function of the color green
3030: Nicht-konvertierte Energiefunktion der Farbe BlauUnconverted energy function of the color blue
30'30 ': Konvertierte Energiefunktion der Farbe BlauConverted energy function of the color blue
1212: Leistungpower
1313: Summe des nicht-konvertierten LichtsSum of unconverted light
1414: Summe des konvertierten LichtsSum of the converted light
λ1, λ2, λ3λ1, λ2, λ3: Emissionswellenlänge der LaserdiodeEmission wavelength of the laser diode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010034054 A1 [0003, 0005]
DE 102012002232 A1 [0005]

Claims

Lighting device ( 1 ) for a vehicle, comprising a laser diode array ( 7 ), comprising a number of laser diodes ( 2 . 3 . 4 ); an optical device ( 5 ); and a light wavelength conversion element ( 6 ) for wavelength conversion, wherein the optical device ( 5 ) formed by the laser diode array ( 7 ) generated light on the light wavelength conversion element ( 6 ) to steer; and wherein the light wavelength conversion element ( 6 ) is formed, which via the optical device ( 5 ) to the light wavelength conversion element ( 6 ) directed light of the laser diode array ( 7 ) at least partially convert into light of different wavelengths, characterized in that the laser diode array ( 7 ) is adapted to generate laser radiation of at least two different wavelengths (λ1, λ2).

Lighting device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the light wavelength conversion element ( 6 ) is formed, the irradiated light of the laser diode array ( 7 ) in a predetermined wavelength range and / or in a desired non-coherent polychromatic light spectrum.

Lighting device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the light wavelength conversion element ( 6 ), (a) the irradiated light of a first wavelength (λ1) of the laser diode array ( 7 ) at least proportionately into a first predetermined conversion wavelength range, and (b) the incident light of a second wavelength (λ2) of the laser diode array ( 7 ) is at least partially converted to a second predetermined conversion wavelength range, wherein for λ1 <λ2, the first conversion wavelength range is shifted towards smaller wavelengths compared to the second conversion wavelength range.

Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser diode arrangement ( 7 ) is adapted to generate laser radiation of three different wavelengths (λ1, λ2, λ3).

Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser diode arrangement ( 7 ) is adapted to generate laser beams with emission wavelengths in the primary colors red (λ1), green (λ2) and blue (λ3).

Lighting device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the light wavelength conversion element ( 6 (a) laser beams with emission wavelengths (λ1) in the primary color red at least partially convert into light from a first conversion wavelength range, (b) laser beams with emission wavelengths (λ2) in the primary color green at least partially in light from a second (C) converting laser beams having emission wavelengths (λ3) in the primary color blue at least partially into light from a third conversion wavelength range; (d) wherein the first conversion wavelength range is opposite to the second conversion wavelength range shifted to larger wavelengths and the second conversion wavelength range is also shifted towards larger wavelengths compared to the third conversion wavelength range.

Lighting device ( 1 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that (a) the laser diode arrangement is designed to generate the laser radiation in each of the three wavelengths in three different polarization directions, respectively, and (b) that the light wavelength conversion element ( 6 ) is formed, which via the optical device ( 5 ) to the light wavelength conversion element ( 6 ) directed light of the laser diode array ( 7 ) depending on the wavelength of light and depending on the direction of polarization at least partially convert to light of different wavelengths.

Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical device is a combination element which is designed to merge the light generated by the laser diode array into a beam path.

Lighting device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the combination element is a dichroic element, in particular a dichroic cube or dichroic mirror.

Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light wavelength conversion element ( 6 ) (a) is a phosphorus-based converter that responds to multiple colors; and / or (b) contains a phosphor based on yttrium aluminum garnet (YAG) or alkaline earth ortho silicate (BOSE).

Motor vehicle, such as utility vehicle, with a lighting device according to any one of the preceding claims.