照明设备的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1所述的照明设备。

背景技术：

这种类型的照明设备例如在公开文献wo2013/182450a1中公开。该文献描述了一种照明设备，其具有多个激光光源，其光通过管形的反射器被指引到光波长转换元件上。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种这样类型的照明设备，其实现了高照明强度、光波长转换元件的尽可能均匀的照射和低光损失。

该目的根据本发明通过具有权利要求1的特征的照明设备实现。本发明的特别优选的设计方案在从属权利要求中描述。

根据本发明的照明设备具有光发生装置和至少一个光波长转换元件以及至少一个光指引件，其中，光发生装置和至少一个光指引件设计为产生线性极化的光并且将其从不同的方向指引向至少一个光波长转换元件，从而使线性极化的光从不同的方向分别以一个入射角投射到至少一个光波长转换元件的表面上，该入射角相应于布儒斯特角，尤其是至少一个光波长转换元件的布儒斯特角，其中，光的极化方向平行于其入射面，其中，该入射面通过在光波长转换元件的表面上的垂线和通过投射到该表面上的激光光束的传播方向限定。

通过使用线性极化的光，该光从不同的方向以布儒斯特角投射到至少一个光波长转换元件的表面上并且平行于其入射面极化，实现了高照射强度和至少一个光波长转换元件的均匀照射以及低光损失。特别是光的入射角和极化方向的前述组合降低了通过在至少一个光波长转换元件的表面上的反射而产生的损失，从而使得光强的最大部分能够进入到至少一个光波长转换元件中。通过将线性极化的光从不同方向的投射到至少一个光波长转换元件上，实现了以较高的照射强度对至少一个光波长转换元件的均匀照射以及相应均匀的光波长转换。

有利的，根据本发明的照明设备的光发生装置和至少一个光指引件这样设计，即来自不同方向的线性极化的光在至少一个光波长转换元件的表面上重叠。由此能够在重叠区域中实现特别高的照射强度。此外，由此也能够在具有非旋转对称的射束轮廓的光射束的情况中在至少一个光波长转换元件的表面上产生几乎均匀的光斑。

有利的是，根据本发明的照明设备的至少一个光指引件以及至少一个光波长转换元件布置在共同的承载件上。由此能够确保根据本发明的照明设备的前述组件相对彼此的精确空间位置和指向。有利的是，为前述的目的，附加地将光发生装置也布置在该共同的承载件上。

有利的是，根据本发明的装置的光发生装置和至少一个光指引件以及至少一个光波长转换元件布置在该共同的承载件的一个、优选平坦设计的装配面上。由此，根据本发明的照明设备的前述组件能够被设计成表面装配的部件，并且例如已经在其制造期间安装在该共同的承载件上。此外，由此也可以确保根据本发明的照明设备的前述的组件相对于彼此的精确指向。

根据本发明的照明设备有利地具有用于对由光发生装置产生的光的极化方向产生影响的极化件。通过该极化件能够以简单的方式对由光发生装置产生的光的极化方向这样产生影响，即将从不同方向投射到至少一个光波长转换元件的表面上的光平行于其入射面地线性极化。

有利的是，根据本发明的照明设备的光发生装置具有多个激光光源，从而以简单的方式通过激光光源的相应的空间布置和指向产生具有高亮度的极化光，该极化光能够从不同的方向被指引到至少一个光波长转换元件上，并且其极化方向也许能够借助于极化件来改变，从而将投射到至少一个光波长转换元件的表面上的激光平行于其入射面地极化。激光光源有利地设计成激光二极管，从而实现根据本发明的照明设备的光发生装置的紧凑和节省位置的设计方案。

有利的是，每个激光光源都分配有带有反射面的光指引件，其这样设计，即将来自相应的激光光源的光通过分配给激光光源的光指引件的反射面反射到至少一个光波长转换元件上。可替换地或者补充的是，也能够使用用于射束偏转的折射的光学单元。应用用于每个激光光源的自身的光指引件具有优点，即将由相应的激光光源发射的光能够以简单的方式并且不走弯路地直接指引向至少一个光波长转换元件。

根据本发明的照明设备的光指引件的前述的反射面有利地相应以一个角度w相对于共同的承载件的装配面倾斜，其中，该角度w计算为w＝45°+wb/2，并且其中wb是至少一个光波长转换元件的布儒斯特角。通过反射面的该设计方案能够以简单的措施实现：将由激光光源平行于共同的承载件的装配面发射的光反射到光指引件的反射面上，从而使其以布儒斯特角投射到至少一个光波长转换元件的表面上，并且由此使得通过在至少一个光波长转换元件的表面上的光反射造成的损失尽可能小。可替换的是，上述折射的光学单元的光折射表面也可以这样地设计，即将由相应的激光光源发射的光指引向至少一个光波长转换元件，从而使其以布儒斯特角投射到至少一个光波长转换元件的表面上。相对于在折射的光学单元的情况下使用光折射表面，在光指引件情况下使用反射面具有的优点是效率较高，折射因为不会出现通过光吸收造成的损失。

有利的是，根据本发明的照明设备的激光光源围绕至少一个光波长转换元件沿着至少一个虚拟封闭的数学曲线布置在共同的承载件的装配面上，并且每个激光光源和分配给激光光源的光指引件优选与至少一个光波长转换元件共线地布置，从而确保至少一个光波长转换元件的尽可能均匀的照明。

有利的是，根据本发明的照明设备的光发生装置设计为：产生具有来自从380纳米至490纳米的波长范围的波长的线性极化的光，并且根据本发明的照明设备的至少一个光波长转换元件有利地设计成：将来自前述波长范围的光按比例地转换成具有强度最大值在从560纳米至590纳米的波长范围的其他波长的光。由此能够以简单的方式产生白光，其是由反射的或者散射的未转换的蓝光和发射的、转换过的黄色光构成的混合光。为了实现高亮度，根据本发明的照明设备的光发生装置有利地包含激光二极管，其在其运行期间发射蓝色的线性极化的光，该光通过至少一个光波长转换元件按比例地转换成黄色的光，从而使由未转换的蓝色激光和在光波长转换元件处转换成黄色光的转换激光构成的混合物得出白光。

共同的承载件有利地具有热沉或者设计成热沉，从而能够实现对至少一个光波长转换元件的冷却和优选地附加还有对激光光源的冷却。

有利的是，至少一个光波长转换元件布置在该共同的承载件的进行光反射的表面部段上。由此提高了根据本发明的照明设备的效率，因为不仅进入到至少一个光波长转换元件中的未转换的光、而且在至少一个光波长转换元件中转换的光都在共同的承载件的进行光反射的表面部段处向回反射到至少一个光波长转换元件中，并且由此仅仅通过该表面在与承载件背离的一侧离开至少一个光波长转换元件，该侧也用于光输入耦合。

根据本发明的照明设备优选地由壳体包围，从而能够实现保护以防止被损坏和污染。

根据本发明的照明设备有利地设计成机动车大灯的组成部分并且用于在机动车大灯中作为用于产生白光的光源。

附图说明

接下来根据优选的实施例对本发明进一步说明。图中示出：

图1以示意图示出了根据本发明的一个优选的实施例的照明设备的俯视图，

图2以示意图示出了穿过在图1中示出的照明设备的一个单元的横截面，

图3以示意图示出了在图2中示出的单元的俯视图，

图4示出了穿过在图1中示出的照明设备的光指引件和光波长转换元件以及共同的承载件的横截面，

图5示出了在附图中示出的照明设备的激光光源的激光束轮廓的示意图，

图6示出了在附图中示出的照明设备的激光光源在旋转了极化方向之后的激光束轮廓的示意图，

图7示出了在图1中示出的照明设备的光波长转换元件的被照射的表面的俯视图，

图8示出了穿过在图1中示出的照明设备的光指引件和光波长转换元件和监控单元以及共同的承载件的横截面。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例的照明设备是机动车大灯的组成部分，并且具有光发生装置1、光波长转换元件2，光指引件31、32、33、34、35和用于照明设备的前述组件的共同的承载件4。此外，照明设备还包括用于光发生装置1的监控单元5。

光发生装置1具有五个相同类型的激光二极管11、12、13、14、15，它们沿着虚拟的圆在虚拟的正五角形的角处布置在共同的承载件4的装配面40上。激光二极管11、12、13、14、15在其运行期间分别产生具有450纳米波长以及在2瓦特至3瓦特的范围中的电功率的蓝光。它们分别设计成所谓的smt封装(smt＝surfacemountedtechnology(表面装配技术))并且直接焊接在共同的承载件4的装配面40上。

附加的是，光发生装置1具有五个延迟板111、121、131、141、151和五个准直器112、122、132、142、152，它们分别布置在激光二极管11、12、13、14或15中的一个的光路中。延迟板111、121、131、141、151分别设计成所谓的λ/2小板，其将由激光二极管发射的光的极化方向旋转90度的角度，其中，λ/2小板布置在该光的光路中。准直器112、122、132、142、152降低了由相应的激光二极管发射的光的发散性。

光波长转换元件2由以铈掺杂的钇铝石榴石(yag:ce)构成，其布置在共同的承载件4的装配面40上的反射光的金属层20上。光波长转换元件3设计成具有大约4mm²的面积的正方形盘。其在反射光的金属层20上的厚度或者其高度为大约35微米。光波长转换元件2布置在由五个激光二极管11、12、13、14、15形成的虚拟的正五角形的中央。

光指引件31、32、33、34、35沿着虚拟的圆围绕光波长转换元件2布置在共同的承载件4的装配面40上的虚拟的正五角形的角上。光波长转换元件2不仅处于由光指引件31、32、33、34、35形成的虚拟的正五角形的中央还处于由激光二极管11、12、13、14、15形成的虚拟的正五角形的中央。每个激光二极管都配有圆柱形的反射器之一。尤其是，第一二极管11配有第一光指引件31、第二二极管12配有第二光指引件32、第三二极管13配有第三光指引件33、第四二极管14配有第四光指引件34并且第五二极管15配有第五光指引件35。第一二极管11和第一指引件31与光波长转换元件2共线地布置在共同的承载件4的装配件40上。也就是说，第一二极管11、光波长转换元件2和第一光指引件31沿着虚拟的直线布置在共同的承载件4的装配面40上。光波长转换元件2处于共同的承载件4的装配面40上的第一激光二极管11和第一光指引件31之间。同样，第二激光二极管12和第二光指引件32、第三激光二极管13和第三光指引件33、第四激光二极管14和第四光指引件34以及第五激光二极管15和第五光指引件35分别与光波长转换元件2共线地布置在共同的承载面4的装配面40上，其中，光波长转换元件2分别布置在相应的激光二极管和其配有的光指引件之间。

光指引件31、32、33、34、35分别设计成圆柱形的反射器。圆柱形的反射器31、32、33、34、35由塑料制成，可替换地由玻璃或者塑料玻璃联合体构成，并且分别具有反射光的反射面310，其面对光波长转换元件2和其配有的激光二极管。反射面310由在相应的圆柱形反射器的透明材料上的反射光的涂层311形成。圆柱形的反射面31、32、33、34、35的反射面310与共同的承载件4的装配面40一起形成各一个角度w，其由w＝45°+wb/2计算得出，其中wb描述了光波长转换元件2的布儒斯特角。光波长转换元件2的布儒斯特角具有大约60°的值。圆柱形的反射器31、32、33、34、35设计成塑料喷射注塑件。它们也能够制成一件式的喷射注塑件，优点是具有相对于激光光源和承载件(4)的很小的调节公差。

承载件4设计成装配板并且具有装配面40，在其上装配有根据本发明的优选实施例的照明设备的所有组件。设计成装配板的承载件4具有正五角形的轮廓。除了激光二极管11、12、13、14、15、光波长转换元件3和光指引件31、32、33、34、35之外，在承载件4的装配面40上还布置有用于激光二极管11、12、13、14、15的运行装置的组件(未示出)，它们通过同样布置在承载件4上的印制电路与激光二极管11、12、13、14、15连接。此外，承载件4设计成用于在其装配面40上布置的激光二极管11、12、13、14、15和用于光波长转换元件2以及用于运行装置的组件(未示出)的热沉。

接下来进一步对根据本发明的优选实施例的驱动装置的机能进行详细描述。

五个激光二极管11、12、13、14、15分别产生具有450nm波长的蓝色光，其分别平行于装配面40发射。由五个激光二极管11、12、13、14、15发射的光分别具有带有快轴f的椭圆形轮廓，该快轴垂直于承载件的装配面40指向，并且这些光分别平行于装配面40线性极化。在图5中，快轴f-f和由激光二极管11发射的激光的极化方向s被示意性地示出。所有其他激光二极管发射具有在轮廓、快轴和极化方面相同特征的激光。

通过设计成λ/2小板的延迟板111、121、131、141、151，由激光二极管11、12、13、14、15发射的光的极化方向被分别旋转90度，从而使激光的极化方向p分别与快轴f-f一致。在图6中示意性地示出了由激光二极管11发射的光在经过延迟板111之后的极化方向p和快轴f-f。快轴f-f和极化方向p在经过延迟板111之后垂直于装配面40指向。与之类似的是，由其他激光二极管12、13、14、15发射的激光分别借助延迟板121、131、141、151旋转了90度，从而使其极化方向与快轴一致并且垂直于装配板40地极化。

借助于准直器112、122、132、142、152分别降低了由激光二极管11、12、13、14、15发射的光的发散性，从而产生总共五个平行于装配面40延伸的激光射束，它们分别对准光指引件31、32、33、34、35之一的反射面310。平行性涉及承载件(4)的延伸平面和相应的激光射束的光学主传播方向。

在图2中示意性地在第一激光二极管11、第一延迟板111、第一准直器112、第一光指引件31和光波长转换元件2的实例中示出由第一激光二极管11产生的激光的光路。由第一激光二极管11产生的激光束5经过第一延迟板111和第一准直器112并且入射到设计成圆柱形反射器的第一光指引件31的反射面310上。在第一光指引件31的反射面310处，由第一激光二极管11发射的激光束5在光波长转换元件2的方向上反射。第一光指引件31的反射面310这样地隆起，即激光束5在反射面310处平行于装配面40并且垂直于光传播方向扇形地散开，从而由此能够对光波长转换元件2的表面200的尽可能大的部分进行照射。在图3的俯视图中示意性地示出了激光束的扇形散开的状态。此外，反射面310与承载件4的装配面40和在装配面40上布置的光波长转换元件2的表面200形成一个角度w。图4以示意图示出了穿过第一光指引件31的反射面310和光波长转换元件2以及承载件4的横截面。

由第一激光二极管11发射的激光束5平行于承载件4的装配面40延伸并且以入射角we＝90°-w投射到第一光指引件的反射面310上。在该反射面310处，激光束5以反射角wr＝we在光波长转换元件2的方向上反射。第一激光二极管11的激光束5的在反射面310处被反射的部分5’以光波长转换元件的布儒斯角wb投射到光波长转换元件2的表面200上，因为，反射面310与装配面40形成一个角度w，其计算为w＝45°+wb/2。因为激光束5根据在图6中的示意图垂直于装配面40地线性极化，因此在激光束5的在反射面310上被反射的部分5’在投射到光波长转换元件2的表面200上时被平行于其入射平面地线性极化(p极化)，并且因此能够在没有大反射损失的情况下进入到光波长转换元件2中。该入射平面通过在光波长转换元件2的表面200上的垂线l和通过激光束5的射到表面200上、在反射面310处被反射的部分5’的传播方向展开。

在光波长转换元件2处，激光束5’的部分5’按比例转换成具有强度最大值在560nm至590nm的波长范围中的其他波长的光，该波长对应于黄色光的光谱范围。因此，由光波长转换元件2的表面200发射出在所有的方向中具有类朗伯分布的白色光，其是由未转换的蓝色光和转换过的黄色激光构成的混合光。转换过的黄色光和未转换的蓝色光的相对比例取决于光波长转换元件2的层厚度以及取决于在光波长转换元件2的钇铝石榴石中的铈浓度。由光波长转换元件2的表面200发射的白色光通过在光波长转换元件2之上定位的光学单元投射到交通工具之前的行驶路径上，其中，该光学单元在图2中适应性示出并且可以包括多个光学透镜或者反射器。

在光波长转换元件2和承载件4的装配面40之间的反射光的金属涂层20提高了系统效率，因为不仅未转换的蓝色光而且还有转换过的黄色光都在金属涂层20处反射，从而使其能够在表面200处离开光波长转换元件2。此外，金属涂层200改善了光波长转换元件2的冷却。

类似于上面详细描述的第一激光二极管11、第一延迟板111、第一准直器112和第一光指引件31的布置，第二激光二极管12、第二延迟板121、第二准直器122和第二光指引件32也相关于光波长指引元件2布置在承载件4的装配面40上。尤其是，由第二激光二极管12产生的激光束通过第二光指引件32反射到光波长转换元件2的表面200上，其中，第二延迟板112将激光束的极化方向旋转了90度，从而使其在投射到光波长转换元件2的表面200上时平行于入射平面极化(p极化)，并且其中第二光指引件32的反射面310同样与装配面40形成角度w，从而使由第二激光二极管12发射的激光束同样以布儒斯角wb投射到光波长转换元件2的表面200上。

另外的激光二极管13、14或者15和其配有的延迟板131、141或者151、准直器132、142或者152以及还有光指引件33、34或35也与之类似地布置和设计。在图2、3和4中的附图因此代表五个激光二极管11至15中的每一个和其配有的组件，该组件由相应的延迟板、相应的准直器和相应的光指引件构成。

如在图1中示意性地示出的那样，由五个激光二极管11、12、13、14、15发射的激光分别通过光指引件31、32、33、34、35的反射面310反射到光波长转换元件2的表面200上。激光二级管11、12、13、14、15布置在虚拟的正五角形的角点处，并且分配给激光二级管11、12、13、14、15的相应的光指引件31、32、33、34和35分别与光波长转换元件2和相应的激光二极管共线地布置在承载件4的装配面40上。由于该布置，由激光二级管11、12、13、14、15平行于装配面40发射的激光束由不同的方向投射到光波长转换元件2的表面200上。尤其是，激光束5的在五个光指引件31、32、33、34、35的反射面310处被反射的部分5’的入射方向彼此形成各一个72度的角度，从而使得五个激光束5以其椭圆形的轮廓在光波长转换元件2的表面200上重叠。在图7中示意性地示出了五个激光束5在光波长转换元件2的表面200上的重叠。在光波长转换元件2的表面200上产生的光斑50具有这样的轮廓，该轮廓通过以具有各72度的角度错置的发射方向的激光束5的重叠和激光二级管11、12、13、14、15和其配有的光指引件31、32、33、34、35的布置以及通过激光束5的椭圆形的轮廓产生。通过分别以72度错置的激光束在转换元件上的重叠产生了转换元件的光出射，其由五个单独的、类朗伯的光发射特征得出。

根据本发明的一个优选的实施例的照明设备除了具有照明设备的上述描述的组件之外还具有用于监控由激光二级管11、12、13、14、15和光波长转换元件2发射的光的元件71、72、73、8。该元件71、72、73、8仅仅在图8中示意性和示例性地在第一激光二极管11和其配有的第一光指引件的实例中示出。在其他附图中，这些部件出于简化的目的被省略。对于其他激光二极管12至15来说同样设置有用于监控的相应的元件。

投射到反射面310上的激光束5很大一部分在光波长转换元件2的方向中被反射。激光束5的在反射面310处被反射的部分5’包含超过激光束5的95％的光强。反射面310或者构成反射面310的涂层311是部分透明的，从而使激光束5的一部分5”进入到第一光指引件31的内部。激光束5的由涂层311透射的部分5”具有低于激光束5的5％的光强。被透射的部分5”经过第一光指引件31的透明的塑料材料并且由偏转反射器8指引到第一光电二极管71上，其对于来自蓝色光谱范围的光是敏感的并且布置在承载体4的装配面40上。通过第一光电二极管71直接对由第一激光二极管11发射的激光进行监控。尤其是由此能够探测第一激光二极管11的故障或者由第一激光二极管11发射的激光束5的强度变化，并且例如激活照明设备的安全断路。激光束5和该激光束的被反射的部分5’以及被透射的部分5”在图1、4和8中分别理想化地通过一条线示出，其指明了这些激光束5、5’、5”的传播方向，在此并不考虑可能的发散性或者激光束的扇形散开。

因为在第一指引件31上的涂层311是部分透明的，那么由光波长转换元件2的表面发射的混合光5”’的一部分也以很小的强度进入到第一光指引件31的内部中，并且通过第一指引件31的平行于装配面40延伸的边界面处的全反射在承载件4的装配面40的方向中向回反射并且投射到同样布置在承载件4的装配面40上的第二和第三光电二极管72、73上。第二光电二极管72对于来自黄色光谱范围的光是敏感的，并且第三光电二极管73对于来自蓝色光谱范围的光是敏感的。通过第二光电二极管72和第三光电二极管73对由光波长转换元件2发射的白色混合光进行监控。尤其是可以通过两个光电二极管72、73对未转换的蓝色和转换的黄色光的强度和相对比例进行监控，并且也许可能触发安全断路，或者再调节来自第一激光二极管11的激光束5的光强。因为类似于在图8中示出的光电二极管71、72、73和偏转反射器8，为五个激光二极管11、12、13、14、15中的每一个都配备了三个光电二极管和一个偏转反射器，因此通过第一光电二极管71能够单独地监控由每个单独的激光二极管11、12、13、14、15发射的激光束5的光强，并且通过第二光电二极管72和第三光电二极管73，它们基于其在图8中示出的布置围绕光波长转换元件2定位，还能够附加地探测来自光波长转换元件2的表面200的光辐射，并且也许可能的话可以通过调节装置相应地再调节发光二极管11、12、13、14、15的功率，以便调节由激光二极管发射的激光束5的光强，从而确保光波长转换元件2的表面200的尽可能均匀的照明。对此可替换的是，该调节装置可以用于对激光二极管的激光功率进行单独设定，并且因此影响光波长转换元件2的光发射。

根据本发明的一个优选的实施例的照明设备的尺寸小到其能够安装在具有40mm乘40mm的正方形底面和10mm高的直角平行六面体的壳体中。尤其是在承载件4的装配面40上布置的激光二极管11、12、13、14、15的、延迟板111、121、131、141、151的和光指引件31、32、33、34、35的以及另外的组件71、72、73、8的以及还有运行装置的组件(未示出)的结构高度小于10mm。承载件4例如能够以其与装配面40背离的一侧放置在直角平行六面体的壳体的底面上，并且光学单元6能够集成在直角平行六面体的壳体的与底面相对的顶盖面中。直角平行六面体的壳体的底面可以设计成冷却体并且具有冷却肋。可替换的是，照明设备也能够安装在圆柱形的壳体中，该壳体具有大小为至少1600mm²的圆盘形底面和10mm的高度。

根据本发明的一个优选的实施例的照明设备由于其较小的尺寸可以作为在机动车大灯中的光源使用。

本发明并不受本发明已经描述的实施例的限制。例如，激光二极管的数量、布置和特性在根据本发明的照明设备中能够被改变。此外，承载件的形状和光指引件的构型也可以匹配希望的应用。此外，由激光二极管发射的光的光色和光波长指引元件的特性，例如转换色彩或者转换中心在光波长转换元件的材料中的分布都可以匹配希望的应用。

激光二极管、光指引件和传感器装置的布置并不受5个数的对称性的限制，而是通常可以具有(2n+1)个数的对称性，其中n＝1、2、3…等等。

可替换的是，光波长转换元件在透射的布置中运行，其中，产生的混合光、也即是由在光波长转换元件处被转换的激光和未转换的激光光构成的混合光被发射到承载件4的与装配面40相对的一侧上。在该种情况中，反射光的层20被去除或者通过透明的层代替，并且承载件4在该种情况中在该位置透明地设计、或者承载件4具有裂口，在其中布置有光波长转换元件2。

此外，在透射的布置中在两侧实现为光波长转换元件加载激光光，其中发光二极管不仅布置在承载件的两侧而且因此从两侧对光波长转换元件进行照射。在该布置中也实现了光波长转换元件在两个半部空间中的光发射。

在此使用的定义：光、照明、光损失、光强、光色彩、光密度等等，应该一起包括用于来自不可见的光谱范围的紫外线和红外线的电磁辐射的适合的定义，如辐射、照射、辐射损失、辐射强度、辐射密度。因此，激光二极管尤其可以这样地设计，即其发射紫外线激光辐射或者红外激光辐射来替代光。