发光模块和照明装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及发光模块和照明装置。该发光模块实现了在其输出端处提供具有超过1000cd/mm

【技术实现步骤摘要】
发光模块和照明装置
本技术涉及用于提供光的发光模块。具体而言，本技术涉及一种用于提供高亮度的、尤其是每平方毫米几百坎德拉(cd/mm2)的、优选超过一千cd/mm2的亮度的光。
技术介绍
具有高亮度的光源是必要的，其例如用于将高的光通量耦合输入到具有小的芯直径的、例如用于在具有小于1mm的直径的柔性内窥镜的领域中的医学应用中的光导纤维中。能耦合输入的光通量在此近似由光源的光密度L与光导纤维的光学扩展量E的乘积给出。光学扩展量E在此由纤维芯直径2r和光导纤维的数字孔径NA根据E＝π·A·NA2与A＝π·r2确定，该光学扩展量也就是以变小的芯直径的平方变小。相应高的亮度L因此对于足够高的能耦合输入的光通量来说是必要的。当前提供例如为发光二极管(LED)的半导体光源，其具有足够高的亮度。可见的高功率LED允许100-300cd/mm2的亮度并且为此基于蓝色的InGaN(氮化铟镓)芯片，其激发宽带的、在黄色光谱范围中发射的发光材料。然后由此可以在具有500μm的芯直径和0.37的数字孔径NA的纤维中引导最大25lm的光通量。如果需要更高的光通量，那么就必须使用这样的光源，该光源实现明显高于300cd/mm2的亮度。高亮度的传统的光源以短弧放电灯的形式存在。其然而通常具有在加热时间、色温的可调节能力和寿命方面的缺点。
技术实现思路
本技术的目的是给出一种发光模块，其用于提供高亮度的光，尤其是超过100cd/mm2的亮度的、优选高于1000cd/mm2的亮度的光，本技术极大地避免了在加热时间、色温的可调节能力和寿命方面的、开头所述的缺陷。本技术的另一个方面是提供具有空间上和光谱上的均匀性的白色光，也就是具有在任何情况都很小的照明强度变化和颜色方位变化的白色光。该目的通过一种用于提供光的发光模块实现，该发光模块包括：激发激光器，该激发激光器设计用于输出激发激光辐射；具有至少一种第一发光材料的承载装置，该第一发光材料设计用于将投射到第一发光材料上的激发激光辐射转换成第一转换光辐射，并且利用该转换光辐射产生第一光路；聚焦和准直光学部件，该聚焦和准直光学部件布置在第一光路中，并且设计用于将该激发激光辐射聚焦到至少一种该发光材料上或者对该转换光辐射进行准直；至少一种第一信号激光器，该第一信号激光器设计用于输出第一信号激光辐射并且利用该信号激光辐射产生第二光路；光辐射组合装置，该光辐射组合装置设计用于至少将第一光路与第二光路进行组合；输出端，在该输出端处能够提供组合的光路的光辐射作为输出信号；射束成型光学部件，该射束成型光学部件布置在第二光路中，并且设计用于使得该信号激光辐射和该转换光辐射在输出端处不仅在平面中而且取决于角度地具有相同的光通量分布。此外，还希望对具有这种发光模块和光导体的照明装置进行保护。根据本技术的发光模块能够提供高于1000cd/mm2的亮度的光，该光在其色温或者其颜色方位方面是可调节的。此外，该发光模块具有相对于常规的放电灯明显更高的寿命和明显更短的加热时间。此外，通过使用多于两个初级通道、例如一个转换光通道和两个用于产生混合的可用光的信号光通道，存在颜色方位的快速调制的可能性。尤其是在优选地使用以半导体为基础的激光源时，作为另外的优点的是未计划的服务投入的降低，因为灯不会爆裂以及通常具有较长的寿命。根据本技术的发光模块根据具体的设计方案不仅用于提供白色光，例如通过由蓝色信号激光和黄色转换光的适当组合获得的白色光，而且适于提供彩色的光。为了提供借助于蓝色信号激光和黄色转换光获得的白色光，可以为了激发发光材料(激发激光器)和蓝色初级通道(信号激光器)而例如选择450nm的激光波长。在蓝色初级通道中的光学总功率为1-2W和在发光材料的激发通道中的光学总功率为5-10w的情况中，实现超过200lm的光通量。在此使用Ce:YAG作为发光材料(另外的细节见下文)。尤其是为了产生具有高的空间上和光谱上的均匀性的白色光，也就是在没有或者仅仅很小的照明强度变化和颜色方位变化时，参与的光路必须精确地组合和叠加。为此，布置在两个光路中的射束成型光学部件优选设计用于使得信号激光辐射的照明强度的侧向变化对应于转换光辐射的照明强度的侧向变化，例如高斯型的超高斯型的或者礼帽型的(Top-Hat-)。通过选择合适的成像比例，在输出端的方位处或者必要时在光导纤维的或者另外的光学系统的输入端处的光路然后可以适用于叠加。无论如何，射束成型根据本技术设计用于使得信号激光辐射和转换光辐射在输出端处具有相同的光通量分布。由此不仅理解为在平面中有相同的光通量分布，也就是例如每个面积单位相同的光通量，还理解为在取决于其角度方面有相同的光通量分布，即每个空间角度单位的光通量。例如蓝色信号激光(蓝色颜色通道)的光学扩展量小于例如黄色转换光(黄色颜色通道)的光学扩展量。在输出端处的光斑相同大小的情况中，这取决于在输出端处的信号激光器的较小的数字孔径。然而因为用于所有颜色通道的强度(每个空间角的光通量)应该类似地取决于入射角(例如相对于光导纤维的入射侧)地变化，因此在该种情况中必须提高蓝色信号激光器的光学扩展量。为此，可以在信号激光器下游连接用于将信号激光辐射的光学扩展量匹配于转换光辐射的光学系统。该光学系统例如可以设计为漫射器、微透镜盘、光混合通道(光学积分器)、光波导或者多个这些部件的组合，其包括多个相同的部件在内。优选的变体方案例如由光波导和散射部件的组合构成。光波导的横截面在此尤其也可以在截面中与圆形对称的形状偏离，并且散射的部件也可以设置用于连续的运动。设计用于至少将第一光路和第二光路进行组合的光辐射组合装置例如设计为二色性镜，该二色性镜设计成对于两个信号激光辐射和转换光辐射中的一个是反射的并且相应地对于另一个是透射的。例如二色性镜将例如蓝色的激发激光反射到发光材料上，并且蓝色的信号激光例如也直接到达输出端，而例如黄色的转换光穿过二色性镜透射并且因此也能够到达输出端，或者但是相反。为了在输出端处对输出信号的、也就是组合的光路的光辐射的期望的色温进行调谐，能够设置至少一个散射装置，其用于独立地控制激发激光器的和信号激光器的相应的输出功率。由此在选择的信号波长和选择的发光材料的情况中，能够彼此不相关地控制信号激光的和转换光的光功率份额，例如通过幅值调制或者还有脉宽调制的方式。为了还要进一步调节输出信号的色温，承载装置可以具有第二发光材料，该第二发光材料设计用于将投射到第二发光材料上的激发激光辐射转换成第二转换光辐射，其中第一和第二转换光辐射在光谱上是不同的。该第二转换光辐射优选被引导到第一光路上，也就是刚好与第一转换光辐射一样。为此，承载装置能设计成能够利用激发激光辐射对第一发光材料和第二发光材料交替地进行照射。此外，控制装置能够设计成使得用于照射第一发光材料的激发激光器的输出功率能够调节成与用于照射第二发光材料的激发激光器的输出功率不同。由此然后实现了对这两个发光材料系统的色温的调节。此外，也可以设置超过两个不同的发光材料。承载装置例如可以设计成能旋转的发光材料轮，其中第一发光材料以及可能还有第二或者另外的发光材料环形地或者环形区段状地布置。在旋转发光材料轮时，激发激光辐射因此在环形的或者环形区段状的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光模块(1)，所述发光模块用于提供光，其特征在于，所述发光模块包括：激发激光器(2)，所述激发激光器设计用于输出激发激光辐射(4)；具有至少一种第一发光材料(11)的承载装置，所述第一发光材料设计用于将投射到所述第一发光材料上的所述激发激光辐射(4)转换成第一转换光辐射(12)，并且利用所述第一转换光辐射(12)产生第一光路；聚焦和准直光学部件(7)，所述聚焦和准直光学部件布置在所述第一光路中，并且设计用于将所述激发激光辐射(4)聚焦到至少一种所述第一发光材料(11)上或者对所述第一转换光辐射(12)进行准直；至少一个第一信号激光器(3)，所述第一信号激光器设计用于输出第一信号激光辐射(15)，并且利用所述第一信号激光辐射(15)产生第二光路；光辐射组合装置(6)，所述光辐射组合装置设计用于至少将所述第一光路与所述第二光路进行组合；输出端(A)，在所述输出端处能够提供组合的光路的光辐射作为输出信号(17)；射束成型光学部件(16)，所述射束成型光学部件布置在所述第二光路中，并且设计用于使得所述第一信号激光辐射(15)和所述第一转换光辐射(12)在所述输出端(A)处不仅在平面中而且取决于角度地具有相同的光通量分布。...

【技术特征摘要】
2016.04.25 DE 102016206950.01.一种发光模块(1)，所述发光模块用于提供光，其特征在于，所述发光模块包括：激发激光器(2)，所述激发激光器设计用于输出激发激光辐射(4)；具有至少一种第一发光材料(11)的承载装置，所述第一发光材料设计用于将投射到所述第一发光材料上的所述激发激光辐射(4)转换成第一转换光辐射(12)，并且利用所述第一转换光辐射(12)产生第一光路；聚焦和准直光学部件(7)，所述聚焦和准直光学部件布置在所述第一光路中，并且设计用于将所述激发激光辐射(4)聚焦到至少一种所述第一发光材料(11)上或者对所述第一转换光辐射(12)进行准直；至少一个第一信号激光器(3)，所述第一信号激光器设计用于输出第一信号激光辐射(15)，并且利用所述第一信号激光辐射(15)产生第二光路；光辐射组合装置(6)，所述光辐射组合装置设计用于至少将所述第一光路与所述第二光路进行组合；输出端(A)，在所述输出端处能够提供组合的光路的光辐射作为输出信号(17)；射束成型光学部件(16)，所述射束成型光学部件布置在所述第二光路中，并且设计用于使得所述第一信号激光辐射(15)和所述第一转换光辐射(12)在所述输出端(A)处不仅在平面中而且取决于角度地具有相同的光通量分布。2.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，所述射束成型光学部件(16)设计用于使得所述第一信号激光辐射(15)的照明强度的侧向变化在所述输出端(A)处对应于所述第一转换光辐射(12)的照明强度的侧向变化。3.根据权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，所述发光模块具有连接在所述第一信号激光器下游的光学系统，所述光学系统用于将所述第一信号激光辐射的光学扩展量与所述第一转换光辐射匹配。4.根据权利要求3所述的发光模块，其特征在于，所述光学系统设计成对应于来自如下组的多个部件的组合或者一个部件，所述组是漫射器、微透镜盘、光混合通道、光波导。5.根据权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，所述光辐射组合装置(6)设计为二色性镜，所述二色性镜设计成对于两个所述第一信号激光辐射(15)和所述第一转换光辐射(12)中的一个是反射的并且相应地对于另一个是透射的。6.根据权利要求4所述的发光模块，其特征在于，所述光辐射组合装置(6)设计为二色性镜，所述二色性镜设计成对于两个所述第一信号激光辐射(15)和所述第一转换光辐射(12)中的一个是反射的并且相应地对于另一个是透射的。7.根据权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，所述发光模块具有至少一个控制装置，所述控制装置用于独立地控制所述激发激光器的和所述第一信号激光器的相应的输出功率。8.根据权利要求6所述的发光模块，其特征在于，所述发光模块具有至少一个控制装置，所述控制装置用于独立地控制所述激发激光器的和所述第一信号激光器的相应的输出功率。9.根据权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，所述承载装置具有第二发光材料(14)，所述第二发光材料设计用于将投射到所述第二发光材料上的所述激发激光辐射(4)转换成第二转换光辐射，并且将所述第二转...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利弗·梅尔，
申请(专利权)人：欧司朗有限公司，
类型：新型
国别省市：德国,DE