Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission von Pumpstrahlung und einem Leuchtstoffelement zur Konversion der Pumpstrahlung in längerwelliges Konversionslicht.

Stand der Technik

Als Pumpstrahlungsquelle kann beispielsweise ein Laser eingesetzt werden, und bei der Pumpstrahlung kann es sich etwa um UV-Strahlung oder vorzugsweise blaues Licht handeln. Das Konversionslicht hat dann zumindest Anteile im sichtbaren Spektralbereich und kann beispielsweise zur Beleuchtung genutzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvorrichtung mit Pumpstrahlungsquelle und Leuchtstoffelement anzugeben.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission von Pumpstrahlung als Strahlenbündel, einem Leuchtstoffelement zur Konversion der Pumpstrahlung in Konversionslicht und einem Linsensystem zwischen der Pumpstrahlungsquelle und dem Leuchtstoffelement , das von dem Pumpstrahlenbündel durchsetzt wird, wobei das Linsensystem einen Fokus hat und das Leuchtstoffelement an dem Fokus angeordnet ist, und wobei ferner zumindest eine Linse des Linsensystems ein Streumittel aufweist, welches das Pumpstrahlenbündel durchsetzt und dabei aufgeweitet wird, sodass das Pumpstrahlenbündel um einen Fokuspunkt herum aufgeweitet auf das Leuchtstoffelement fällt.

Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.

Das Konversionslicht ist vorzugsweise längerwellig als die Pumpstrahlung (Dora-Konversion) . Im Allgemeinen ist alternativ auch eine Up-Konversion möglich, bei der bspw. längerwellige Laserstrahlung in kürzerwelliges

Konversionslicht umgewandelt wird.

Der Erfinder hat beobachtet, dass eine punktförmige Konzentration der Pumpstrahlung auf dem

Leuchtstoffelement zu einer lokalen Überhitzung und infolgedessen schnellen Degradation des Leuchtstoffs führen kann. Der erfindungsgemäße Ansatz geht nun dahin, das Leuchtstoffelement zwar im Rahmen des technisch Möglichen im Fokus des Linsensystems anzuordnen, durch die streubedingte Aufweitung jedoch gleichwohl die Bildung eines Hot Spots zu vermeiden. Ein vom Erfinder anfänglich alternativ angedachter Ansatz hätte indes darin bestanden, das Leuchtstoffelement außerhalb des Fokus anzuordnen, also deutlich vor oder hinter der Brennebene. Allerdings hat der Erfinder festgestellt, dass ein kleiner Versatz hierbei, der beispielsweise auch noch innerhalb üblicher

Fertigungsschwankungen liegen kann, letztlich zur Folge haben kann, dass das Leuchtstoffelement dann doch im Fokus bzw. diesem nahe liegt. In einer Massenfertigung kann es deshalb potenziell fehlerträchtig sein, eine Aufweitung eines kollimierten Pumpstrahlbündels durch einen Versatz des Leuchtstoffelements zur Brennebene einzustellen. Dies gilt umso mehr, wenn bevorzugt mehrere Pumpstrahlungsquellen vorgesehen sind, also mehrere Pumpstrahlenbündel zusammengeführt werden müssen.

Erfindungsgemäß wird das Pumpstrahlenbündel deshalb durch ein Linsensystem zu dem Leuchtstoffelement geführt, wobei letzteres am Fokus des Linsensystems angeordnet ist. Die Anordnung „an" dem Fokus meint, dass eine Pumpstrahlungs- Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements vom

Fokus/Fokuspunkt um beispielsweise nicht mehr als 200 ym, 150 ym, 100 ym, 50 ym bzw. 20 ym (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) entfernt ist (entlang der Mittenachse des Pumpstrahlenbündels genommen) . Im Rahmen des technisch Möglichen ist eine Anordnung genau im Fokus bevorzugt .

Dies kann vorteilhafterweise die Montage vereinfachen, vgl. die nachstehende Beschreibung im Detail. Um gleichwohl eine Hot Spot-Bildung zu vermeiden, weist eine Linse des Linsensystems ein Streumittel auf, sodass das Pumpstrahlenbündel im Fokus um den Fokuspunkt aufgeweitet auf das Leuchtstoffelement fällt. Da das Streumittel die Etendue vergrößert (Produkt aus Strahlbündelquerschnitt und projiziertem Raumwinkel), also vereinfacht gesprochen das vom Licht ausgefüllte Raumvolumen, kann es dann vorteilhafterweise auch im Falle eines unbeabsichtigten Versatzes zwischen Leuchtstoffelement und Linsensystem nicht zu einer Hot Spot-Bildung kommen. Ist das Strahlbündel im Fokus um den Fokuspunkt aufgeweitet, ist es entsprechend auch ein Stück weit dazu versetzt (am Fokus) aufgeweitet.

Auf einer Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche des

Leuchtstoffelements soll das Pumpstrahlenbündel beispielsweise einen Spot-Durchmesser von mindestens 10 ym, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 50 ym, 100 ym, 150 ym, 200 ym, 250 ym bzw. 300 ym haben; mögliche Obergrenzen können etwa bei maximal 1 mm, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt maximal 0,9 mm, 0,8 mm, 0,7 mm, 0,6 mm bzw. 0,5 mm liegen (eine Obergrenze kann unabhängig von einer Untergrenze von Interesse sein, und umgekehrt) . Im Falle eines nicht kreisförmigen Spots bezieht sich der Durchmesser auf den Mittelwert aus kleinster und größter Spot-Erstreckung . Der „Fokuspunkt" ist ein Punkt, in welchem sich die das Linsensystem durchsetzenden Strahlen theoretisch treffen würden, wenn die Linse kein Streumittel aufweisen würde. Der Strahlbündelquerschnitt wäre dort auf einen Punkt (den Fokuspunkt) reduziert. Der Fokuspunkt wird insofern an dem vom Streumittel freien Linsensystem nach den Prinzipien der geometrischen Strahlenoptik ermittelt.

Bezogen auf den Pfad der Pumpstrahlung ist der „Fokus" dann an derselben Stelle angeordnet, allerdings treffen sich nicht sämtliche Strahlen des Pumpstrahlenbündels in einem einzigen Punkt, sondern durchsetzen sie eine kleine Fläche; es sollen insoweit auch die vorstehend für den Spot-Durchmesser offenbarten Werte für diese Fläche im Fokus offenbart sein. Dies meint im Allgemeinen „Aufweitung um den Fokuspunkt". Im Fokus wird der Durchmessers des Pumpstrahlenbündels minimal, jedenfalls im Vergleich zu einem Bereich unmittelbar vorgelagert und einem Bereich unmittelbar nachgelagert (in dem sich das Pumpstrahlenbündel dann aber nicht weiter ausbreitet, sondern das Leuchtstoffelement angeordnet ist) .

Das „Linsensystem" kann im Allgemeinen auch aus einer einzigen Linse bestehen, welche dann das Streumittel aufweist; vorzugsweise handelt es sich dabei jedoch um mehrere Linsen. Der Fokus/Fokuspunkt bestimmt sich für das Linsensystem im Gesamten, also unter Berücksichtigung sämtlicher Linsen zwischen der Pumpstrahlungsquelle und dem Leuchtstoffelement . Die Anordnung des Linsensystems „zwischen" Pumpstrahlungsquelle und Leuchtstoffelement bezieht sich auf den Pfad des Pumpstrahlenbündels, also etwa im Falle eines über Eck geführten Pumpstrahlenbündels nicht zwingend auf die geometrisch kürzeste Verbindung.

Das Streumittel weitet den Öffnungswinkel des Pumpstrahlenbündels in bevorzugter Ausgestaltung um mindestens 0,5°, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 1°, 1,5°, 2°, 2,5°, 3°, 3,5°, 4° bzw. 4,5°, auf; bevorzugte Obergrenzen können beispielsweise bei in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 10°, 9,5°, 9°, 8,5°, 8°, 7,5°, 7°, 6,5°, 6° bzw. 5,5° liegen (eine Obergrenze kann auch unabhängig von einer Untergrenze von Interesse sein, und umgekehrt) . Sollte das Pumpstrahlenbündel in den Achsen senkrecht zu seiner Schwerpunktrichtung unterschiedlich aufgeweitet werden, wird ein Mittelwert betrachtet. Vorzugsweise soll die Aufweitung jedoch gleichmäßig sein, soll sie also in zwei zueinander senkrechten Achsen um nicht mehr als 30 %, vorzugsweise nicht mehr als 15 %, voneinander abweichen (bezogen auf die größere Aufweitung) , was bevorzugt für sämtliche zueinander und zur Schwerpunktrichtung senkrechten Achsenpaare gilt.

Der „Öffnungswinkel" wird zwischen den Mantelflächen des Pumpstrahlenbündels genommen, und zwar jeweils in einer die Mittenachse des Pumpstrahlenbündels beinhaltenden Schnittebene. Die „Mittenachse" liegt parallel zur Schwerpunktrichtung des Strahlenbündels im jeweilig betrachteten Abschnitt und erstreckt sich mittig im Pumpstrahlenbündel, liegt also in einer zur Schwerpunktrichtung senkrechten Schnittebene betrachtet im Flächenschwerpunkt (der Querschnittsfläche des Pumpstrahlenbündels) . Die Mantelfläche des

Pumpstrahlenbündels soll hinsichtlich eines Abstands zur Mittenachse, also in einer dazu senkrechten Schnittebene betrachtet, dort liegen, wo die Pumpstrahlungsleistung auf die Hälfte des Maximums abgefallen ist (Halbwertsbreite) .

Im Rahmen dieser Offenbarung bezieht sich „Schwerpunktrichtung" auf den Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren des Strahlenbündels in einem jeweiligen Abschnitt zwischen zwei optischen Elementen, insbesondere Linsen (welche die Schwerpunktrichtung ändern können) . Bei dieser Mittelwertbildung wird jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Lichtstärke gewichtet. Im Allgemeinen könnte das Streumittel beispielsweise auch als sogenannter Volumendiffusor in das Volumen des Linsenmaterials eingebettet sein, vorzugsweise ist es jedoch an der Lichteintrittsfläche der Linse vorgesehen. Im Allgemeinen könnte die Streuung beispielsweise auch mittels einer holografischen Struktur oder eines Beugungsgitters erfolgen, etwa in Form einer Beschichtung aufgebracht. Denkbar ist ferner auch eine geometrisch bestimmte Oberflächentextur, sodass die Streuung also nach den Prinzipien der geometrischen Strahlenoptik erfolgen würde. Bevorzugt ist eine Mattierung der Lichteintrittsfläche, die beispielsweise auch als Beschichtung aufgebracht sein kann, vorzugsweise jedoch durch eine Anrauung der Oberfläche erreicht wird.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Lichteintrittsfläche der Linse sphärisch, weiter bevorzugt ist eine plansphärische Linse, besonders bevorzugt eine Halbkugellinse. Wie nachstehend weiter im Detail erläutert wird, kann es bei einer Halbkugellinse, deren plane Seite sich durch den Kugelmittelpunkt erstreckt, auch mit Blick auf eine Massenfertigung gut beherrschbar sein, das Leuchtstoffelement am bzw. im Fokus anzuordnen, wenn dieser im Kugelmittelpunkt liegt (der Fokus des Linsensystems, nicht der Halbkugellinse allein) . Das Leuchtstoffelement kann nämlich gut reproduzierbar an der planen Seite angeordnet werden; durch die Aufweitung mit dem Streumittel wird gleichwohl eine Hot Spot-Bildung vermieden .

Der Linse nachgelagert fällt das Pumpstrahlenbündel auf das Leuchtstoffelement , und zwar auf dessen Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche . Dies meint die gesamte Seitenfläche des Leuchtstoffelements , durch welche die Pumpstrahlung eintritt, also nicht nur den von der Pumpstrahlung durchstrahlten Bereich (Spot) davon. Ist das Leuchtstoffelement beispielsweise quaderförmig, kann die Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche eine rechteckige Seitenfläche des Quaders sein; im Falle eines zylinderförmigen Leuchtstoffelements kann beispielsweise die kreisförmige Grundfläche die Pumpstrahlungs- Einstrahlfläche sein.

Die Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche hat eine mittlere Erstreckung x, die sich als Mittelwert ihrer kleinsten und größten Erstreckung ergibt, etwa im Falle einer rechteckförmigen Fläche als Mittelwert von Flächendiagonale und kürzerer Kante. Die der sphärischen Lichteintrittsfläche zugrundeliegende Kugel hat einen Radius R, und es gilt dann vorzugsweise R > x/2, wobei weitere vorteilhafte Untergrenzen für R in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt bei mindestens 3x/4, x, 5x/4, 3x/2, 7x/4 bzw. 2x liegen. Vorteilhafte Obergrenzen können beispielsweise bei höchstens lOx, 8x, 6x, 4x bzw. 3x liegen, in der Reihenfolge ihrer Nennung zunehmend bevorzugt (eine Obergrenze kann auch unabhängig von einer Untergrenze von Interesse sein, und umgekehrt) .

In absoluten Werten kann die Pumpstrahlungs- Einstrahlfläche beispielsweise eine mittlere Erstreckung x von mindestens 0,7 mm, 1 mm, 1,3 mm, 1,6 mm, 1,9 mm bzw. 2,2 mm haben; mögliche Obergrenzen liegen beispielsweis bei höchstens 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm bzw. 3 mm (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) , wobei Ober- und Untergrenze auch unabhängig voneinander von Interesse sein können. Bevorzugt ist eine rechteckige Form, wobei weiter bevorzugt die längere Seitenkante um nicht mehr 50 %, 30 % bzw. 10 % länger als die kürzere sein soll; besonders bevorzugt ist eine quadratische Form.

Ein Flächenschwerpunkt der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche hat einen entlang einer Flächennormalen genommenen Abstand d zu der kugelförmigen Lichteintrittsfläche, und es gilt dann vorzugsweise d > 0,9-R, weiter bevorzugt d > 0,95-R, besonders bevorzugt d > R. Besonders vorteilhaft ist, wie auch bereits erwähnt, d = R (im Rahmen technisch üblicher Abweichungen) , wird dann also das Leuchtstoffelement an der planen Lichtaustrittsfläche einer Halbkugellinse angeordnet.

Die Anordnung des Leuchtstoffelements „an" der Lichtaustrittsfläche meint in direktem optischen Kontakt mit dieser, also entweder direkt aufgebracht oder über eine Fügeverbindungsschicht , vorzugsweise eine

Klebstoffschicht , damit verbunden. Eine solche KlebstoffSchicht kann einen geringen Versatz des Leuchtstoffelements gegenüber dem Kugelmittelpunkt bedingen, allerdings ist dieser im Vergleich zu den übrigen Abmessungen (x, R, ...) klein und insoweit vernachlässigbar .

In bevorzugter Ausgestaltung fällt das Pumpstrahlenbündel konvergent zum Kugelmittelpunkt auf die sphärische Lichteintrittsfläche. Es steht dann also jeder Strahl des Pumpstrahlenbündels senkrecht auf die

Lichteintrittsfläche. Das Pumpstrahlenbündel durchsetzt die Lichteintrittsfläche dementsprechend brechungsfrei, also ohne Änderung der Schwerpunktrichtung. In anderen Worten liegt der Fokuspunkt im Kugelmittelpunkt und würde das Pumpstrahlenbündel ohne das erfindungsgemäße Streumittel dort in einem Punkt fokussiert.

Grundsätzlich kann anstelle einer plan-sphärischen Linse mit konzentrischer Einkopplung bspw. auch eine plan- aplanatische Linse verwendet werden. Diese weist wie auch die plan-sphärische Linse keine sphärische Aberration auf, hat aber eine Brechungskraft, welche eine Brechung des Pumpstrahlenbündels ermöglicht. Ein Vorteil der Halbkugellinse besteht einerseits in der vordefinierten Position für das Leuchtstoffelement, wenn der Kugelmittelpunkt gleich dem Fokuspunkt ist. Andererseits lassen sich dann über dieselbe sphärische Lichteintrittsfläche im Prinzip auch beliebig viele Pumpstrahlenbündel entsprechend einkoppeln und im Kugelmittelpunkt zusammenführen, um dort auf das Leuchtstoffelement zu treffen. Dabei können die Pumpstrahlenbündel in kaskadierender Weise, vergleichbar mit unterschiedlichen Breitengraden auf der

Erdoberfläche, angeordnet sein. Die Anordnung ist also beliebig kaskadierbar, vgl. Fig. 1 zur Illustration, wobei hier eine Anordnung mit 4-zähliger Drehsymmetrie auf einem gemeinsamen Breitengrad dargestellt ist. Auch insoweit betrifft eine bevorzugte Ausführungsform eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren

Pumpstrahlungsquellen. Jede Pumpstrahlungsquelle emittiert ein jeweiliges Pumpstrahlenbündel, die vorzugsweise jeweils eine Linse mit einem Streumittel durchsetzen, vorzugsweise eine gemeinsame Linse mit Streumittel (n) . Besonders bevorzugt werden die jeweiligen Pumpstrahlenbündel in der gemeinsamen Linse mit Streumittel (n) zusammengeführt, haben sie dieser vorgelagert also jeweils eine eigene Optik; in anderen Worten teilen sich die jeweiligen Linsensysteme die Linse mit Streumittel (n) , unterscheiden sie sich aber im Übrigen .

Im Falle mehrerer Pumpstrahlungsquellen und entsprechend mehrerer Pumpstrahlenbündel (bevorzugt ist genau ein Pumpstrahlenbündel je Pumpstrahlungsquelle) wird vorzugsweise jedes Pumpstrahlenbündel in einer vorliegend beschriebenen Weise mit einem Streumittel um den jeweiligen Fokuspunkt aufgeweitet. Die Fokuspunkte der jeweiligen Linsensysteme fallen vorzugsweise im Rahmen des technisch Möglichen zusammen. Besonders bevorzugt ist also eine Halbkugellinse und liegen die Fokuspunkte dann im Kugelmittelpunkt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform kann die Sicherheit der Beleuchtungsvorrichtung betreffend von Interesse sein, wenn nämlich beispielsweise aufgrund mechanischer Beanspruchung (Erschütterung, Schlag, unterschiedliche thermische Ausdehnung, ...) das Leuchtstoffelement von der Halbkugellinse abfällt. Um in diesem Fall zu vermeiden, dass dann die hochenergetische Pumpstrahlung dort austritt, wo eigentlich das Konversionslicht abgeführt wird (Nutzerseite) , erfolgt die Einkopplung in die sphärische Lichteintrittsfläche vorzugsweise so, dass die Pumpstrahlung an der Lichtaustrittsfläche totalreflektiert wird, wenn dort kein Leuchtstoffelement angeordnet ist (es also abgefallen ist) .

Die Linse hat einen kritischen Winkel 9 _C , der sich aus dem Brechungsindex n des Linsenmaterials ergibt, vorzugsweise in Bezug auf Luft als Umgebungsmedium zu 9 _C ~ aresin ( 1 /n) ; im Falle von Saphir mit einem Brechungsindex von ca. 1,78 (bei 400 nm) kann 9 _C also beispielsweise bei rund 34° liegen. Ist das Leuchtstoffelement aufgeklebt, kann der Brechungsindex des Klebstoffs n _K i _e bst. mitberücksichtigt werden, 9 _C ~ aresin (n _K i _e bst./n) .

Der kritische Winkel 9 _C bezieht sich auf eine Flächennormale, welche im Falle der Lichtaustrittsfläche mit der optischen Achse der Linse zusammenfällt. Entsprechend soll das Pumpstrahlenbündel die Lichteintrittsfläche mit einer Schwerpunktrichtung (brechungsfrei) durchsetzen, die um einen Winkel Θ > 9 _C zu der optischen Achse verkippt ist. Weitere vorteilhafte Untergrenzen für Θ liegen bei 1,05-9 _C , 1,1 -9 _C , 1,15-9 _C , 1,2 -9 _C , 1,25 -9 _C bzw. 1,3-9 _C (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) .

Sind in bevorzugter Ausgestaltung mehrere Pumpstrahlungsquellen vorgesehen, wird vorzugsweise jedes Pumpstrahlenbündel entsprechend eingekoppelt. Besonders bevorzugt ist dabei eine Anordnung derart, dass ein erstes und ein zweites Pumpstrahlenbündel zueinander drehsymmetrisch bezüglich der optischen Achse sind, und zwar genau zweizählig mit einem Drehwinkel von 180°. Durch eine Drehung um die optische Achse um 180° kann das erste Pumpstrahlenbündel also in das zweite übergeführt werden, und umgekehrt. Betrachtet wird dabei jeweils der Abschnitt innerhalb der Halbkugellinse, die Anordnung der Pumpstrahlungsquellen muss also im Allgemeinen nicht zwingend auch entsprechend drehsymmetrisch sein, wenngleich dies bevorzugt ist. Ein Vorteil der zueinander drehsymmetrisch angeordneten Pumpstrahlenbündel besteht dann etwa darin, dass in dem genannten Fehlerfall (Leuchtstoffelement fällt ab) das eine Pumpstrahlenbündel die Linse auf dem Pfad des anderen verlassen kann, und umgekehrt. Die Linse kann nämlich, wie nachstehend weiter im Detail erläutert, von Öffnungen im Bereich der Pumpstrahlenbündel abgesehen, an der Lichteintrittsfläche auch verspiegelt sein, was hinsichtlich der Effizienz Vorteile bieten kann. Insoweit stellt die drehsymmetrische Anordnung dann also sicher, dass die im Fehlerfall totalreflektierte Pumpstrahlung die Linse auch wieder verlassen kann, und zwar von dem Leuchtstoffelement und damit der „Nutzerseite" weg.

Generell können auch eine Vielzahl Pumpstrahlenbündel vorgesehen und zueinander drehsymmetrisch sein, auch mit einer mehrzähligen Drehsymmetrie (mehr als zweizählig) . Sind beispielsweise vier Pumpstrahlenbündel vorgesehen, kann es zwei erste und zwei zweite Pumpstrahlenbündel (im eben dargestellten Sinne) geben, die je Paar genau zweizählig drehsymmetrisch sind; insgesamt können die vier Pumpstrahlenbündel dann vierzählig drehsymmetrisch angeordnet sein. Generell ist eine beliebig mehrzählige Drehsymmetrie möglich, insbesondere 2n-zählig mit n = 1, 2 , 3 , 4 , ... usw ..

Generell ist die Lichteintrittsfläche der Linse in bevorzugter Ausgestaltung zumindest bereichsweise mit einer Reflexionsschicht versehen. Im Allgemeinen kann es sich dabei beispielsweise auch um eine dichroitische Reflexionsschicht handeln, welche für die Pumpstrahlung weitgehend transmissiv ist (z. B. mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 90 % Transmission) , das Konversionslicht jedoch zumindest teilweise reflektiert, also beispielsweise mindestens 30 %, 40 %, 50 %, 60 % bzw. 70 % (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) des an der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche abgegebenen Konversionslichts. Obwohl die Konversionslicht-Abstrahlfläche des

Leuchtstoffelements der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche entgegengesetzt liegt, das Leuchtstoffelement also in Transmission betrieben wird, wird nämlich auch an der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche Konversionslicht abgegeben (Rückstreu-Konversionslicht ) . In dem Leuchtstoffelement erfolgt die Emission des Konversionslichts jedenfalls im Prinzip omnidirektional .

Mit einer Reflexionsschicht an der Lichteintrittsfläche der Linse kann an der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements abgegebenes Konversionslicht zurückreflektiert werden. Es hat dann also zumindest eine Richtungskomponente entlang einer

Schwerpunktabstrahlrichtung des Konversionslichts an der Konversionslicht-Abstrahlfläche. Im Ergebnis wird die Effizienz erhöht, ist also mehr Konversionslicht nutzbar.

An der Konversionslicht-Abstrahlfläche kann das Konversionslicht beispielsweise mit einer Optik, etwa einer abbildenden Optik, aufgesammelt und dann zur Beleuchtung genutzt werden. Ist die Lichteintrittsfläche und damit die Reflexionsschicht in bevorzugter Ausgestaltung sphärisch und liegt der Kugelmittelpunkt im Rahmen technisch üblicher Abweichungen in der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche, fällt das Rückstreu- Konversionslicht vorteilhafterweise weitgehend senkrecht auf die Reflexionsschicht (jedenfalls in einem Bereich um den Kugelmittelpunkt abgegebenes Rückstreu-

Konversionslicht) . Dementsprechend wird das Rückstreu-Konversionslicht auch im Wesentlichen wieder zurück auf das Leuchtstoffelement reflektiert, kann es dann also an der Konversionslicht- Abstrahlfläche gemeinsam mit dem originär dort abgegebenen Konversionslicht genutzt werden (eine dort angeordnete Optik muss nicht am Leuchtstoffelement vorbeigeführtes Licht berücksichtigen, was den Aufwand vereinfachen kann) .

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Reflexionsschicht auch für die Pumpstrahlung reflektiv, handelt es sich also um eine Vollverspiegelung. Der Reflexionsgrad für Konversionslicht und Pumpstrahlung kann beispielsweise bei mindestens 80 %, 85 %, 90 %, 95 % bzw. 97 % liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Es kann also beispielsweise ein Metallfilm auf die Lichteintrittsfläche aufgebracht sein, etwa ein Silberfilm oder eine ITO-Beschichtung .

Dort wo das Pumpstrahlenbündel die Lichteintrittsfläche durchsetzt, ist eine entsprechende Reflexionsschicht dann unterbrochen, also beispielsweise mit einem dem Durchmesser des Pumpstrahlenbündels berücksichtigenden Loch bzw. Aussparung versehen. Andererseits kann im Falle einer zur optischen Achse winkelverkippten Einkopplung des Pumpstrahlenbündels (insbesondere mit Θ > 9 _C ) auch nur ein Bereich der Lichteintrittsfläche um die optische Achse verspiegelt sein, also eine Kappe bei Winkeln < Θ.

In Bezug auf den oben genannten Fehlerfall (Leuchtstoffelement fällt ab) kann eine bereichsweise verspiegelte Lichteintrittsfläche bei einer Einkopplung mit Θ > 9 _C Vorteile bieten, auch bei einer nicht zweizählig drehsymmetrischen Anordnung der

Pumpstrahlenbündel. Die im Fehlerfall an der Lichtaustrittsfläche totalreflektierte Pumpstrahlung fällt dann auf die Reflexionsschicht an der Lichteintrittsfläche der Linse und wird von dieser (insbesondere im Falle der bevorzugten Halbkugellinse) zurück auf die Lichtaustrittsfläche geworfen, also dorthin wo das Leuchtstoffelement war. Sie wird dort erneut totalreflektiert und kann über das Streumittel entlang des ursprünglichen Einkoppelpfads austreten. Die Sicherheit auf der Nutzerseite ist gewahrt.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung als Lichtquelle zur Beleuchtung. Ein Anwendungsgebiet sind beispielsweise Projektionsgeräte oder Endoskope. Besonders bevorzugt ist eine Anwendung im Bereich der Kraftfahrzeugaußenbeleuchtung, weiter bevorzugt als Lichtquelle eines Kfz-Frontscheinwerfers . Generell muss nicht notwendigerweise die gesamte Pumpstrahlung konvertiert werden (Vollkonversion) , sondern kann auch nur ein Teil davon konvertiert und eine Mischung aus Pumpstrahlung (Pumplicht) und Konversionslicht genutzt werden (Teilkonversion) . Bevorzugt ist eine

Vollkonversion. Bevorzugt ist blaues Pumplicht als Pumpstrahlung .

Bei der Pumpstrahlungsquelle handelt es sich vorzugsweise um einen Laser, besonders bevorzugt um eine Laserdiode. Im Falle mehrerer Pumpstrahlungsquellen sind dann also vorzugsweise mehrere Laserdioden gleicher oder unterschiedlicher Frequenz (Wellenlänge) und

Abstrahlcharakteristik sowie mit gleicher oder unterschiedlicher Betriebsweise (DC, getaktet, sequentieller Betrieb, simultaner Betrieb) in einem Array angeordnet .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht immer im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.

Im Einzelnen zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit vier Laserdioden in einer schematischen Übersicht ;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine

Halbkugellinse mit Streumittel,

Reflexionsschicht und Leuchtstoffelement ;

Fig. 3 an der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche des

Leuchtstoffelements gemäß Fig. 2 abgegebenes Rückstreu-Konversionslicht ; Fig. 4 die Einkopplung mehrerer Pumpstrahlenbündel. Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße

Beleuchtungsvorrichtung 1 in einer schematischen Übersicht. Zu erkennen sind vier Laserdioden 2 als Pumpstrahlungsquellen. Die Laserdioden emittieren bei ca. 450 nm und haben eine Strahlungsleistung von 1.5 Watt bis 3.0 Watt. Jeder der Laserdioden 2 ist eine Plankonvexlinse 3 zugeordnet, welche die von der jeweiligen Laserdiode 2 abgegebene Pumpstrahlung (blaues Pumplicht) bündelt und auf eine Halbkugellinse 5 lenkt. Die Pumpstrahlenbündel 4 treffen auf eine Lichteintrittsfläche 6 der Halbkugellinse 5 aus Saphir und durchsetzen letztere bis zu einer entgegengesetzten Lichtaustrittsfläche 21. Die Lichtaustrittsfläche liegt bezogen auf die Betrachtungsrichtung gemäß Fig. 1 rückseitig abgewandt, weswegen zur Veranschaulichung auch auf Fig. 2 verwiesen wird. Über die Lichtaustrittsfläche 21 fällt die Pumpstrahlung auf ein Leuchtstoffelement 22. Letzteres ist an der Lichtaustrittsfläche 21 der Halbkugellinse 5 angeordnet, und zwar über eine dünne KlebstoffSchicht (< 50 ym) damit verbunden.

Die Pumpstrahlung trifft auf eine Pumpstrahlungs- Einstrahlfläche 23 des Leuchtstoffelements 22 und wird von diesem (vorliegend ein gelber YAG:Ce Leuchtstoff) zumindest anteilsweise in längerwelliges Konversionslicht 24 konvertiert. Das Konversionslicht 24 sowie evtl. nicht-konvertiertes Pumplicht wird an einer

Konversionslicht-Abstrahlfläche 25 des

Leuchtstoffelements 22, welche der Pumpstrahlungs- Einstrahlfläche 23 entgegengesetzt liegt, abgegeben. Je Laserdiode 2 bilden die jeweilige Plankonvexlinse 3 und die Halbkugellinse 5 ein Linsensystem, durch welches die Pumpstrahlung auf das Leuchtstoffelement 22 geführt wird. Fig. 2 veranschaulicht ferner, dass die

Lichteintrittsfläche 6 der Halbkugellinse 5 in dem Bereich, in welchem das Pumpstrahlenbündel 4 (der Übersichtlichkeit halber ist nur eines der vier Pumpstrahlenbündel dargestellt) darauf fällt, etwas angeraut ist. Diese Oberflächenanrauung 26 stellt ein Streumittel dar, das Pumpstrahlenbündel 4 wird beim Durchtritt aufgeweitet. Der Öffnungswinkel vergrößert sich um ca . 5° .

In Fig. 2 ist strichliert die Strahlausbreitung im ungestörten Fall angedeutet; das Pumpstrahlenbündel 4 würde in einem Fokuspunkt 27 konzentriert auf das Leuchtstoffelement 22 fallen, was eine lokale Überhitzung (Hot Spot) des Leuchtstoffelements 22 zur Folge hätte. Um dies zu vermeiden, wird das Pumpstrahlenbündel 4 durch Streuung aufgeweitet, fällt es also dementsprechend um den Fokuspunkt 27 aufgeweitet auf das Leuchtstoffelement 22. Letzteres ist zwar am Fokus angeordnet, das Pumpstrahlenbündel 4 ist dort aber nicht punktförmig konzentriert . Die Lichteintrittsfläche 6 ist ferner mit einer Reflexionsschicht 28 versehen, und zwar einem Silberfilm. Da dieser auch die Pumpstrahlung reflektieren würde, ist die Reflexionsschicht 28 dort unterbrochen, wo die Pumpstrahlenbündel 4 eingekoppelt werden. Fig. 3 veranschaulicht die Funktion der Reflexionsschicht 28, wobei in dieser Darstellung das über das Streumittel 26 einfallende Pumpstrahlenbündel 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Das auf die Anregung mit der Pumpstrahlung hin im Leuchtstoffelement 22 erzeugte Konversionslicht wird auch an der Pumpstrahlungs- Einstrahlflache 23 abgegeben, nämlich als Rückstreu- Konversionslicht 31. Das mittig der Pumpstrahlungs- Einstrahlflache 23 abgegebene Rückstreu-Konversionslicht 31a, das also am Fokuspunkt 27 und damit am Kugelmittelpunkt abgegeben wird, fällt senkrecht auf die Reflexionsschicht 28 und wird dementsprechend wieder auf dieselbe Stelle der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche 23 zurückreflektiert . Randseitig der Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche 23 abgegebenes Rückstreu-Konversionslicht 31b fällt zwar nicht exakt, jedoch zumindest näherungsweise senkrecht auf die Reflexionsschicht 28 und wird auch größtenteils auf die Pumpstrahlungs-Einstrahlfläche 23 zurückreflektiert. Das so zurück zum Leuchtstoffelement 22 geführte Rückstreu-Konversionslicht kann dann an der Konversionslicht-Abstrahlfläche 25 gemeinsam mit dem originär dort abgegebenen Konversionslicht 24 genutzt werden . Es wird nicht nur Konversionslicht zurückgestreut, sondern auch ein Teil der Pumpstrahlung. Diese Rückstreuung erfolgt hinsichtlich der Richtungen dem Rückstreu-Konversionslicht 31 vergleichbar. Auch die Rückstreu-Pumpstrahlung wird an der Reflexionsschicht 28 reflektiert und so zurück zur Pumpstrahlungs- Einstrahlflache 23 geführt, was die Effizienz weiter erhöht .

Die schematische Darstellung gemäß Fig. 4 zeigt nochmals denselben Aufbau, wobei in diesem Fall zwei Pumpstrahlenbündel 4a, b dargestellt sind, also ein schematischer Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 1. Jedes der Pumpstrahlenbündel 4a, b wird über ein jeweiliges Streumittel 26 eingekoppelt und ist entsprechend aufgeweitet um den Fokuspunkt 27.

Die beiden Pumpstrahlenbündel 4a, b sind ferner drehsymmetrisch zur optischen Achse 41 der Halbkugellinse 5, und zwar genau zweizählig. Ferner sind die beiden Strahlenbündel 4a, b zur optischen Achse 41 derart verkippt, dass die Pumpstrahlung unter einem Einfallswinkel Θ > 9 _C auf die Lichtaustrittsfläche 21 der Halbkugellinse 5 fällt.

In einem Fehlerfall, wenn das Leuchtstoffelement 22 von der Halbkugellinse 5 abfällt, werden die beiden Pumpstrahlenbündel 4a, b deshalb an der

Lichtaustrittsfläche 21 totalreflektiert und kann das erste Pumpstrahlenbündel 4a die Halbkugellinse 5 dann auf dem Pfad des zweiten Pumpstrahlenbündels 4b (in entgegengesetzter Richtung) verlassen, und umgekehrt.