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CN110637247B - 照明设备和照明系统 - Google Patents

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CN110637247B CN201880032595.5A CN201880032595A CN110637247B CN 110637247 B CN110637247 B CN 110637247B CN 201880032595 A CN201880032595 A CN 201880032595A CN 110637247 B CN110637247 B CN 110637247B
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Abstract

本发明提供了一种照明设备(1)，照明设备(10)包括：(I)被配置为提供第一光源光(101)的第一光源(110)；(II)被配置为将第一光源光(101)的至少部分转换为发光材料光(201)的发光材料(200)；(III)具有光入射侧(341)和光出射侧(342)、以及壁(347)的光束整形光学元件(300)，壁(347)桥接光入射侧(341)与光出射侧(342)之间的距离，其中壁(347)的至少部分对发光材料光(201)是反射性的，其中光束整形光学元件(300)被配置为在光入射侧(341)处接收发光材料光(201)的至少部分、并且被配置为在光出射侧(342)处提供光束整形的发光材料光(201)；(IV)细长透光体(100)，细长透光体(100)具有限定透光体(100)的长度(L)的第一面(141)和第二面(142)，并且具有桥接第一面(141)与第二面(142)之间的长度(L)的一个或多个侧面(147)，透光体(100)包括辐射输入面(111)和第一辐射出射窗口(112)，其中第一面(141)包括辐射输入面(111)以及其中第二面(142)包括第一辐射出射窗口(112)，其中辐射输入面(111)被配置为接收光束整形的发光材料光(201)的至少部分；(V)被配置为提供第二光源光(121)的第二光源(120)；其中细长透光体(100)被配置为经由以下中的一者或多者来接收第二光源光(121)的至少部分：(i)第二光源光(121)经由光束整形光学元件(300)的壁(347)的入耦合，(ii)第二光源光(121)经由细长透光体(100)的第一面(141)的一部分的入耦合，以及(iii)第二光源光(121)经由细长透光体(100)的一个或多个侧面(147)的一部分的入耦合。

Description

照明设备和照明系统
技术领域
本发明涉及一种诸如在投影仪中使用或在聚光照明或舞台照明中使用的照明设备。
背景技术
光组合设备在本领域中是已知的。例如，US 2014/0240677描述了一种光源，该光源包括用于引导来自第一发光源的入射光和来自具有不同入射方向的第二发光源的入射光、以将入射光的两个路径组合成从第一光路所发射的发射光的一个路径的光组合设备。光组合设备包括导引部，导引部用于导引来自第二发光源的光、以会聚到第一光路并且阻止来自第一发光源的光的一部分进入第一光路，光的受阻部分的光通量小于来自第一发光源的进入第一光路的光的光通量。该光源可以有效地降低成本以及实现更好的散热效果，并且特别适于投射设备。
WO2007/082021A2公开了一种光学歧管，该光学歧管用于组合多个蓝色LED输出以照射磷光体从而获得单一实质上均匀的白光输出。两个蓝色LED分别对相应的复合抛物面聚光器馈电，并且蓝光分别由绿色和黄色磷光体转换。转换后的光馈送到对输出混合棒进行馈电的两个相应的角旋转器对。红色LED的光与来自两个磷光体的光混合。
WO2015/113979A1公开了一种发光设备，其包括第一光源、光导，该光导由发光材料制成并且包括光输入表面和光出射表面，其中该光导适于接收来自第一光的光并且将第一光的至少部分转换为第二光，将第二光引导到光出射表面并且将第二光耦合出光出射表面。发光设备还包括邻近光导的另一表面所布置的磷光体元件和邻近磷光体元件所布置的反射元件。磷光体元件适于将从光导入射的光转换为第三光，并且光导还适于接收第三光，将该第三光导引到光出射表面并且将第三光耦合出光出射表面。
WO2016/162233A1公开了一种被配置为生成照明设备光的照明设备，其中该照明设备光包括在光谱的可见光部分中的发射带，该发射带表示在光谱的可见光部分中的照明设备光的总功率的至少80％，其中发射带具有最大为60nm的半高全宽，以及其中发射带具有峰值最大值，其中上述发射带包括发光材料光，其中照明设备包括被配置为生成具有峰值最大值的光源光的基于固态的光源、以及被配置为将光源光的至少部分转换为上述发光材料光的发光材料。
发明内容
对于需要高亮度光源的照明应用，正在开发基于激光的光源。应用领域的示例是例如汽车大灯、数字投影、以及用于零售、酒店和娱乐场所的聚光灯。
可以使用基于激光的系统，其中例如，来自蓝色固态激光器的光被聚焦到陶瓷磷光体上，该磷光体将激光部分地或全部地转换为更长的波长。然后可以通过透镜和反射镜的光学系统来投射所得到的高亮度光源。
为了获取高质量的光，可能需要将光的色温和显色指数设置为期望值。对于基于激光的光源，可以使用在磷光体中具有蓝色激发的全部地或部分地转换的概念。在后一种情况下，为了达到目标色点而进行的颜色调节或磷光体分级(phosphor binning)将更为复杂，因此可以首选具有完全转换的配置。但是随后需要添加其他波长的光，例如附加的蓝色或红色。通过添加蓝光，可以增加色温，并且可能需要附加的红光以增加显色指数。
在这种解决方案中，可以使用二向色滤光器，但是这些滤光器需要准直的光以及相对较大且复杂的光学器件，从而导致相对较高的成本。在某些情况下，根本无法应用二向色滤光器，例如，当想要将蓝光添加到已经具有一定蓝光含量的光谱中时。在这种情况下，二向色滤光器不能区分磷光体光与附加的光。
因此，需要一种更简单、更紧凑且更通用的光学配置，该光学配置能够将高亮度经磷光体转换的光源与任意波长的激光源混合以改善所生成的光的质量。
因此，本发明的一个方面是提供一种备选的照明设备，其优选地进一步至少部分消除了一个或多个上文所描述的缺陷和/或可以具有相对较高的效率和/或可以实质上不如其他可能的解决方案一样复杂。本发明的目的可以是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或者提供一种有用的备选方案。
在本文中，描述了光混合布置，其不需要(不必要)二向色滤光器以及伴随的复杂光学器件，而是利用混合棒(rod)和可选的耦合棱镜。从而可以大大降低复杂性和成本。在实施例中，第一光源是具有一定集光率的经磷光体转换的高亮度源。(一个或多个)附加的光源是具有较小集光率的激光源。代替将来自第一光源的光准直成平行光束，并且随后使用二向色滤光器将其与来自附加的光源的平行光束混合，在实施例中，两个光源的光被发送到混合棒中，在具体实施例中，一些特殊措施：
(a)混合棒的入口略大于第一(经磷光体转换的)光源所需要的入口，以容纳另一(激光)光源的输入；(和/)或
(b)混合棒的入口具有第一(经磷光体转换的)光源所需要的大小，但是附加的小的混合棒被融合到主混合棒上，以允许附加的(激光)光进入；(和/)或
(c)混合棒的入口具有第一(磷光体转换的)光源所需要的大小，但是附加的小的耦合棱镜被融合到主混合棒，以允许附加的(激光)光进入；(和/)或
(d)激光经由介电化合物抛物面聚光器(CPC)的壁进入，该壁是经磷光体转换的光源的一部分。
因此，本发明提供了一种照明设备(“设备”)，该照明设备包括：(I)被配置为提供第一光源光(具有第一光谱分布)的第一光源；以及(II)被配置为将第一光源光的至少部分转换为发光材料光(具有发光材料光谱分布)的发光材料；(III)光束整形光学元件(本文中有时也被称为“准直仪”)，其具有光入射侧和光出射侧、以及桥接光入射侧与光出射侧之间的距离的壁，其中该壁的至少部分对发光材料光是反射性的，其中光束整形光学元件被配置为在光入射侧处接收发光材料光的至少部分并且在光出射侧处提供光束整形的发光材料光；(IV)细长透光体(“体”或“细长体”；本文中有时也被简称为“棒”，其为可能的实施例之一)具有限定透光体的长度(L)的第一面和第二面并且具有桥接第一面与第二面之间的长度(L)的一个或多个侧面，该透光体包括辐射输入面和第一辐射出射窗口，其中第一面包括辐射输入面以及其中第二面包括第一辐射出射窗口，其中辐射输入面被配置为接收光束整形的发光材料光的至少部分；以及(IV)被配置为提供第二光源光(具有第二光谱分布)的第二光源，其中第二光源包括激光光源；其中细长透光体被配置为经由以下中的一者或多者来接收第二光源光的至少部分：(i)第二光源光经由光束整形光学元件的壁的入耦合；(ii)第二光源光经由细长透光体的第一面的一部分的入耦合，以及(iii)第二光源光经由细长透光体的一个或多个侧面的一部分的入耦合。第一光源光的光轴、光束整形元件的光轴、第二光源光的光轴、以及光束整形元件的体轴基本彼此平行，其中与平行度的偏差小于15度。因此，照明设备特别地被配置为提供从第一辐射出射窗口发出的照明设备光，其中照明设备光包括发光材料光的至少部分和第二光源光的至少部分中的一者或多者。可选地，照明设备光还可以包括(一些)未被转换的第一光源光。
利用这种设备，可以有效地混合具有不同光谱分布(即，发光材料光的光谱分布(本文中也被称为“发光材料光谱分布”)和第二光源光的光谱分布(本文中也被称为“第二光谱分布”))。此外，可以在没有复杂的光学器件的情况下提供混合的光。此外，在实施例中，可以基本维持准直仪的集光率。此外，可以提供高强度的光。
如上文所指示，该设备包括被配置为提供第一光源光(具有第一光谱分布)的第一光源。特别地，第一光源包括固态光源，甚至更特别地包括固态激光光源。术语“光源”也可以是指多个光源。第一光源特别地被配置为提供紫外(UV)辐射和蓝色辐射中的一者或多者。在具体实施例中，第一光源被配置为提供蓝色辐射。然而，在其他实施例中，光源也可以被配置为提供诸如绿色或黄色等另一颜色的光。
此外，该设备包括发光材料。发光材料基本可以是任何发光材料，尽管鉴于可能的强度，发光材料特别可以是无机发光材料。下面进一步描述可能的发光材料的示例(尽管其他示例也是可能的)。发光材料被配置为将第一光源光的至少部分转换为发光材料光(具有发光材料光谱分布)。通常，发光材料以比第一光源光更大的波长发射光(斯托克斯位移)(“下转换”)。此外，特别地，诸如在层厚度和活化剂浓度方面配置发光材料，以吸收所有第一光源光的至少80％，诸如至少90％，如至少95％(其中部分被转换成发光材料光(“转换”))。特别地，发光材料被配置为在绿色、黄色、橙色和红色光谱范围中的一个或多个中发光。
此外，该设备包括光束整形光学元件(本文中有时也称为“准直仪”)。光束整形元件被配置为准直发光材料光的至少部分。发光材料光可以基本被分散地分布。利用光束整形元件，特别是准直仪，发光材料被整形为光束。准直仪在入射侧处接收发光材料，并且准直的发光材料光可以从光出射侧逸出。在这两侧或窗口之间的壁基本是反射性的，特别是对发光材料光。例如，壁(即，内壁)可以具有金属涂层，诸如铝或银涂层。在实施例中，准直仪可以是中空的；然而，在其他实施例中，准直仪可以是一段透光材料。
因此，在实施例中，光束整形元件可以具有光入射侧和光出射侧、以及桥接光入射侧与光出射侧之间的距离(诸如“准直仪长度”)的壁。如上文所指示，壁的至少部分对发光材料光是反射性的。因此，特别地，光束整形光学元件被配置为在光入射侧处接收发光材料光的至少部分并且在光出射侧处提供光束整形的发光材料光。
准直仪可以具有圆形横截面、或者正方形横截面、或者矩形横截面、或者六边形横截面、或者多边形横截面等。横截面特别是垂直于准直仪的光轴的横截面。在具体实施例中，光束整形光学元件包括复合抛物面聚光器。在另外的实施例中，光束整形光学元件包括适配的复合抛物面聚光器，即，基本复合抛物面聚光器形状的聚光器。特别地，准直仪可以具有从约20-40°的范围中所选择的输出角。在实施例中，复合抛物面聚光器可以具有(基本)环形横截面(在其长度的至少部分上)。在其他实施例中，复合抛物面聚光器在实施例中可以具有(基本)正方形横截面(在其长度的至少部分上)，诸如四边CPC。其他实施例也是可能的。
然后光束整形的光被直接或间接地提供给细长透光体。例如，当准直仪是固体时，准直仪可以与该体物理接触。
细长透光体被配置为允许光在该体的一侧进入并且在该体的另一侧(相对侧)发射该光的至少部分。因此，该体对发光材料光的至少部分是特别透明的。例如，对于一种或多种波长的发光材料光，透射率可以为至少90％。在实施例中，细长透光体包括聚合材料、陶瓷材料、玻璃材料和单晶材料中的一者或多者。在具体实施例中，细长透光体基本由聚合材料、陶瓷材料、玻璃材料和单晶材料中的一者或多者组成。
透光材料可以包括选自由透光有机材料组成的组中一者或多者材料，诸如选自由以下各项组成的组：PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(有机玻璃或防风玻璃)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、硅树脂、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，在一个实施例中包括(PETG)(乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)和COC(环烯烃共聚物)。特别地，透光材料可以包括芳族聚酯或其共聚物，诸如例如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(P(M)MA)、聚乙交酯或聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚(3-羟基丁酸酯-共-3-羟基戊酸酯)(PHBV)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；特别地，透光材料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。因此，透光材料特别是聚合物透光材料。然而，在其他实施例中，透光材料可以包括无机材料。特别地，无机透光材料可以选自由以下组成的组：玻璃、(熔融的)石英、透光陶瓷材料、以及硅树脂。也可以应用包括无机部分和有机部分的混合材料。特别地，透光材料包括PMMA、透明PC或玻璃中的一者或多者。
在实施例中，该体具有限定透光体的长度(L)的第一面和第二面，并且具有桥接第一面与第二面之间的长度(L)的一个或多个侧面。此外，透光体包括辐射输入面和第一辐射出射窗口。第一面包括辐射输入面；特别地，辐射输入面是第一面。第二面包括第一辐射出射窗口；特别地，第一辐射出射窗口是第二面。
特别地，细长透光体具有的纵横比为至少2，诸如至少5，如至少10。利用为至少5(诸如至少10)的纵横比，可以获得有效的颜色混合。在实施例中，该体具有正方形或矩形横截面。在另外实施例中，该体具有六边形横截面或多边形横截面。在另外的实施例中，该体具有圆形横截面，该圆形横截面具有一个或多个细长平坦部分，例如如立方体或矩形横截面，其中1-3个面是弯曲的(围绕伸长的轴)。下面进一步阐明具体实施例。辐射输入面被配置为接收光束整形的发光材料光的至少部分。发光材料传播通过该体。散射和吸收可以很低，并且归因于TIR，大部分发光材料光可以到达辐射出射窗口。
另外，该设备包括被配置为提供具有第二光谱分布的第二光源光的第二光源。
特别地，第二光源包括固态光源，甚至更特别地包括固态激光光源。因此，在实施例中，第二光源包括激光光源。术语“光源”也可以是指多个光源。第二光源特别地被配置为提供蓝色辐射、绿色辐射、黄色辐射、橙色辐射和红色辐射中的一者或多者。在具体实施例中，第二光源被配置为提供蓝色辐射。然而，在其他实施例中，光源也可以被配置为提供另一颜色的光，诸如绿色、黄色、橙色或红色。在具体实施例中，可以应用第二光源光以与发光材料一起提供白光。但是，第二光源光也可以被用于调谐已经基本是白光的色点(例如，当第一光源光和发光材料光一起提供白光时)。因此，第二光谱分布也将与发光材料光谱分布不同，但是在实施例中可以与第一光谱分布基本相同。然而，在其他实施例中，第一光谱分布和第二光谱分布可以不同。应注意，可以应用多个相同的第二光源，但是也可以应用多个不同的第二光源。以这种方式，不仅可以增加强度，而且可以进一步调谐色点。
第二光源的光必须与发光材料的光混合。如上文所指示，可以使用(下游)光学器件，但是可能使构造复杂化。此外，这样的光学器件可能对集光率有影响。
因此，本发明提供了如下解决方案：即细长透光体(和第二光源以及可选的光束整形元件)被配置为经由以下中的一者或多者来接收(或让细长透光体接收)第二光源光的至少部分：(i)第二光源光经由光束整形光学元件的壁的入耦合；(ii)第二光源光经由细长透光体的第一面的一部分的入耦合，以及(iii)第二光源光经由细长透光体的一个或多个侧面的一部分的入耦合。
以这种方式，在细长体下游，在将第二光源光和发光材料光在细长体中混合之后，照明设备光从第一辐射出射窗口发出。该照明设备光包括发光材料光的至少部分和第二光源光的至少部分中的一者或多者。可选地，照明设备光也可以因此包括(一些)未被转换的第一光源光。
可以经由光纤来提供第一光源和/或第二光源的光。这可以促进容易的构造。它还可以允许光纤的端部为光源提供一定的朗伯特性(Lambertian character)。例如，可以在光纤的端部(“尖端”)处提供一些表面粗糙或微光学结构。(第一和/或第二光源)与本文所指示的光学元件之一之间的光学耦合还可以利用中间光学元件实现。这样的中间光学元件(如正透镜或负透镜或弯曲的反射器或衍射的光栅元件)可以(也)提供光束的某种加宽。
因此，在实施例中，照明设备还可以包括被配置为在一个光纤侧处接收第一光源光的光纤，以及其中光纤的第二侧(或“尖端”)被光学地耦合到发光材料，可选地经由中间光学元件。同样地，这可以被用于第二光源，尽管然后光学耦合不仅可以与光束整形元件一起，而且备选地(或者附加地)与细长体一起。
在实施例中，第二光源与细长体的光耦合基本是直接的(并且不经由光束整形元件)。
在具体实施例中，细长体的第一面可以大于用于接收光束整形的发光材料光所必需的面，诸如大于光束整形元件的光出射侧。在这种情况下，第二光源光可以被第一面的剩余部分接收。因此，在具体实施例中，第一面包括大于光束整形光学元件的光出射侧的第二面积(A2)的第一面积(A1)，从而限定第一面的剩余面积(A3)，以及其中第二光源被光学地耦合到剩余面积(A3)以用于第二光源光经由细长透光体的第一面的一部分的入耦合。特别地，A2/A1＞0.8适用，诸如至少0.9。因此，A3可以在例如A1的0.1-20％(如A1的0.1-10％)的范围内。
在该实施例中，通过系数A1/A2，增加了所得到的光源的集光率。
上述实施例例如可以结合具有六边形横截面的细长透光体使用。光束整形元件可以例如具有正方形横截面、矩形横截面或环形横截面，特别是正方形或矩形。
在又一实施例中，沿着细长体，第二体被布置在细长体的长度的至少部分上。第二体通常将具有比细长体基本上更小的横截面。例如，横截面的比例可以是2或更大，诸如4或更大，如5或更大，诸如在4-50(如4-20)的范围内。这表示光束整形元件和细长体可以被最佳地彼此调谐，并且第二光源光或多或少地与细长体一起出现。由于第二细长体被配置为与细长体光学接触，因此在整个长度上，第二光源的光可以逸出到细长体。由于第二细长体可以基本上小于细长体，所以从细长体逸出到第二细长体的光可以相对较小，并且当然也可以被耦合回到细长体中。
因此，在具体实施例中，照明设备还包括第二细长透光体，该第二细长透光体具有限定第二透光体的第二长度(L2)的第二细长透光体的第一面和第二细长透光体的第二面，并且具有桥接第二细长透光体的第一面与第二细长透光体的第二面之间的第二长度(L2)的第二细长透光体的一个或多个侧面，其中第二光线透光体包括第二细长透光体的辐射输入面和第二细长透光体的第一辐射出射窗口，其中第二细长透光体的第一面包括第二细长透光体的辐射输入面并且第二细长透光体的一个或多个侧面中的至少一个侧面包括第一辐射出射窗口，其中第二细长透光体的辐射输入面被配置为接收第二光源光的至少部分，以及其中第二细长透光体的一个或多个侧面中的至少一个侧面的第一部分被光学地耦合到细长透光体的一个或多个侧面，以用于第二光源光经由细长透光体的第一面的一部分的入耦合。
细长体的材料可以如上文所限定。在具体实施例中，细长体和第二细长体是相同的材料，这可以促进体之间的光耦合。此外，第二细长体可以特别地具有完全适于(至少)细长体的一个侧面的形状。以这种方式，物理耦合是可能的，即第二细长体的至少一个侧面与细长体物理接触。第二细长体的长度可以基本与细长体的长度相同或可以短于细长体的长度。假定物理接触，与第二细长体接触的细长体的面积可以等于或小于细长体的约25％。
通过这种解决方案，对细长体的完整性没有影响。这对于系统的效率可能是有益的。
在该具体实施例和变体中，第一面包括可以基本与光束整形光学元件的光出射侧的第二面积(A2)相同的第一面积(A1)。
可能期望进一步促进从第二细长体到第一细长体的入耦合。例如，一种棱柱形结构可以由第二细长体包括。棱柱形结构的形状可以使得能够促进细长体中的入耦合。因此，在具体实施例中，第二细长透光体可以在第二长度(L2)的至少部分上逐渐变细，以促进第二光源光到细长透光体的耦合。
同样在该具体实施例和变体中，第一面包括可以基本与光束整形光学元件的光出射侧的第二面积(A2)相同的第一面积(A1)。
除了或代替地将第二光源光直接或经由第二细长体提供给第一面处的细长体，第二光源还可以经由光束整形光学元件提供一种旁路。例如，在光束整形元件中可以有一个(小)孔，该孔不同于用于第一光源光的开口，第二光源光穿过该孔渗入光束整形元件中，特别是渗入准直仪中。因此，虽然光束整形元件的光轴可以被配置为垂直于光入射侧(可以是开口)和光出射侧(也可以是开口)，但是第二光源光的开口可以偏离光轴。因此，在具体实施例中，光束整形光学元件的壁包括开口，该开口用于接收第二光源光的至少部分，特别是用于第二光源光经由光束整形光学元件的壁的入耦合。当然，诸如在应用多个第二光源的情况下，也可以有多于一个开口。
同样在该具体实施例和变体中，第一面包括可以基本与光束整形光学元件的光出射侧的第二面积(A2)相同的第一面积(A1)。
当光束整形光学元件是中空的并且在壁内部处包括例如反射涂层时，壁中的孔(诸如其孔面积等于或小于光束整形光学元件内部处的壁的面积的10％)可以被用于允许第二光源的光进入。
当光束整形光学元件是块状体时(其中光可以在该块状体的壁处被反射)，光纤或其他光学元件可以被耦合到块状体的壁。以这种方式，光可以进入块状体。同样在这种情况下，可以在壁上制造孔，并且光纤可以例如被融化或被粘在块状体内。
如上文所指示，第二光源光也可以经由光纤被提供给光束整形元件、被提供给细长体的第一面、或者被提供给第二细长体。因此，在具体实施例中，照明设备还包括第二光纤，第二光纤被配置为在第二光纤的第一光纤侧处接收第二光源光，以及其中第二光纤的第二侧被光学地耦合到以下中的一者或多者：(i)光束整形光学元件的壁，(ii)细长透光体的第一面的一部分，以及(iii)细长透光体的一个或多个侧面的一部分。
因此，第二细长体特别地被配置为平行于细长体。此外，特别地，第二细长体的第一面可以被配置为靠近细长体的第一面。以这种方式，颜色混合可以在细长体的长度的大部分上。
此外，在实施例中，第一光源光和第二光源光具有基本平行的光轴，其中与平行度的偏差小于15度。光束整形元件和第一光源光的光轴可以在它们的长度的至少部分上重合。特别地，第二光源光的光轴在第一光源光的光轴的长度的至少部分和光束整形元件的光轴上不重合，而是可以被配置为平行于其。
上面已经针对第一光源光、发光材料光和第二光源光的颜色组合指示了一些选项。特别地，发光材料被配置为提供绿色和黄色发光材料光中的一者或多者，并且第二光源被配置为提供蓝色和红色第二光源光中的一者或多者。通过这样的实施例，可以生成白光。
同样如上文所指示，可以应用多个第二光源。它们可以是相同的，诸如来自同一分级的固态光源(如激光器)，但是它们也可以是基本上不同的，诸如例如用于提供蓝光和用于提供红光。因此，在实施例中，照明设备包括多个第二光源，该多个第二光源包括被配置为提供不同的第二光谱分布的两个或更多个第二光源，不同的第二光谱分布的峰值极大值的差异为至少20nm。对于不同的第二光源，可以不同地选择第二光源光的入耦合。然而，第二光源中的第二光源光也可以以相同的方式被耦合，诸如全部经由准直仪壁中的开口。
本发明还提供一种照明系统，该照明系统包括如本文中所限定的照明设备，其中该照明系统包括聚光照明系统或图像投射系统。特别地，这种照明系统可以包括多个照明设备。
以下，描述一些另外的具体实施例。
光束整形光学元件可以具有垂直于最长的体轴(该体轴是与辐射输入面平行的体的对称轴)的形状与发光体的横截面相同的横截面(垂直于光轴)。例如，如果后者具有矩形横截面，则前者也可以具有这种矩形横截面，尽管尺寸可以不同。此外，光束整形光学元件的尺寸可以在其长度上变化(因为它可以具有光束整形功能)。如上文所指示，在具体实施例中，光束整形元件的光出射侧可以特别地具有与细长透光体的第一面(更特别地是辐射输入面)相同的形状和相同的尺寸。
在实施例中，在辐射出射窗口下游，可以提供另一光束整形元件，诸如准直仪和/或其他光学器件。
术语“光学接触”和类似的术语(诸如“被光学耦合”)特别意指逃逸到第一元件的光可以归因于这些元件的折射率差异而以最小损耗(诸如，菲涅耳反射损耗或TIR(全内反射)损耗)进入第二元件。可以通过以下一个或多个元件来使损耗最小化：两个光学元件之间的直接光学接触、在两个光学元件之间提供光学胶，优选地，光学胶具有的折射率高于两个单独的光学元件的最低折射率，提供距离很近的两个光学元件(例如，距离远小于光的波长)，使得光将隧穿通过存在于两个光学元件之间的材料，从而在两个光学元件之间提供光学透明的界面材料，优选地具有的折射率比两个单独的光学元件的最低折射率更高的光学透明界面材料，光学透明界面材料可以是液体或凝胶，或者在两个单独光学元件的表面上提供光学抗反射涂层。
代替术语“光学接触”，还可以使用术语“被辐射地耦合”。细长体和光束整形光学元件、特别是所指示的“窗口”在实施例中可以彼此物理接触，或者在其他实施例中可以利用例如具有厚度小于约1mm、优选小于100μm的光学胶(薄)层彼此分开。
由于细长体是体，并且由于通常光束整形光学元件也是主体，因此本文中的术语“窗口”特别可以是指侧或一侧的一部分。
照明设备可以被配置为提供蓝色、绿色、黄色、橙色或红色光等。此外，在具体实施例中，照明设备可以被配置为提供白光。如果需要，可以使用(多个)光学滤波器来改善单色性。
在实施例中，当第一光源和第二光源中的一个或多个的功率是可控制的时，照明设备光的色点可以是可调谐的。
术语“上游”和“下游”涉及相对于来自光生成装置(这里特别是(多个)光源)的光的传播的项目或特征的布置，其中相对于来自光生成装置的光束内的第一位置，更靠近光生成装置的光束中的第二位置是“上游”，而更远离光生成装置的光束中的第三位置是“下游”。
细长透光体可以例如是陶瓷棒或晶体，诸如单晶。
透光体具有光导或波导特性。因此，透光体在本文中也被指示为波导或光导。由于透光体被用作为聚光器，因此透光体在本文中也被指示为聚光器。透光体通常将在垂直于透光体的长度的方向上具有(一些)可见光的透射。可见光的透射率可以接近100％。
在本文中，术语“可见光”特别涉及具有选自380-780nm范围内的波长的光。透射率可以通过以下方式确定：在垂直辐射下向透光体提供具有第一强度的特定波长的光，并且将透射通过该材料之后所测量的该波长的光的强度与在该特定波长下被提供给材料的光的第一强度相关(另外参见《CRC化学与物理手册》的第E-208章和E-406章，第1088至1989页)。
透光体可以具有任何形状，诸如束状或棒状，但是特别是束状(立方体状)。但是，透光体也可以是盘状等。透光体可以是中空的，如管，或者可以填充有另一材料，如填充有水的管或填充有另一固体透光介质的管。本发明不限于形状的具体实施例，本发明也不限于具有单个出射窗口或外耦合面的实施例。下面，将更详细地描述一些具体实施例。如果透光体具有环形横截面，则宽度和高度可以相等(并且可以被限定为直径)。然而，特别地，透光体具有长方体状的形状，诸如条状的形状，并且还被配置为提供单个出射窗口。
在具体实施例中，透光体特别可以具有的纵横比大于1，即长度大于宽度。通常，透光体是棒或条(束)或矩形板，尽管透光体不必具有正方形、矩形或圆形横截面。通常，光源被配置为照射较长的面(侧边缘)之一，在本文中被指示为辐射输入面，并且辐射从前部(前边缘)的面(在本文中被指示为辐射出射窗口)逸出。特别地，在实施例中，固态光源或其他光源不与透光体物理接触。物理接触可能导致不希望的出耦合，从而降低聚光器效率。此外，通常，透光体包括两个基本平行的面、辐射输入面、与之相对的相对面。这两个面在本文中限定了透光体的宽度。通常，这些面的长度限定了透光体的长度。然而，如上面以及下面所指示的，透光体可以具有任何形状，并且还可以包括形状的组合。特别地，辐射输入面具有辐射输入面面积(A)，其中辐射出射窗口具有辐射出射窗口面积(E)，以及其中辐射输入面面积(A)比辐射出射窗口面积(E)大至少1.5倍，甚至更特别地大至少2倍，特别地是大至少5倍，诸如大的范围在2-50,000倍，特别地大的范围在5-5,000倍。因此，特别是细长透光体包括几何聚光因子，该几何聚光因子被限定为辐射输入面的面积与辐射出射窗口的面积之比，该比率为至少1.5，诸如至少2，如至少5，或更大(参见上文)。这允许例如使用多个固态光源(另外参见下文)。对于如汽车、数字投影仪或高亮度聚光灯应用中的典型应用，希望有小且高强度的发射表面。这不能利用单个LED获得，而是可以利用本照明设备获得。特别地，辐射出射窗口具有的辐射出射窗口面积(E)选自1-100mm2的范围。通过这样的尺寸，发射表面可以很小，但是仍然可以实现高强度。如上文所指示，透光体通常具有(长/宽)的纵横比。这允许较小的辐射出射表面，但是较大的辐射输入表面，例如利用多个固态光源照射。在具体实施例中，透光体的宽度(W)选自0.5-100mm的范围。因此，透光体特别是具有本文中所指示的面的整体。
大体上棒状或条状的透光体可以具有任何横截面形状，但是在实施例中具有正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形横截面形状、甚至更特别地是正方形、矩形、椭圆形、三角形、五边形或六边形的横截面。通常，陶瓷或晶体是长方体。在具体实施例中，主体可以被设置有与长方体不同的形状，其中光输入表面具有略微梯形的形状。通过这样做，甚至可以增强光束，这对于某些应用可能是有利的。因此，在某些情况下(也参见上文)，术语“宽度”也可以是指直径，诸如在具有圆形横截面的透光体的情况下。因此，在实施例中，细长透光体还具有宽度(W)和高度(H)，其中特别是L>W并且L>H。特别地，第一面和第二面限定长度，即，这些面之间的距离是细长透光体的长度。这些面特别可以被平行布置。此外，在具体实施例中，长度(L)为至少2cm，诸如4-20cm。
如下在根据本发明的实施例中阐述的透光体也可以在长度方向上折叠、弯曲和/或整形，以使得透光体不是笔直的线性的条或棒，而是可以包括例如呈90度或180度弯曲形式的倒圆角、U形、圆形或椭圆形、环状或具有多个环状的三维螺旋形。这提供了一种紧凑的透光体，其总长度通常相对较大，该光通常沿着该总长度被导引，导致相对较高的流明输出，但是同时可以被布置到相对较小的空间中。
透光体的未被用作光入耦合面积或光出射窗口的一部分可以被设置有反射器。
一个或多个反射器可以由金属反射器(诸如薄金属板)或被沉积在基板(例如，玻璃)上的反射金属层组成。一个或多个反射器可以由光学透明体组成，该光学透明体包含用于反射(部分)光的光学结构，诸如棱镜结构。一个或多个反射器可以由镜面反射器组成。一个或多个反射器可以包含被设计为将光线朝着期望方向反射的微结构，诸如棱镜结构或锯齿形结构。
术语“入耦合”和类似术语以及“出耦合”以及类似术语指示光从介质变化(分别从透光体到透光体的外部变化，反之亦然)。通常，光出射窗口将是被配置为(基本)垂直于波导的一个或多个其他面的面(或面的一部分)。通常，透光体将包括一个或多个体轴(诸如长度轴、宽度轴或高度轴)，其中出射窗口被配置为(基本)垂直于该轴。因此，通常，(多个)光输入面将被配置为(基本)垂直于光出射窗口。因此，辐射出射窗口特别地被配置为垂直于一个或多个辐射输入面。因此，特别是包括光出射窗口的面不包括光输入面。
为了进一步提高效率和/或改善光谱分布，可以包括几个光学元件，如反射镜、滤光器、附加光学器件等。在具体实施例中，照明设备可以具有在第一面处所配置的反射镜，反射镜被配置为将光反射回细长透光体；和/或可以在第二面处具有光学滤波器、(波长选择)镜、反射偏振器、光提取结构和准直仪中的一者或多者。在第二面处，反射镜可以例如是波长选择镜或包括孔的镜。在后一实施例中，光可以被反射回该体，但是一部分光可以经由孔逸出。特别地，在实施例中，光学元件可以被配置为距该体的距离为约0.01-1mm(诸如0.1-1mm)。
在辐射出射窗口下游，可以可选地布置滤光器。这种滤光器可以被用于去除不希望的辐射。例如，当照明设备应当提供红光时，可以去除除了红色以外的所有光。因此，在另一实施例中，照明设备还包括滤光器，该滤光器被配置在辐射出射窗口下游并且被配置为减少不期望的光在转换器光中的相对贡献(在辐射出射窗口下游)。为了滤出光源光，可选地可以应用干涉滤光器。
在又一实施例中，照明设备还包括准直仪，该准直仪被配置在辐射出射窗口下游(具有最高阶的发光聚光器)并且被配置为准直转换器光。这样的准直仪(例如CPC(复合抛物面聚光器))可以被用于准直从辐射出射窗口逸出的光并且被用于提供准直的光束。
特别地，光源是在操作期间至少发射(光源光)选自200-490nm的范围内的波长的光的光源，特别是在操作期间至少发射选自400-490nm的范围内的波长的光的光源，甚至更特别是在440-490nm的范围内。该光可以被发光材料部分地使用。因此，在具体实施例中，光源被配置为生成蓝光。在具体实施例中，光源包括固态光源(诸如LED或激光二极管)。术语“光源”还可以涉及多个光源，诸如例如，2-2000，诸如2-500，如2-100，特别是4-80(固态)光源，尽管可以应用更多光源。术语“光源”还可以涉及一种或多种光源，该光源被定制以应用于这种聚光发光聚光器，例如，一个或多个LED，该一个或多个LED具有与细长发光聚光器的细长光输入表面相匹配的细长辐射表面。因此，术语LED也可以是指多个LED。因此，如本文中所指示的，术语“固态光源”也可以是指多个固态光源。在一个实施例中(也参见下文)，这些是基本相同的固态光源，即，提供固态光源辐射的基本相同的光谱分布。在实施例中，固态光源可以被配置为照射透光体的不同面。此外，在实施例中，术语“光源”还可以是指所谓的板上芯片(COB)光源。术语“COB”特别是指半导体芯片形式的LED芯片，其既不被封装也不连接，而是直接被安装在诸如PCB等基板上。因此，可以在同一基板上配置多个半导体光源。在实施例中，COB是一起被配置为单个照明模块的多LED芯片。
特别地，在本文中，术语“光源”是指激光光源。
在实施例中，细长体的长度(L)选自1-100cm的范围，诸如特别是2-50cm，如至少3cm，诸如5-50cm，如最大30cm。
发光材料例如包括YAG:Ce(即Y3Al5O12:Ce3+)或LuAG(Lu3Al5O12:Ce3+)。可以通过在YAG石榴石中掺入Gd(“YGdAG”)制成“红色”发光材料。蓝色发光材料可以是YSO(Y2SiO5:Ce3 +)或类似的化合物或者BAM(BaMgAl10O17:Eu2+)或类似的化合物。
特别地，发光材料特别地包括A3B5O12:Ce3+发光体，其中A特别地选自由以下组成的组：Sc、Y、Tb、Gd和Lu(特别是至少Y和Gd)，其中B特别地是选自由Al和Ga(特别是至少Al)组成的组。更特别地，A(基本)包括钇(Y)和钆(Gd)，而B(基本)包括铝(Al)。这样的石榴石被掺杂有铈(Ce)，并且可选地被掺杂有其他发光物质，诸如镨(Pr)。
如上文所指示，元素A特别是可以选自由钇(Y)和g(Gd)组成的组。因此，A3B5O12:Ce3+特别是指(Y1-xGdx)3B5O12:Ce3+，其中特别地x是在0.1-0.5的范围内，甚至更特别是在0.2-0.4的范围内，甚至更特别是0.2-0.35。因此，A可以包括范围在50-90atom％的Y，甚至更特别地至少60-80atom％的Y，甚至更特别地的65-80atom％的A包括Y。此外，A因此特别包括至少10atom％的Gd，诸如在10-50atom％的Gd的范围内，如20-40atom％，甚至更特别是20-35atom％的Gd。
特别地，B包括铝(Al)，然而，B还可以部分地包括镓(Ga)和/或钪(Sc)和/或铟(In)，特别是高达约20％的Al，更特别地，高达约10％的Al可以被替代(即，A离子基本由90％或更多mole％的Al和10％或更少mole％的Ga、Sc和In中的一者或多者组成)；B可以特别地包括高达约10％的镓。因此，B可以包括至少90atom％的Al。因此，A3B5O12:Ce3+特别是指(Y1-xGdx)3Al5O12:Ce3+，其中特别地x是在0.1-0.5的范围内，甚至更特别地在0.2-0.4的范围内。
在另一变体中，B(特别是Al)和O可以至少部分地被Si和N替代。可选地，高达约20％的Al-O可以被Si-N替代，诸如高达10％。
对于铈的浓度，指示nmole％的Ce表示n％的A被铈替代。因此，A3B5O12:Ce3+也可以被限定为(A1-nCen)3B5O12，其中n在0.001-0.035的范围内，诸如0.0015-0.01。因此，基本包括Y和摩尔Ce的石榴石实际上可以是指((Y1-xGdx)1-nCen)3B5O12，其中x和n如上文所限定。
除了铈掺杂的石榴石之外，或者除了这种石榴石之外，还可以应用其他发光材料。例如，可以应用量子点和/或有机染料，并且可以可选地被嵌入在诸如例如聚合物(如PMMA或聚硅氧烷等)等透射性基质中。
量子点是通常具有仅几纳米的宽度或直径的半导体材料的小晶体。当被入射光激发时，量子点发射的光的颜色由晶体的大小和材料确定。因此，可以通过适配点的大小来产生特定颜色的光。发射在可见光范围内的大多数已知量子点均基于硒化镉(CdSe)，其外壳诸如为硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)。也可以使用无镉量子点，诸如磷化铟(InP)和硫化铜铟(CuInS2)和/或硫化银铟(AgInS2)。量子点示出非常窄的发射带，并且因此它们示出饱和颜色。此外，可以通过适配量子点的大小来容易地调谐发射颜色。本领域中已知的任何类型的量子点均可以被用于本发明。然而，出于环境安全和关注的考虑，优选使用无镉的量子点或至少具有非常低的镉含量的量子点。
代替或除了量子点，还可以使用其他量子限制结构。在本申请的上下文中，术语“量子限制结构”应当被理解为例如量子阱、量子点、量子棒或纳米线。
也可以使用有机磷光体。合适的有机磷光体材料的示例是基于苝衍生物的有机发光材料，例如由BASF以名称
Figure GDA0003299129960000191
出售的化合物。合适的化合物的示例包括但不限于：
Figure GDA0003299129960000192
Red F305、
Figure GDA0003299129960000193
Orange F240、
Figure GDA0003299129960000195
Yellow F083和
Figure GDA0003299129960000194
F170。
几种颜色转换方案是可能的。但是，特别是斯托克斯位移相对较小。特别地，被限定为用于泵浦的光源的最大谱带的位置与所发射的光之间的差(波长差)的斯托克斯位移不大于100nm。特别地，斯托克斯位移至少约为10nm，诸如至少约为20nm。这特别可以应用于光源光到第一发光材料光转换，也可以应用于第二泵浦辐射到第二发光材料光转换等。
照明设备可以是例如以下各项的部分或可以被应用在以下各项中：办公照明系统、家庭应用系统、商店照明系统、家庭照明系统、重点照明系统、聚光照明系统、剧院照明系统、建筑照明、光纤应用系统、投影系统、自发光显示系统、像素化显示系统、分段显示系统、警告标志系统、医疗照明应用系统、指示标志系统、装饰照明系统、便携式系统、汽车应用、温室照明系统、园艺照明或LCD背光等。
在另一方面，本发明提供了一种包括如本文中所限定的照明设备的投影仪。如上文所指示，当然，光投影仪还可以包括多个这种照明设备。
在又一方面，本发明还提供一种被配置为提供照明系统光的照明系统，该照明系统包括一个或多个本文中所限定的照明设备。在此，术语“照明系统”也可以被用于(数字)投影仪。此外，照明设备可以被用于例如舞台照明(另外参见下文)或建筑照明。因此，在实施例中，本发明还提供了如本文中所限定的照明系统，其中该照明系统包括数字投影仪、舞台照明系统或建筑照明系统。照明系统可以包括本文中所限定的一个或多个照明设备，以及可选地包括被配置为提供第二照明设备光的一个或多个第二照明设备，其中该照明系统光包括(a)本文中所限定的转换器光中的一个或多个，以及可选地(b)第二照明设备光。因此，本发明还提供一种被配置为提供可见光的照明系统，其中该照明系统包括至少一个如本文中所限定的照明设备。例如，这种照明系统还可以包括一个或多个(附加)光学元件，例如以下中的一者或多者：滤光器、准直仪、反射器、波长转换器、透镜元件等。照明系统可以是例如在汽车应用中使用的照明系统，如前灯。因此，本发明还提供了一种被配置为提供可见光的汽车照明系统，其中汽车照明系统包括至少一个本文中所限定的照明设备和/或包括至少一个本文中所限定的照明设备的数字投影仪系统。特别地，照明设备可以被配置(在这样的应用中)以提供红光。汽车照明系统或数字投影仪系统还可以包括多个如本文所描述的照明设备。
备选地，照明设备可以被设计为提供高强度的UV辐射，例如，用于3D打印技术或UV杀菌应用。备选地，照明设备可以被设计为提供高强度的IR光束，例如，以投射IR图像以用于(军事)训练目的。
本文中的术语白光是本领域技术人员已知的。本发明特别涉及具有如下相关色温(CCT)的光：在约2000至20000K之间，特别是在2700-20000K之间，对于一般照明，特别是在约2700K至6500K的范围内，以及对于背光目的，特别是在约7000K至20000K的范围内，并且特别是在距BBL(黑体轨迹)约15SDCM(颜色匹配的标准偏差)内，特别是在距BBL约10SDCM内，甚至更特别是在距BBL约5SDCM内，诸如在距BBL约3SDCM内。
术语“紫光”或“紫色发射”特别是指具有波长在约380-440nm范围内的光。术语“蓝光”或“蓝色发射”特别是指具有波长在约440-490nm范围内的光(包括一些紫色和青色)。术语“绿光”或“绿色发射”特别涉及具有波长在约490-560nm范围内的光。术语“黄光”或“黄色发射”特别是指具有波长在约560-570nm范围内的光。术语“橙光”或“橙色发射”特别是指具有波长在约570-600范围内的光。术语“红光”或“红色发射”特别是指具有波长在约600-780nm范围内的光。术语“粉红光”或“粉红色发射”是指具有蓝色和红色成分的光。术语“可见”、“可见光”或“可见发射”是指具有在380-780nm范围内的波长的光。术语UV光可以是UV-A(315-400nm)；UV-B(280-315nm)或UV-C(200-280nm)。术语IR光可以是在高于780nm范围的光。在实施例中，术语“白光”可以是指由波长在380-780nm之间的特定光谱成分组成的光，这些光在温度约为1000K及以上的普朗克黑体辐射器附近被感知到。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意图来描述本发明的实施例，附图中的对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：
图1a至图1b示意性地描绘了本发明的一些方面；以及
图2a至图2d示意性地描绘了一些实施例。
示意图不一定按比例绘制。
具体实施方式
根据本发明的发光设备可以被用于各种应用，包括但不限于灯、光模块、灯具、聚光灯、闪光灯、投影仪、(数字)投影设备、汽车照明(诸如汽车的前灯或尾灯)、舞台照明、剧院照明和建筑照明。
如下文所阐述，作为根据本发明的实施例的部分的光源可以适于在操作中发射具有第一光谱分布的光。该光随后被耦合到光导或波导中；这里是透光体。光导或波导可以将第一光谱分布的光转换为另一光谱分布，并且将光引导到出射表面。
图1a示意性地描绘了作为波导的可能体的一些实施例，诸如陶瓷体或晶体。这些面利用附图标记141-146指示。第一变体(板状或束状透光体)具有面141-146。光源(未示出)可以被布置在面143-146中的一个或多个处(边缘面的一般指示是附图标记147)。第二变体是具有第一面141和第二面142以及圆周面143的管状棒。光源(未示出)可以被布置在透光体周围的一个或多个位置处。这种透光体将具有(基本)环形或圆形横截面。第三变体基本是两个先前变体的组合，具有两个弯曲的侧面和两个平坦的侧面。特别地，该体具有偏离圆形的横截面(参见第一变体和第三变体)。
在本申请的上下文中，光导的侧向表面应当被理解为沿其延伸部的光导的外表面或面。例如，在光导将为圆柱体的情况下，在光导的一端处的第一基底表面由圆柱体的基底表面构成并且在光导的另一端处的第二基底表面由圆柱体的顶表面构成，侧向表面是圆柱体的侧表面。在本文中，侧向表面也利用术语边缘面或侧140指示。
图1a所示的变体不是限制性的。更多的形状是可能；即例如参考WO2006/054203，其通过引用并入本文。被用作光导的陶瓷体或晶体通常可以是棒状或条状的光导，其包括在相互垂直的方向上延伸的高度H、宽度W和长度L，并且在实施例中是透明的、或透明的且发光的。通常在长度L方向上引导光。在实施例中，高度H＜10mm，在其他实施例中＜5mm，在另外的实施例中＜2mm。在实施例中，宽度W＜10mm，在其他实施例中＜5mm，在另外的实施例中＜2mm。在实施例中，长度L大于宽度W和高度H，在其他实施例中，至少为宽度W的2倍或高度H的2倍，在另外的实施例中，至少为宽度W的至少3倍或高度H的3倍。因此，(长/宽)的纵横比特别大于1，诸如等于或大于2，诸如至少5，如甚至更特别地在10-300的范围内，诸如10-100，如10-60，如10-20。除非另有说明，否则术语“纵横比”是指长/宽比。图1a示意性地描绘了具有四个长侧面的实施例，其中可以利用光源光照射其中的两个或四个长侧面。
高度H:宽度W的纵横比通常为1:1(例如，用于一般光源应用)或1:2、1:3或1:4(例如，用于特殊光源应用，诸如前灯)或4:3、16:10、16:9或256:135(例如，用于显示应用)。光导通常包括未被布置在平行平面中的光输入表面和光出射表面，并且在实施例中，光输入表面垂直于光出射表面。为了实现高亮度的集中的光输出，光出射表面的面积可以小于光输入表面的面积。光出射表面可以具有任何形状，但是在一个实施例中，其形状为正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形。
应注意，在本文中示意性地所描绘的所有实施例中，辐射出射窗口特别地被配置为垂直于(多个)辐射输入面。因此，在实施例中，辐射出射窗口和(多个)辐射输入面被垂直地配置。在又一实施例中，辐射出射窗口可以相对于一个或多个辐射输入面以小于或大于90°的角度配置。
应注意，特别是对于使用激光源提供光源光的实施例，辐射出射窗口可以被配置为与(多个)辐射输入面相对，而反射镜21可以由具有孔的反射镜组成，以允许激光穿过反射镜，而转换后的光在反射镜21处反射的可能性很高。备选地或附加地，反射镜可以包括二向色镜。
图1b示意性地示出了照明设备10的实施例。照明设备包括被配置为提供第一光源光101的第一光源110，特别是激光光源。第一光源光101可以具有光轴O11。此外，设备10包括被配置为将第一光源光101的至少部分转换为发光材料光201的发光材料200。设备10还包括光束整形光学元件300，光束整形光学元件300具有光入射侧341和光出射侧342以及桥接光束整形光学元件300的光入射侧341与光出射侧342之间的距离d的壁347，其中壁347的至少部分对发光材料光201是反射性的，其中光束整形光学元件300被配置为在光入射侧341处来接收发光材料光201的至少部分并且在光出射侧342处来提供光束整形的发光材料光201。光束整形元件可以是CPC(如准直仪)。光束整形元件300可以具有光轴OC。附图标记A2指示光束整形光学元件300的光出射侧342(的面积)。
设备10还包括细长透光体100(诸如陶瓷或晶体)，细长透光体100具有限定透光体100的长度L的第一面141和第二面142，并且具有桥接第一面141与第二面142之间的长度L的一个或多个侧面147，透光体100包括辐射输入面111和第一辐射出射窗口112，其中第一面141包括辐射输入面111，以及其中第二面142包括第一辐射出射窗口112，其中辐射输入面111被配置为接收光束整形的发光材料光201的至少部分。发光材料光201传播通过该体100到达光出射侧342并且从其中逸出。
设备10还包括被配置为提供具有第二光谱分布的第二光源光121的第二光源120。第二光源120特别也是激光光源。第二光源光可以具有光轴O121。第一光源光101、第二光源光121和光束整形元件300的光轴以及透光体100的体轴BA基本平行。这种配置的优点在于，它减小了从透光体100出射的光的角度分布。随着光在进入透光体100时相对于侧面147的入射角的减小，在透光体100的出射口处，空间均匀性得到了改善。相对狭窄的光束出射对于很多应用是有利的，诸如用于数字投影、聚光灯和汽车头灯。另外，它允许减小包括根据本发明的照明设备的照明系统的大小。在具体实施例中，光源光101、光束整形元件300的光轴以及透光体100的体轴BA基本彼此成一直线(在它们的至少部分长度上重合)。
光轴是一条假想线，它限定了路径，沿着该路径光传播通过元件，并且通常平行于对称轴。对于光纤，光轴也称为光纤轴。
措词“基本平行”意指与平行度的偏差小于15度。优选地，与平行度的偏差小于10度。更优选地，与平行度的偏差小于5度。甚至更优选地，与平行度的偏差为零度。
细长透光体100被配置为经由以下中的一者或多者来接收第二光源光121的至少部分：(i)第二光源光121经由光束整形光学元件300的壁347的入耦合，(ii)第二光源光121经由细长透光体100的第一面141的一部分的入耦合，以及(iii)第二光源光121经由细长透光体100的一个或多个侧面147的一部分的入耦合。图1b和图2a示意性地描绘了第二光源光121经由细长透光体100的第一面141的一部分的入耦合的实施例。
照明设备10特别地被配置为提供从第一辐射出射窗口112发出的照明设备光11，其中照明设备光11包括发光材料光201的至少部分和第二光源光121的至少部分中的一者或多者。
图1b还示意性地描绘了一个实施例，其中设备10还包括被配置为在一个光纤侧411处接收第一光源光101的光纤400。光纤412的第二面被光学地耦合到光束整形光学元件300的发光材料341。光纤411和/或光纤412特别可以被用于提供比分别由激光源110和/或激光源120提供的光束形状更宽的光束形状，诸如通过光纤的端部处的微光学结构，例如表面粗糙度。
如上文所指示，图2a(也)示出了其中第二光源光121经由细长透光体100的第一面141的一部分进行入耦合的实施例。这里，进一步示出了第一面141可以包括大于光束整形光学元件300的光出射侧342的第二面积A2的第一面积A1。由此，限定了第一面141的剩余面积A3，以及其中第二光源120被光学地耦合到剩余面积A3以用于第二光源光121经由细长透光体100的第一面141的一部分的入耦合。
在此，例如，细长透光体100具有六边形横截面。
附图标记500指示可选的棒，诸如用于光束整形。来自光纤的激光可以获取更宽的分布(更宽的光束形状)。这样，发光材料可以在更大的面积上被照射。
备选地或附加地，可以应用其他中间光学元件。这种中间光学元件(例如，正透镜或负透镜或弯曲的反射器或衍射光栅元件)可以(也)提供光束的某种加宽。特别地，这些元件可以被配置在(多个)光纤下游以用于提供更宽的光束形状。
图2b示意性地描绘了还包括第二细长透光体2100的照明设备10的实施例，该第二细长透光体2100具有限定第二透光体2100的第二长度L2的第二细长透光体2100的第一面2141和第二细长透光体2100的第二面2142。
第二细长体2100具有桥接第二细长透光体2100的第一面2141与第二细长透光体2100的第二面2142之间的第二长度L2的第二细长透光体2100的一个或多个侧面2147。
第二透光体2100包括第二细长透光体2100的辐射输入面2111和第二细长透光体2100的第一辐射出射窗口2112。
第二细长透光体2100的第一面2141包括第二细长透光体2100的辐射输入面111，并且第二细长透光体2100的一个或多个侧面2147中的至少一个包括第一辐射出射窗口112。第二细长透光体2100的辐射输入面2111被配置为接收第二光源光121的至少部分。第二细长透光体2100的一个或多个侧面2147中的至少一个的第一部分2148被光学地耦合到细长透光体100的一个或多个侧面147，以用于第二光源光121经由细长透光体100的第一面141的一部分的入耦合。
第二长度L2可以与第一长度相同或者可以小于第一长度。在第二面2142处，可以配置反射镜。
图2b(以及图2c至图2d)还示出了其中应用了第二光纤2400的实施例。该第二光纤2400可以具有与第一光纤400类似的功能，但是是关于(第二光源的)第二光源光121。第二光纤2400特别被配置为在第二光纤2400的第一光纤侧2411处接收第二光源光121。第二光纤2400的第二面2412被光学地耦合到以下中的一者或多者：(i)光束整形光学元件300的壁347(参见图2d)，(ii)细长透光体100的第一面141的一部分(图2a)，以及(iii)细长透光体100的一个或多个侧面147的一部分(图2b和图2c)。光纤400、2400在实施例中可以具有基本圆形横截面，但是其他选择也是可能的。
图2c示意性地描绘了具有倾斜面的实施例。在这样的实施例中，第二面2142和侧面2147基本相同(诸如特别是大小和形状)。因此，图2c示出了其中第二细长透光体2100在第二长度L2的至少部分上逐渐变细，以促进第二光源光121到细长透光体100的耦合的实施例。
在图2b中，第二细长透光体2100的宽度基本小于细长体100的宽度。然而，这不是必须的，例如参见图2c。此外，图2b的实施例在变体中还可以包括在其长度L2的至少部分上的倾斜面2147。
应注意，第二细长透光体2100可以是与第一细长透光体100光学接触的单独体，但是在实施例中也可以是该体100的一部分，其中细长本体和第二细长透光体2100被制成单一体。
此外，可以提供n个第二光源和n个第二细长透光体2100的组合，其中n为至少1，并且在实施例中可以在1-12的范围内，诸如1-6。
图2d示意性地描绘了一个实施例，其中光束整形光学元件的壁347包括开口350，开口350用于接收第二光源光121的至少部分以用于第二光源光121经由光束整形光学元件300的壁347的入耦合。
如在图2b(和图2c)中一样，光束整形光学元件的光出射侧和第一面(更特别是辐射输入面)的面积可以基本相同。
模拟图2a-图2d中的四个配置，并且计算输出面积上的最大颜色误差(表示为delta-u’v’坐标d_u’v’，无量纲)、以及颜色变化随距离的梯度，单位为[delta-u’v’/米]。该梯度数对于颜色误差可见性的度量很重要，因为它由绝对颜色误差和具有不同颜色的点之间的距离确定。所有四个配置的行为都相对相似。还应注意，通过选择更长的混合棒可以提高性能。
最大颜色误差d_u’v’ 颜色误差梯度[m-1]
2a：六边形 0.040 23.6
2b：子棒 0.031 20.5
2c：耦合棱镜 0.033 19.4
2d：通过准直仪 0.033 21.1
本领域技术人员将理解本文中的术语“基本”，诸如“基本所有的光”或“基本由……组成”。术语“基本”还可以包括具有“全部”、“完全”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中，基本也可以去除形容词。在适用的情况下，术语“基本”还可以指代90％或更高，诸如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别是99.5％或更高，包括100％。当说明吸收、反射或透射应当为某个值或在某些值的范围内时，这些值对于预期的波长范围是有效的。
术语“包括(comprise)”还包括其中术语“包括(comprises)”意指“由……组成(consists of)”的实施例。术语“和/或”特别地指代“和/或”之前和之后所提到的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”以及类似的短语可以与项目1和项目2中的一个或多个有关。术语“包括(comprising)”在一个实施例中可以是指“由……组成”，但是在另一实施例中可以是指“至少包含所限定的种类和可选地一种或多种其他种类”。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等被用于区分相似的元件，而不必用于描述顺序或时间顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以不同于本文中所描述或所图示的其他顺序来操作。
本文中的设备是在操作期间所描述的其他设备。如本领域技术人员将清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的设备。
应注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多备选实施例。在权利要求中，被放置在括号之间的任何附图标记不应当被解释为对权利要求的限制。动词“包括(to comprise)”及其词形变化的使用不排除权利要求中所述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应当被理解为包含性含义，而不是排他性或穷举性含义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。元件前的冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件以及通过适当编程的计算机来实施。在列举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以由一个相同的硬件来实施。在互不相同的从属权利要求中所记载某些措施的纯粹事实并不指示不能被有利地使用这些措施的组合。
实际设计可以由本领域技术人员使用光线跟踪程序来进一步优化，这样的微结构(反射性微结构或折射性微结构)的特定角度和大小可以根据一个或多个细长透光体的特定尺寸、组成和位置来优化。
本发明还适用于一种包括说明书中所描述的和/或附图中所示出的一个或多个特征的设备。本发明还涉及一种包括说明书中所描述的和/或附图中所示出的一个或多个特征的方法或过程。
该专利中所讨论的各个方面可以被组合以便提供附加的优点。此外，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且也可以组合两个以上的实施例。此外，某些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

Claims (15)

1.一种照明设备(10)，包括：
-第一光源(110)，被配置为提供第一光源光(101)；
-发光材料(200)，被配置为将所述第一光源光(101)的至少部分转换为发光材料光(201)；
-光束整形光学元件(300)，具有光入射侧(341)和光出射侧(342)、以及桥接所述光入射侧(341)与所述光出射侧(342)之间的距离的壁(347)，其中所述壁(347)的至少部分对于所述发光材料光(201)是反射性的，其中所述光束整形光学元件(300)被配置为在所述光入射侧(341)处接收所述发光材料光(201)的至少部分，并且被配置为在所述光出射侧(342)处提供光束整形的发光材料光(201)；
-细长透光体(100)，具有限定所述透光体(100)的长度(L)的第一面(141)和第二面(142)，并且具有桥接所述第一面(141)与所述第二面(142)之间的所述长度(L)的一个或多个侧面(147)，所述透光体(100)包括辐射输入面(111)和第一辐射出射窗口(112)，其中所述第一面(141)包括所述辐射输入面(111)，以及其中所述第二面(142)包括所述第一辐射出射窗口(112)，其中所述辐射输入面(111)被配置为接收所述光束整形的发光材料光(201)的至少部分；
-第二光源(120)，被配置为提供第二光源光(121)，其中所述第二光源(120)包括激光光源；
其中：
-所述细长透光体(100)被配置为经由以下中的一者或多者来接收所述第二光源光(121)的至少部分：(i)所述第二光源光(121)经由所述光束整形光学元件(300)的所述壁(347)的入耦合，(ii)所述第二光源光(121)经由所述细长透光体(100)的所述第一面(141)的一部分的入耦合，以及(iii)所述第二光源光(121)经由所述细长透光体(100)的所述一个或多个侧面(147)的一部分的入耦合；以及
其中所述第一光源光(101)的光轴(O11)、所述光束整形元件(300)的光轴(OC)、所述第二光源光(121)的光轴(O121)和所述细长透光体(100)的体轴(BA)基本上彼此平行，其中与平行度的偏差小于15度。
2.根据权利要求1所述的照明设备(10)，其中所述第一光源(110)包括：激光光源。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备(10)，还包括光纤(400)，所述光纤(400)被配置为在一个光纤侧(411)处接收所述第一光源光(101)，以及其中所述光纤的第二侧(412)被光学地耦合到所述发光材料(200)。
4.根据权利要求1或2所述的照明设备(10)，其中所述光束整形光学元件(300)包括：复合抛物面聚光器。
5.根据权利要求1或2所述的照明设备(10)，其中所述细长透光体(100)的纵横比为至少5，以及其中所述细长透光体(100)包括以下中的一者或多者：聚合材料、陶瓷材料、玻璃材料和单晶材料。
6.根据权利要求1或2所述的照明设备(10)，其中所述第一面(141)包括比所述光束整形光学元件(300)的所述光出射侧(342)的第二面积(A2)更大的第一面积(A1)，从而限定所述第一面(141)的剩余面积(A3)，以及其中所述第二光源(120)被光学地耦合到所述剩余面积(A3)，以用于所述第二光源光(121)经由所述细长透光体(100)的所述第一面(141)的一部分的入耦合。
7.根据权利要求1或2所述的照明设备(10)，其中所述细长透光体(100)具有六边形横截面。
8.根据权利要求1或2所述的照明设备(10)，还包括第二细长透光体(2100)，所述第二细长透光体(2100)具有限定所述第二透光体(2100)的第二长度(L2)的所述第二细长透光体(2100)的第一面(2141)和所述第二细长透光体(2100)的第二面(2142)，并且具有桥接所述第二细长透光体(2100)的所述第一面(2141)与所述第二细长透光体(2100)的所述第二面(2142)之间的所述第二长度(L2)的所述第二细长透光体(2100)的一个或多个侧面(2147)，其中所述第二透光体(2100)包括所述第二细长透光体(2100)的辐射输入面(2111)和所述第二细长透光体(2100)的第一辐射出射窗口(2112)，其中所述第二细长透光体(2100)的所述第一面(2141)包括所述第二细长透光体(2100)的所述辐射输入面(111)，以及所述第二细长透光体(2100)的所述一个或多个侧面(2147)中的至少一个侧面(2147)包括所述第一辐射出射窗口(112)，其中所述第二细长透光体(2100)的所述辐射输入面(2111)被配置为接收所述第二光源光(121)的至少部分，以及其中所述第二细长透光体(2100)的所述一个或多个侧面(2147)中的所述至少一个侧面(2147)的第一部分(2148)被光学地耦合到所述细长透光体(100)的一个或多个侧面(147)，以用于所述第二光源光(121)经由所述细长透光体(100)的所述第一面(141)的一部分的入耦合。
9.根据权利要求8所述的照明设备(10)，其中所述第二细长透光体(2100)在所述第二长度(L2)的至少部分上逐渐变细，以促进将所述第二光源光(121)耦合到所述细长透光体(100)中。
10.根据权利要求1、2、9中任一项所述的照明设备(10)，其中所述光束整形光学元件的所述壁(347)包括开口(350)，所述开口(350)用于接收所述第二光源光(121)的至少部分，以用于所述第二光源光(121)经由所述光束整形光学元件(300)的所述壁(347)的入耦合。
11.根据权利要求3所述的照明设备(10)，其中所述光纤(400)的光轴基本上平行于所述第一光源光(101)的光轴，其中与平行度的偏差小于15度。
12.根据权利要求1、2、9中任一项所述的照明设备(10)，还包括第二光纤(2400)，所述第二光纤(2400)被配置为在所述第二光纤(2400)的第一光纤侧(2411)处接收所述第二光源光(121)，以及其中所述第二光纤(2400)的第二侧(2412)被光学地耦合到以下中的一者或多者：(i)所述光束整形光学元件(300)的所述壁(347)，(ii)所述细长透光体(100)的所述第一面(141)的所述一部分，以及(iii)所述细长透光体(100)的所述一个或多个侧面(147)的所述一部分。
13.根据权利要求1、2、9中任一项所述的照明设备，其中所述发光材料(200)被配置为提供绿色和黄色发光材料光(201)中的一者或多者，以及其中所述第二光源(120)被配置为提供蓝色和红色第二光源光(121)中的一者或多者。
14.根据权利要求1、2、9中任一项所述的照明设备，包括多个第二光源(120)，所述多个第二光源(120)包括被配置为提供不同的第二光谱分布的两个或更多第二光源(120)，所述不同的第二光谱分布的峰值极大值的差异为至少20nm。
15.一种照明系统，包括根据权利要求1-14中任一项所述的照明设备(10)，其中所述照明系统包括聚光照明系统或图像投射系统。
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