具有激发光源、荧光材料装置和滤光装置的照明设备的制作方法

具有激发光源、荧光材料装置和滤光装置的照明设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有激发光源（2）的照明设备，其中，能够通过控制自转的荧光材料轮（5）和与之同步旋转的滤光轮（12）之间的相位关系控制照明设备的使用光的光谱组成。通过控制相位关系控制来自荧光材料轮（5）的荧光材料元件的转换光与滤光轮（12）的滤光元件在时间上的重叠，也就是控制转换光被滤光元件过滤光谱的程度。
【专利说明】具有激发光源、荧光材料装置和滤光装置的照明设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有激发光源、用于将至少一部分激发光转化为转换光的荧光材料装置和用于过滤转换光的光谱的滤光装置。本发明还涉及一种用于运行这类照明设备的方法。
[0002]这类照明设备特别是可以用作投影仪中产生光的单元，例如用于视频投影仪或数字投影仪。
【背景技术】
[0003]由现有技术中公知许多用于投影使用的照明设备，这些照明设备具有荧光材料装置，该荧光材料装置含有一种或多种荧光材料。这些照明设备还包括激发光源，它激发(借助荧光材料使激发光的波长变化)荧光材料发出具有不同于激发光波长的波长的光束。通过合适地偏转激发光和荧光材料射出的光束(转换光)能够将这两种光束汇聚到同一条线上，并且输送给成像的系统。
[0004]优选地使用激光二极管作为激发光源。在这种情况下还公知一种名为LARP(LaserActivated Remote Phosphor (激光激发远程突光粉))的技术。为了将激光功率在平均时间内分布到较大的面积上，从而还减少荧光材料的热猝灭，通常将至少一种荧光材料涂覆在运行时转动的轮子上。因此，照明设备放射的光束是按光谱的依次顺序的不同的转换光，必要时还另外放射有激发光，在轮流速度够快的次序中这些光线感觉是混合光或在与成像的单元组合的情况下感觉是彩色图像。
[0005]投影仪用于各种不同的应用，它们对产生光线的单元的光线照明技术特性有不同的要求。光线的光谱成分决定它的色彩真实度特性以及能够借此显示的色空间。此外对于数字投影仪而言，在文本或图表显示时的亮白色背景十分重要，其中，在色彩真实度方面可以接受妥协。相反地，在家庭影院应用中追求尽可能的好的具有明亮色彩的色彩真实度。因此提供了特殊的、具有适应预设的(主要)应用的荧光材料轮和滤光轮的投影仪。其中，投影仪的单个光色的光谱(“颜色通道”)由荧光材料和与之同步旋转的滤光轮的光谱特性确定并决定。颜色通道的光通量比重由在荧光材料轮上的不同的荧光材料的区段情况或滤光轮上的滤光区段决定。在运行时不可能变换投影仪的光谱特性。通常只能通过更换荧光材料轮和/或滤光轮进行调适。于是对于家庭影院应用的投影仪需要较大的红色荧光材料区段和/或额外地需要朝深红色方向的滤光作用。相反对于数字投影仪来说，却常见较大的绿色荧光材料区段和黄色荧光材料区段。
[0006]文献CN102385233A示出一种用于投影仪的照明设备，其具有泵浦激光器、用于将激发光的波长转化为转换光的荧光材料轮和用于过滤转换光的光谱的滤光轮。激发光借助二向色镜转向荧光材料轮。由荧光材料轮发射回来的转换光穿过二向色镜，并且投射到滤光轮上。激发光能够穿过荧光材料轮内的透明区段，并且通过环绕带(Wrap-Around-Schleife)输送给二向色镜。二向色镜将激发光反射给滤光轮。滤光轮和荧光材料轮布置在一条共同的轴线上，并且因此以相同的速度旋转。
【发明内容】

[0007]本发明的目的是提供一种照明设备，特别是用于投影应用的照明设备，该照明设备能够在运行时改变照明技术特性，特别是改变光通量和光线的光谱成分。
[0008]该目的通过这样一种照明设备得以解决，其具有激发光源、荧光材料装置，其中该荧光材料装置具有至少一个荧光材料元件，其能够被激发光源的激发光所照射，并且至少部分地在经过波长转变地再次发射该激发光，并且此时该荧光材料装置能够运动地安置在激发光源的光路上，并且具有滤光装置，其中，该滤光装置具有至少一个滤光元件，其能够被波长转变的光照射，并且此时该滤光装置能够运动地安置在波长转变的光的光路上，还具有运动单元，其被设计用于在至少一个荧光材料元件和至少一个滤光元件之间的相位关系固定的情况下使荧光材料装置和滤光装置运动，还具有相位控制单元，其用于控制至少一个自运动的荧光材料元件和至少一个自运动的滤光元件之间的相位关系。
[0009]特别有利的构造方案在从属权利要求中。
[0010]此外关于运行根据本发明的照明设备方面的目的通过一种具有方法的独立权利要求的特征的方法得以解决。
[0011]只要能够应用，下面针对根据本发明的照明设备及其构造方案所述的特征及其优点以类似的方式也适用于根据本发明的方法，反之亦然。
[0012]本发明的基本理念在于，为了按期望改变照明技术特性，特别是为了改变照明设备的光束的光谱成分，利用自运动的荧光材料装置(例如自旋转的荧光材料轮)和与之同步(也就是具有在任何时间都恒定的相位关系)运动的滤光装置(例如自旋转的滤光轮)之间的相位关系。根据本发明，通过改变荧光材料轮和滤光轮之间的相位关系能够控制各个转换光色的光谱和/或比重或功率。
[0013]控制相位关系尤其是包括改变至少一个自运动的荧光材料元件和与之同步运动的滤光元件之间时间上的重叠。其中，改变相位关系也可以是荧光材料元件和滤光元件之间在改变之后才出现时间上的重叠，或者不再有时间上的重叠。在荧光材料元件与滤光元件在时间上重叠期间，由荧光材料发射的光束可以穿过所谓的滤光元件，并且因此过滤掉相应的光谱。已显示出的是，借助合适的运动单元和相位控制单元能够在大约2秒中内在荧光材料轮和滤光轮之间制造出新的相位关系。因此能够根据当前显示情境的需要设置投影仪的亮度和可显示的颜色空间，例如通过可供使用者使用的操作菜单。对亮度和可显示的颜色空间可能进行的改变的质量和数量可以通过改变相位和荧光材料轮和滤光轮的具体构造方式设计。
[0014]为此可以将所述至少一个滤光元件设置为长通滤光器、短通滤光器、带通滤光器或带阻滤光器。上述的滤光器也可以以组合的方式设置，也就是说滤光装置就具有超过一个的滤光元件，例如两个或三个。其中，两个在空间上独立的滤光元件也可以设置成同类的滤光器。此外，滤光装置还可以具有透明元件，其对于激发光和波长转变后的光(转换光)是透明的。于是，透明元件至少对于激发光和转换光或者也对于整个可见的光谱不具有光谱过滤特性，而是有一样高的透射度，优选地几乎为100%。
[0015]原则上各种各样的实施方式和运动方式都适用于滤光装置和荧光材料装置。至关重要的是，使滤光元件或荧光材料元件的运动同步，并且控制两个元件的相位关系。滤光装置和荧光材料装置例如可以设计用于线性运动。为此可以将滤光元件或荧光材料元件例如分别布置在横向于投射的光束运动的滑轨上。
[0016]荧光材料装置和滤光装置也可以设计用于旋转运动。
[0017]例如荧光材料装置和滤光装置分别可以构造成滚筒。在这种情况下，荧光材料元件或滤光元件布置在相应滚筒的套面上。
[0018]优选地，荧光材料装置和滤光装置构造成荧光材料轮或滤光轮。然后就可以将至少一个荧光材料元件和至少一个滤光元件构造成扇形的或圆环形的荧光材料区段或滤光区段。荧光材料轮和滤光轮之间的相位关系就能够例如(从轮子的旋转方向上观察)参照荧光材料区段或滤光区段的起始处。于是，当荧光材料区段的起始处和滤光区段的起始处同时旋转穿过分别投射的激发光束或转换光束时，那么相位差为零(荧光材料区段和滤光区段的最大时间重叠，也就是最大的光谱过滤)。相反地，当荧光材料区段已经完全穿过激发光束时，滤光区段才开始旋转穿过转换光束，那么相位差为最大值(荧光材料区段和滤光区段之间不存在时间上的重叠，也就是说不发生光谱过滤)。相对应于理想的滤光效果，当然可以为相位关系根据需要设置任意的中间值。此外，也可以用其他方式确定并测量荧光材料轮和滤光轮之间的相位关系。在设计了多个荧光材料区段和/或滤光区段时尤其是如此。
[0019]至少一个滤光区段能够覆盖的角范围与至少一个荧光材料区段覆盖的角范围一样大。在滤光区段和荧光材料区段之间的相位关系合适的情况下，滤光区段相位与荧光材料区段相位在时间上重叠，也就是说当激发光投射在荧光材料轮的荧光材料区段上，并且被转换时，该转换光投落到滤光轮的同步运转的滤光区段上。
[0020]此外还可以设计另一个荧光材料区段，它的角范围等于或大于至少一个滤光区段和/或另一个滤光区段的角范围。
[0021]将激发光变换为转换光优选地从较短的波长转变为较长的波长(降频转换)，因为这不需要额外的能量。于是在这种情况下，激发光的波长比转换光的波长短。为此激发光源的激发光可以包含蓝色的激光射线和/或蓝紫色的和/或紫外的激光射线。
[0022]蓝色的激光射线作为激发光有以下优点，S卩，一部分未转换的可以作为蓝光一起使用。荧光材料装置优选地包括至少一种具有主导波长在绿色和/或红色和/或黄色和/或蓝色的波长范围内的荧光材料。
[0023]某个光色的光束(彩光)的主导波长(也称为占主导地位的波长)在CIE色度图(标准色板)中由从白点穿过测定的彩光的色位延伸的直线与CIE色度图的附近边沿的光谱线的切点定义。例如，有效的红色荧光材料的主导波长为大约600nm。
[0024]荧光材料可以理解为任何能够转换波长的、特别是固体的材料。波长转换例如可以基于突光或磷光。
[0025]根据本发明的用于运行前述照明设备的方法优选地包括至少两个不同的可选的运行模式A和B，其具有以下方法步骤:
[0026]运行模式A:借助相位控制单元设置至少一个自运动的荧光材料元件和至少一个与荧光材料元件同步运动的滤光元件之间的第一相位关系。
[0027]运行模式B:借助相位控制单元设置至少一个自运动的荧光材料元件和至少一个与荧光材料元件同步运动的滤光元件之间的第二相位关系，其中，第二相位关系不同于第一相位关系。
[0028]第一相位关系相当于至少一个自运动的突光材料兀件和至少一个与突光材料兀件同步运动的滤光元件之间的第一种时间重叠关系，第二相位关系相当于它们之间的另一种时间重叠关系或者也可以是时间上不重叠的关系。
[0029]运行模式A例如可以设计用于数字投影仪，运行模式B设计用于家庭影院投影设备，或者反过来设计。
[0030]在不同的运行模式之间进行的调控可以在一个步骤中实现，或者也可以以增量的方式，或者也可以在连续不断的过渡中实现。
[0031]此外也可以通过由投影仪的图像生成单元提供的图像信息或由另一种信号实现在不同的运动模式之间进行调控。
[0032]本发明的其他优点、特点和细节从权利要求、下面对优选实施方式的说明中以及借助附图得出。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]下面要借助实施例更详尽地阐述本发明。附图用示意图示出:
[0034]图1根据本发明的具有荧光材料轮和滤光轮的照明设备的实施例，
[0035]图2a根据图1所示的照明设备的具有第一相位差的荧光材料轮和滤光轮的第一实施方式，
[0036]图2b如同图2a，但是具有第二相位差，
[0037]图3a与根据图2a_b的与滤光轮处于第一种相位关系中的荧光材料轮的第二实施方式，
[0038]图3b如同图3a，但是具有第二相位差，
[0039]图3c如同3a，但是具有第三相位差，
[0040]图4a处于第一种相位关系中的突光材料轮和滤光轮的第三实施方式，
[0041]图4b如同图4a，但是具有第二种相位差，
[0042]图5a处于第一种相位关系中的突光材料轮和滤光轮的第四实施方式，
[0043]图5b如同图5a，但是具有第二种相位差，
[0044]图6a处于第一种相位关系中的突光材料轮和滤光轮的第五实施方式，
[0045]图6b如同图6a，但是具有第二种相位关系，
[0046]图7红色荧光材料的发光曲线和长通滤光器的过滤曲线的示例性的变化曲线，
[0047]图8绿色荧光材料的发光曲线和短通滤光器的过滤曲线的示例性的变化曲线，
[0048]图9激光二极管和红色荧光材料的发光曲线以及带阻滤光器的过滤曲线的示例性的变化曲线，
[0049]图10根据本发明的具有荧光材料轮和滤光轮的照明设备的另一种实施例。【具体实施方式】
[0050]下面为了简单起见也可以用相同的附图标记标识相同的或同类的特征。
[0051]图1示出根据本发明的实施例的照明设备I的示意图。
[0052]照明设备I包括构造成激光二极管矩阵的激发光源2，它包括多个激光二极管3(这里分别包括一个主透镜)。激发光源2被设计用于发出蓝色光谱范围内的光束，因为这一方面对于大部分的荧光材料是合适的激发波长。另一方面这使得能够利用未转换的蓝色激光作为蓝光通道(B)，例如用于红黄蓝投影单元(RGB-Projektionseinheit)。因此，在本实施例中如下地选择激光二极管3，即，激光二极管放射蓝色激光射线Ib形式的、放射波长例如为大约400至470nm的激发光。
[0053]通过相对应于激光二极管3的转向镜4将激光二极管3的蓝色激光转到构造成荧光材料轮5的荧光材料装置上，蓝色极光在这里转变为另一种主导波长的光，例如转变为处于绿色光谱范围内的光Ie。为此，荧光材料轮5具有一种或多种不同的荧光材料，它们布置在荧光材料轮5的圆环形的区段内并且通过旋转荧光材料轮5按时间顺序依次被激发光Ib投射，并且能够被激发射出波长转换的光。由激光矩阵2射出的蓝色激发光Ib借助镜头6聚焦到自转的荧光材料轮5的荧光材料区段上。由旋转经过激发光斑下方的荧光材料区段回射(zurueckgestrahlte)的、波长转换的光由镜头6对准并且通过二向色镜7借助反射去耦。为此，二向色镜7布置在激发光源2和荧光材料轮5之间，与光路形成45°的倾斜状态。此外，二向色镜7被设计用于透射蓝色光谱范围内的光，并且反射非蓝色光谱范围内的光。由此蓝色激发光Ib能够一方面穿过二向色镜7到达荧光材料轮5，另一方面二向色镜7使经过波长转换的、即例如绿色光Ie垂直地从激发光光路上去耦。二向色镜7在这里就作为选择波长的分束器。
[0054]此外，荧光材料轮5还具有对于蓝色激发光Ib来说透明的区域，例如无材料的开口，通过这个开口蓝色激发光Ib能够在与荧光材料轮5不发生相互作用的情况下穿过该荧光材料轮。作为代替，这个开口也可以填充有透明的材料。透射的并且通过另一个镜头8对准的蓝色激发光通过三个转向镜9，10，11转向所谓的“环绕式”分支，并且被引导回到二向色镜7。
[0055]来自“环绕式”分支的未转换的蓝色激发光束Ib穿过二向色镜7。相反地，为此按时间顺序依次投射到二向色镜7的另一侧上的转换后的(等于经过波长转换的)光束Ie被二向色镜7反射。因为激发光束Ib和转换光束Ie相互垂直并且分别以45°投射到二向色镜7的两个相反的侧面上，所以以这种方式最终将两个光路汇聚在同一条线上以及通过另一个聚焦透镜系统6’聚焦到滤光轮12上。在经过滤光轮12以后,激发光Ib和转换光Ie为了空间重叠(混合)例如进入投影模块的积分器13中。滤光轮12具有至少一个滤光区段，以便缩减或改变通过荧光材料转换波长的光(转换光)的通常非常宽的光谱，并且因此例如为相应的投影应用优化颜色空间。
[0056]激光二极管矩阵2下游还连接着均化器14，用于在荧光材料轮5的荧光材料上实现尽可能相同形式的蓝色激光射线b的功率密度分布。由此应该尽可能避免或最小化所谓的猝灭。猝灭是由于功率密度升高(强度猝灭)和/或温度升高(热猝灭)造成的荧光材料的转换效率降低。理想的是激发光的功率密度台阶状地(plateauformige)分布在荧光材料上。
[0057]此外在第三转向镜11和二向色镜7之间设置第二个均化器15，用于将在未转换的情况下穿过荧光材料轮5的蓝色激发光Ib在与转换光Ie组合之前进一步均化，或用于减少该应用中可能出现的散斑图案。均化器也可以包含用于形成光束的光学元件。
[0058]荧光材料轮5和滤光轮12通过相位控制单元16同步地驱控，也就是说具有固定的相位关系，其中，可以设置荧光材料轮5和滤光轮12之间的相位差。不仅荧光材料轮5还有滤光轮12通过两件式的驱动单元17置于同步旋转，也就是具有相同的转速。
[0059]在图1中所示的照明设备的(未示出的)变化方案中，如果蓝光成分也像其他的彩光成分一样借助荧光材料转换产生，那么也可以省去环绕带。在这种情况下，荧光材料轮具有代替对于激发光来说透明的区域的蓝色荧光材料区段。由蓝色荧光材料在用激发光照射时产生的蓝光和由其他的荧光材料区段按时间顺序依次产生的其他彩光成分被二向色镜向滤光轮去耦。因此只对于环绕带来说必要的光学元件是多余的，也就是在图1中布置在荧光材料轮5后方的准直镜头8，三个紧跟着的45°转向镜9至11以及最后是第二均化器15。此外，在必要的情况下，要为激发蓝色荧光材料合适地调适二极管矩阵2的激光二极管的波长。合适的例如有蓝紫色的激光波长。同样地相应调适二向色镜的涂层，也就是如下地，即，也反射宽带的蓝色转换光，并且仅透射窄带的蓝紫色的激光。
[0060]下面参照图2至5阐述荧光材料轮5和滤光轮12的不同的实施方式，以及示例性地阐述荧光材料轮5和滤光轮12之间的不同的相位差对最后的使用光的光谱组成的影响。其中，为了更清楚起见，荧光材料轮5在滤光轮12内示出，具体来说具有分别借助相位控制单元16设置的相位差。由此能够简单地解读出，从某个位置向荧光材料轮5回射的并且由相应的荧光材料转换的或通过环绕带未转换的光束何时投落到滤光轮12上或投落在滤光轮12上的哪个位置上。在图2a，2b中，为了展示清楚而示例性地绘出了荧光材料轮5上的蓝色的激发光斑Ib和滤光轮12上的转换光斑Ικ。就此而言，这些示意图不必符合真实的大小比例，而是主要用于简单地展示荧光材料轮5和滤光轮12之间的不同的相位关系。为了简单起见，也从荧光材料轮和滤光轮的相同的角速度出发，因此相同的角范围就等于相同的荧光材料轮和滤光轮被照射区域的照射持续时间。以下观点对于根据本发明的照明设备在具有和不具有环绕带的情况下都适用。
[0061]图2a用示意图示出根据图1所示的照明设备I中的荧光材料轮5和滤光轮12的第一种实施方式。荧光材料轮5具有四个圆环形的区段，它们按顺序用绿色荧光材料G、红色荧光材料R和黄色荧光材料Y涂层。第四个区段T/B要么是透明的T，也就是能让用于环绕带的蓝色的激发光Ib顺利通过，要么以蓝色荧光材料B涂覆(不具有环绕带的变化方案)。滤光轮12具有两个圆环形的区段、一个长通滤波区段r和一个透明区段t。就长通滤光器的过滤效果而言可以参见图7和所配的说明。红色荧光材料区段R和长通滤波区段r的各个时间长度(=相应的扇形的角范围α )在这里以如下方向相互协调，g卩，它们等于扫过的光束的相同的持续时间(=在荧光材料轮和滤光轮的角速度相同的情况下的相同的角范围)。此外，借助相位控制单元16 (参见图1)如下地相互协调相位，即，在激发光束IbH过红色荧光材料区段R期间，回射回来的红色的转换光Ik的短波部分也同时由长通滤波区段r过滤掉。因此，红色荧光材料区段R和长通滤波区段r之间的相位差在这个例子中等于零。由此使得主导波长向较长波的红色方向推移。在相位同步的情况下，滤光轮12的长通滤波区段r就用作由红色荧光材料区段R转换的红光的长通滤光器。红色荧光材料区段R就完全被滤光轮12的长通滤波区段r覆盖。其余的光色，也就是未转换的(具有环绕带)或转换后的(不具有环绕带)蓝光和被黄色荧光材料区段Y以及绿色荧光材料区段G转换的黄光或绿光穿过滤光轮12的透明区段t，也就是保持光谱未过滤。在这样设置荧光材料轮5和滤光轮12的相位的情况下(具体来说就是相位相同，也就是说红色荧光材料区段R和长通滤波区段r之间的相位差等于零)，就减少了红色比重(因为只有长波部分能够穿过长通滤光器)，否则整体光通量却保持最大。
[0062]图2b示出相对于图2a发生了变化的相位关系。在这里，来自荧光材料轮5的红色荧光材料区段R的红光Ik穿过滤光轮12的透明区段t，也就是保持光谱未过滤。长通滤波区段r更多地以紧跟着红色荧光材料区段R的黄色荧光材料区段Y为开端，并且因此过滤掉黄光的短波部分。但是因为黄色荧光材料区段Y在时间上比长通滤光区段r更长(配属于黄色突光材料区段Y的扇形区的角范围β大于角范围ct )，所以只过滤了一部分黄光相位。在这样设置红色荧光材料区段R和长通滤光区段r的相位时(具体来说在这里是如下地在旋转方向上推移相位，使得红色荧光材料区段R和长通滤光区段r不重叠)，整体光通量相对于在图2a中所示的相位设置减小。然而红色比重却更高。其余的光色，也就是未转换的(具有环绕带)或转换后的(不具有环绕带)蓝光和被绿色荧光材料区段G转换的绿光穿过透明区段t，也就是同样和红光一样保持光谱未过滤。
[0063]在图3a至3c中示意性示出的配置中，荧光材料轮5没变化。但是在滤光轮12上在长通滤波区段r的对面还布置了短通滤波区段g。就短通滤光器g的过滤效果而言可以参见图8和所配的说明。
[0064]在图3a中所示的相位关系基本上等同于图2a中所示的相位关系，也就是说红色荧光材料区段R和长通滤波区段r之间的相位差为零。短通滤波区段g同时遮盖住与荧光材料轮5的透明区域T/A (相当于蓝光区段)一样的角范围。因为短通滤波区段g让短波的蓝光能够顺利地通过，所以蓝光保持光谱未过滤。因此整体效果相当于图2a所示的整体效果。
[0065]在图3b中所示的对荧光材料轮5和滤光轮12的相位的设置对于红色范围来说相当于在图2b中所示的设置。因此，效果就红色荧光材料区段R和长通滤波区段r而言也是相同的。但是，额外地，绿光的长波部分也在一部分绿光相位期间(相当于角范围α)被短通滤波区段g过滤掉。由此使绿色的转换光的主导波长变得更短。在绿光相位的其他持续期间(相当于β减去α的角范围)，绿光穿过滤光轮12的透明区域t，也就是保持未过滤。在总体效果上整体得到相对于图3a更小的光通量，同时绿色部分被过滤，但是红色部分增加。
[0066]最后在图3c中示出一种设置，其中，红色荧光材料区段R和长通滤波区段r之间的相位差相当于在图3a或3b中所示设置之间的中间设置。红色荧光材料区段R和长通滤波区段r在时间上的重叠相当于重叠的扇形区的角范围Y。该重叠的角范围Y小于对应红色荧光材料区段R或长通滤波区段r的扇形区的整个角范围a。长通滤波区段r的整个角范围α的其余部分α减去Υ与黄色荧光材料区段Y的相应部分重叠。这样的中间设置当然也可以在图2a，b中所示的变化方案中利用仅一个滤光区段设置。短通滤波区段g在角范围δ内与绿色荧光材料区段G重叠。短通滤波区段g的整个角范围α的其余部分α减去δ与蓝光区段Τ/Β的相应部分重叠。在总体效果上，整体上得到偶尔过滤掉红色、黄色和绿色成分的光通量。
[0067]在图4a和4b中示意性示出的配置中，滤光轮12类似于在图3a_c中除了透明区段t以外不仅具有长通滤波区段r还有短通滤波区段g。然而，两个滤光区段!和g不是相对置的而是相邻布置的。荧光材料轮5不仅具有红色荧光材料区段R、黄色光材料区段Y和透明的蓝光区段或蓝色材料区段T/B。
[0068]图4a示出一种相位关系，其中，两者都占据相同的角范围ε的红色荧光材料区段R和长通滤波区段r在时间上完全重叠。紧跟着的占据角范围η的短通滤波区段g与黄色荧光材料区段Y的一部分重叠，该区段占据荧光材料轮5的方位角的大部分(角范围μ大于ε加η)。黄色荧光材料区段Y的其余部分和蓝光或蓝色荧光材料区段Τ/Β投落到滤光轮12的透明区段t上，也就是不会经历光谱过滤。在总体效果上，在这种设置下最终整体带有减少的红色部分以及偶尔过滤掉黄色部分的最大光通量。
[0069]在图4b中所示的相位关系中，红色荧光材料区段R结束后才开始长通滤波区段r，也就是说红色部分保持未过滤。为此，长通滤波区段r与一部分黄色荧光材料区段Y重叠。紧跟着的短通滤波区段g同样与一部分黄色荧光材料区段Y重叠。也就是通过长通滤波区段r或短通滤波区段g分别过滤掉一部分黄光通量。于是在总体效果上，在这种设置下整体上得到相对于在图4a中所示的设置较少的光通量，但是放射的光的红色部分变大。
[0070]在图5a和5b中示意性示出的配置中，滤光轮12原则上相当于在图4a_b上所示的滤光轮。然而这里的短通滤波区段g延伸过滤光轮12的一半，也就是说相应的角范围达到180°。这样确定邻接的长通滤波区段r的大小，即，滤光轮12的保留的透明区段t遮盖住与荧光材料轮5的蓝光或蓝色荧光材料区段T/B相同的角范围λ。荧光材料轮5的其余部分，也就是角范围360°减去λ，被黄色荧光材料区段Y遮盖。确切的说此处涉及BY荧光材料轮。
[0071]在图5a所示的相位关系中，短通滤波区段g以荧光材料轮5的蓝光或蓝色荧光材料区段T/B为开端，并且延伸过黄色荧光材料区段Y的第一部分。黄色荧光材料区段Y的保留的180°角范围与长通滤波区段r重叠达到角范围λ。于是，黄色荧光材料区段Y中只有角范围λ保持光谱未过滤。在蓝光区段Τ/Β期间投落到短通滤波区段g上的短波的蓝光同样光谱未过滤地穿过短通滤光器。在总体效果上，在这种设置下整体上得到偶尔被短通滤波区段g或长通滤波区段r过滤掉黄色部分时的最大光通量。
[0072]在图5b中所示的相位关系中，荧光材料轮5的蓝光或蓝色荧光材料区段T/B和滤光轮12的覆盖相同角范围λ的透明区段t完全重叠。由此黄色荧光材料区段Y也在它的整个角范围(360°减去λ)上与短通滤波区段g和紧跟着的长通滤波区段r重叠。于是在总体效果上，整体得到比在图5a中所示的设置下更少的光通量，但是含有更多的绿色成分。
[0073]在图6a和6b中示意性示出的配置中，滤光轮12具有透明区段t、短通滤波区段g和带阻滤光器O。就带阻滤光器ο的过滤效果而言可以参见图9和所配的说明。荧光材料轮5相对于在图5a，b中所示的荧光材料轮额外地具有绿色荧光材料区段G。确切的说此处涉及BYG荧光材料轮。
[0074]在图6a中所示的相位关系中，短通滤波区段g与绿色荧光材料区段G完全重叠，并且与蓝光或蓝色荧光材料区段T/B部分重叠。因此过滤掉全部的绿光相位。短波的蓝光不仅能够通过短通滤光器还能够通过带阻滤光器，因此保持光谱未过滤。一部分接下来的黄光相位被带阻滤光器过滤掉。剩下的黄光相位穿过滤光轮的紧接着的透明区段t保持光谱未过滤。总体上在这种设置下得到带有很多黄色部分的最大光通量。
[0075]在图6b中所示的相位关系中，黄色荧光材料区段Y与带阻滤光器ο完全重叠并且与大部分的短通滤光器g重叠，也就是说，黄光相位完全被过滤掉。透明区段t与绿色荧光材料区段G完全重叠并且与大部分的蓝光或蓝色荧光材料区段T/B重叠，也就是说不仅绿光相位还有蓝光相位都保持光谱未过滤。总体上在这种设置下得到相对于图6a更少的光通量，同时不含黄色部分，但是却含有更多的红色和绿色。
[0076]图7示意性示出红色荧光材料的发光曲线20和长通滤光器的理想化的滤光曲线21。为此在Y轴上标出示意性地在波长λ上的由红色荧光材料发射的光功率LK。针对滤光曲线21，理想化的透射T标为波长λ的函数。在这种示例性的例子中可以看出，长通滤光器阻挡红色荧光材料的发光光谱20的短波部分，并且仅透射较长波的部分。其中，真实的滤光器当然不具有理想化的阶梯函数。这也适用于以下例子图8-9。
[0077]图8示意性地示出绿色荧光材料的发光曲线22和长通滤光器的滤光曲线23。这里可以看出，短通滤光器阻挡红色荧光材料的发光光谱22的长波部分，并且仅仅透射较短波的部分。
[0078]图9示意性地示出蓝色激光二极管以及红色荧光材料的发光曲线24，25和带阻滤光器的滤波曲线26。在这里可以看出，带阻滤光器透射短波的蓝色激光24和红色荧光材料的发光光谱25的较长波的部分，并且仅仅阻挡窄的波长区域，这个区域基本上与红色荧光材料的发光光谱25的较短波的部分重合。
[0079]图10示出根据本发明的照明设备的在图1中所示的实施例的变化方案100的示意图。该变化方案与在图1中所示的实施例的区别主要在于，激发光源2(包括转向镜和第一均化器的激光二极管矩阵)和滤光轮12 (包括聚焦透镜系统6’和光学积分器13)的位置调换。此外，相应地调适二向色镜107的涂层，也就是对于蓝色的激光射线Ib是反射性的，并且对于转换光是透明的，例如绿光Ie。蓝色的激光Ib就由二向色镜107反射到荧光材料轮5上。来自那里的转换光Ie穿过二向色镜107，并且借助聚焦透镜系统6’聚焦到滤光轮12上。来自环绕带的蓝色激光Ib由二向色镜107聚焦到滤光轮12上。在滤光轮12以后，各个彩光成分按时间顺序依次进入光学积分器13或另一种光学系统。在图10中所示的照明设备100的其他元件及其布置与在图1中所示的照明设备I相同。特别是借助相位控制单元16控制荧光材料轮5和滤光轮12之间的相位也没有变化。就这点而言，荧光材料轮5和滤光轮12的在图2a-6b中所示的实施方式以及它们不同的相位关系可以用于在图10中所示的照明设备100。
[0080]不言而喻地，以上阐述的荧光材料轮和滤光轮的实施方式以及分别示出的相位关系只是示例性的，并且此外还可以考虑更多其他的变化方案，它们同样落在权利要求的保护范围内。滤光轮也可以直接布置在荧光材料轮的反射侧前方。滤光轮和荧光材料轮也可以布置在同一个旋转轴线上，只要能够控制两个轮之间的相位关系。也可以设计以串联的方式布置多个滤光轮，它们分别具有相对于荧光材料轮和/或与其他滤光轮能够单独设置的相位关系。
【权利要求】
1.一种照明设备(1)，包括 a.激发光源(2)， b.荧光材料装置(5)， i.其中，所述荧光材料装置(5)具有至少一个荧光材料元件(R，G，B，Y)，所述荧光材料元件能够以所述激发光源(2)的激发光照射，并且所述激发光至少部分地经过波长转换地再次发射出去，并且 ii.其中，所述荧光材料装置(5)能够运动地布置在所述激发光源(2)的光路上， c.滤光装置(12)， i1.其中，所述滤光装置(12)具有至少一个滤光元件(r，g)，所述滤光元件能够以波长转换的光束照射，并且 ii.其中，所述滤光装置(12)能够运动地布置在所述波长转换光的光路上， d.运动单元(17)设计用于，在所述至少一个荧光材料元件(R，G，B，Y)和至少一个所述滤光元件(r，g)之间以固定的相位关系运动所述荧光材料装置(5)和所述滤光装置(17)， e.以及相位控制单元(16)，用于控制至少一个自运动的所述荧光材料元件(R，G，B，Y)和至少一个自运动的所述滤光元件(r，g)之间的所述相位关系。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，能够运动的所述荧光材料装置构造成能够旋转的荧光材料轮(5)，并且能够运动的所述滤光装置构造成能够旋转的滤光轮(12)。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其中，所述相位控制单元(16)设计用于控制在所述荧光材料轮(5)和所述滤光轮(12)之间的所述相位关系。
4.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中，所述至少一个滤光元件设计成长通滤光器(r )、短通滤光器(g )、带阻滤光器(ο )或带通滤光器。
5.根据权利要求4所述的照明设备，具有一个或者多个其他的滤光元件，所述其他的滤光元件设计为在权利要求4中所述的滤光器构成的组中的滤光器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中，所述滤光装置(12)具有透明元件(t )，所述透明元件对于所述激发光和所述经过波长转换的光是透明的。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的照明设备，其中，所述至少一个荧光材料元件和所述至少一个滤光元件构造成扇形的或者圆环形的荧光材料区段(R，G，B，Y)或滤光区段(r,g)。
8.根据权利要求7所述的照明设备，其中，所述至少一个滤光元件(r)占据角范围(α，ε )，所述角范围与所述至少一个荧光材料区段(R)的角范围(α，ε ) 一样大。
9.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中，所述至少一个滤光区段(r)的所述角范围(α )小于另一个突光材料区段(Y)的角范围(β )。
10.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中，所述激发光源(2)的所述激发光包括蓝色的激光射线和/或蓝紫色和/或紫外的激光射线。
11.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中，所述荧光材料装置(5)包括至少一种荧光材料，所述至少一种荧光材料包括在绿色(G)和/或红色(R)和/或黄色(Y)和/或蓝色(B)的波长范围内的主导波长。
12.一种用于运行根据前述权利要求中任一项所述的照明设备的方法，所述方法具有至少两个不同的能够选择的运行模式，包括:a.运行模式A:借助所述相位控制单元(16)设置在至少一个自运动的所述荧光材料元件(R)和至少一个与所述荧光材料元件(R)同步运动的所述滤光元件(r)之间的第一相位关系 b.运行模式B:借助所述相位控制单元(16)设置在至少一个自运动的所述荧光材料元件(R)和至少一个与所述荧光材料元件(R)同步运动的所述滤光元件(r)之间的第二相位关系，其中，所述第二相位关系不同于所述第一相位关系。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一相位关系相当于至少一个自运动的所述荧光材料元件(R)和至少一个与所述荧光材料元件(R)同步运动的所述滤光元件(r)之间的第一时间重叠关系，并且所述第二相位关系相当于至少一个自运动的所述荧光材料元件和至少一个与所述荧光材料元件同步运动的所述滤光元件之间的另一种时间重叠关系或者也可以是时间上不重叠的关系，并且其中，在时间重叠期间，由所述至少一个荧光材料元件(R)发射的光束(Ik)能够穿过提及的所述滤光元件(r)。
14.一种根据权利要求1至11中任一项所述的照明设备在投影仪中的应用。
【文档编号】H04N9/31GK103888740SQ201310689390
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】于尔根·米勒 申请人:欧司朗有限公司