具有光混合元件和发光材料容积体的照明装置的制作方法

本发明涉及一种照明装置，具有：带有光输入面和光输出面的光混合元件；多个光源，这些光源的初级光入射到光输入面上；带有载体的波长转换装置，在载体上布置有发光材料容积体，该发光材料容积体能够被从光输出面发射出的初级光照亮；以及至少一个用于形成从波长转换装置发射出来的有用光的光学件。本发明尤其可以用在汽车照明装置上，尤其是在探照灯上。

背景技术：

为了在实践中应用这些相关的照明装置，通常要求防止集中的初级光束的输出。集中的初级光束例如可能在损坏的情况下放射，当发光材料容积体受损时(例如有洞或裂缝)或者甚至至少部分地从载体上脱落时。

就此公知的是，在发光材料容积体后方的光路中设置有吸收区域，其处于初级光束的中央，所述初级光束是在发光材料容积体已经从载体上脱落时得出的。于是，在这种损坏情况下，初级光路集中在吸收区域上，并且在那里至少部分地被吸收。如果如下地选择吸收区域，即该吸收区域吸收在相对较低的强度阈值以上的初级光束的整个区域，那么该吸收区域以不利的方式占据了很大的面，这个面在照明装置的正常的不受损的运行中显著减少其光输出耦合率或光利用率，并且此外还在光放射模式中制造出局部可感受到的不均匀的亮度。如果相反地选择小的吸收区域，使得在照明装置正常的不受损的运行中不会显著减少其光输出耦合率或光利用率，并且此外还避免在光放射模式中的局部可感受到的不均匀的亮度，那么在受损的情况下可能还总是有集中的初级光束输出。

技术实现要素：

本发明的目的是，至少部分地克服现有技术的缺点，并且特别提供一种能够简单实施的可行性，用于在正常运行状态下让光输出耦合率相对较少地降低时，避免在受损的情况下有集中的初级光束输出。由此尤其是要减少对用眼安全的危害。这个目的尤其用于在汽车照明装置的领域实现。

该目的根据独立权利要求所述特征得以解决。优选的实施方式尤其是可以从从属权利要求中获取。

该目的通过一种照明装置实现，其具有：带有光输入面和光输出面的光混合元件；多个光源，这些光源的初级光入射到光输入面上；带有载体的波长转换装置，在这个载体上布置有发光材料容积体，其能够由从光输出面发射出来的初级光照亮；和至少一个用于形成从波长转换装置发射出来的有用光的输出耦合光学件，其具有至少一个不成像的安全区域；其中，这些光源将它们的初级光以一定的夹角(发散地)入射到光输入面上，并且至少一个安全区域占据输出耦合光学件上的一个位置，该位置在发光材料容积体被移除或损坏的情况下对应于初级光的高强度的区域。

在这里充分利用以下认识，即光混合元件的光输出面处的光模式通常不仅具有唯一的中间的或中央的强度或亮度最大部位(然后从这里开始，强度随着距离增加而下降)，而是当一个或者多个光源将它们的初级光发散地射入光混合元件时，具有中心区域以外的或者非中心位置的高强度的光模式。在中心区域以外的或者非中心的光模式中，尤其不具有位于光混合元件的光学轴线上的最高强度的中央区域，而是具有至少一个带有至少局部的强度最大的区域，其在侧面与光模式的中心部位或者中央错开地布置。该中心区域尤其可以是光模式的几何中心，尤其是光输出面的、沿着光混合元件的光学轴线的或者在其上的中心。中心区域以外的光模式可以具有多个处于中心区域以外的局部强度最大部位，或者一个可以延展的(不是点状的或者不是圆形的)局部强度最大部位。

所述中心区域以外的光模式例如可以具有多个环形分布的局部强度最大部位，或者对应于一个完全环形的高强度区域，然而这是不受限制的。高强度例如可以被理解为高于光模式的中心区域的强度。高强度例如也可以被理解为高到可能对相应的、由照明装置发射的光束的用眼安全产生危害的强度。高强度尤其可以被理解为允许高于用于激光等级1、尤其是用于激光等级2、尤其是用于激光等级3(例如3R或3B)的强度。高强度例如也可以被理解为比光模式的中心区域中的强度更高的强度。光模式的高强度区域尤其可以是强度为光模式的最大强度的至少50％的、尤其是至少60％的、尤其是至少70％的、尤其是至少80％的、尤其是至少90％的区域。

环形区域尤其可以被理解为环绕封闭的区域，例如圆环形的区域或者从中变形(例如延展)和/或镜像反射中产生的区域，例如椭圆形的区域。其类似于环形。

如果符合这个光模式的初级光束发射到发光材料容积体上，那么在这个发光材料容积体后方形成强烈发散的光分布。这样强烈发散的光分布的光然后投射到输出耦合光学件上(例如包括反射器、透镜等等)，被其改变形状，并且作为有用光从照明装置输出或从照明装置中输出耦合。

所述发散的光分布具有至少一部分的次级光，次级光是在发光材料容积体上通过初级光的波长转换形成的。通常由发光材料容积体发射剩余部分的初级光，在这里，初级光相比投射的初级光束也显著发散，例如通过发光材料容积体内的散射。例如投射到发光材料容积体上的初级光束的蓝色初级光可以部分地转换成黄色次级光。发光材料容积体然后发出黄色-蓝色的或白色的混合光。

由发光材料容积体发射的次级光或混合光的最大强度通常比初级光束的最大强度要小得多。由发光材料容积体发射的光的强度分布也比较均匀，而初级光束可能显示出高度局部化的图像模式。

如果发光材料容积体在受损情况下从载体上脱离，那么初级光束就可以不受阻碍地投射到接在下游的输出耦合光学件，并且由其进一步朝外输出。初级光束在输出耦合光学件上的形状或模式还具有至少一个非中心的强度最大部位，也就是尽管其在载体上或者其穿过载体的通路上和可能其他的光学件上反射，并且尽管通常在输出耦合光学件上有变形的成像。

因为所述至少一个不成像的区域(在一般不受限的情况下也被称为“安全区域”)，使得初级光束在由输出耦合光学件向外输出的光中的强度峰值在受损的情况下强烈降低。然而，通过让投入初级光束的中心区域的光能够由输出耦合光学件向外放射出去的方式，使得在正常运行下(在现有的、不受损的发光材料容积体中)利用这个光。总的来说，这样就可以在受损情况下防止具有高强度的初级光束从照明装置中放射出去，而在正常情况下由至少一个安全区域将光损耗保持得很少。

光混合元件用于均匀化初级光的功率分布。光混合元件可以是空心体或者实心体。在空心体的情况下，可以通过在从光输入面穿透到光输出面时在起反射作用的内壁上反射光来实现光混合。在由典型的透明或仅仅略微散射的材料制成的实心体的情况下，可以通过在从光输入面穿透到光输出面时在主体中反射光来实现光混合，例如通过内部的全反射。实心体的材料例如可以是玻璃、PMMA、PC或ABS。

所述光混合元件也可以被称为集合器。

光混合元件的光输出面例如可以直接以发光材料容积体为终点，或者可以在一种变化方案中通过至少一个接在中间的光学件在其上成像(例如与光学轴线的折叠相结合)。

一种设计方案是，光混合元件是细长的光混合元件，例如光波导体，这此外还得到生产简单且便宜的优点。细长的光混合元件尤其沿着其纵向延伸线相比其横向上具有明显更大的延展部，例如大出至少一个大小等级的延展部。细长的光学件尤其可能是线性的或直线延伸的(棒形的)光混合元件。

一种改进方案是，所述细长的光混合元件具有毫米范围内的长度。例如长度可以是10毫米或以上。

尤其是在光混合元件的旋转对称的横截面中，在光输出面上形成至少基本上为环形的光模式。然而，所述光混合元件不局限于旋转对称的横截面。横截面的造型和/或大小也可以随着长度延伸而变化。基本上为环形的光模式可以通过选择横截面的造型尤其有目的地被变形。越多光源将它们的光分散地照射到光输入面上，光输出面上产生的、非中心的、尤其是环形的光模式就更加清晰。然而，光模式在其中央或者中心或中央区域的强度却通常不等于零，而是可以明显集成地贡献于由照明装置发射的有用光束。

一种构造方案是，所述光混合元件至少部分区段地、尤其是在整个长度上具有六边形的横截面。因为已表明的是，这样就可以在制造耗费少的情况下特别好地接近实现一个均匀的、环形的光模式。

然而，光混合元件例如也可以具有另一种有角的横截面，例如正方形、五边形、八边形等等的横截面。一般而言特别有利的是n大于4的n角形横截面。

所述至少一个光源尤其可以是至少一个半导体光源，但是不局限于此。尤其是所述至少一个半导体光源包括至少一个发光二极管。在存在多个发光二极管时，它们可以以相同的颜色或者不同的颜色照明。颜色可以是单色的(例如红色、绿色、蓝色等等)或者是多色的(例如白色)。这种由所述至少一个发光二极管放射的光也可以是红外线光(IR-LED)或者是紫外线光(UV-LED)。多个发光二极管可以产生混合光，例如白色的混合光。所述至少一个发光二极管可以包含至少一种能够转换波长的发光材料(转换LED)。这种发光材料可以替选地或者附加地布置在远离发光二极管的地方(远程磷光)。所述至少一个发光二极管可以以至少一个单独配置外壳的发光二极管的形式或者以至少一个LED芯片的形式存在。多个LED芯片可以装配到一个共同的基板(submount)上。所述至少一个发光二极管可以配有至少一个自身的和/或共有的光学件以便引导光束，例如至少一个菲涅尔透镜、准直镜和类似物。作为无机发光二极管的代替或者补充，例如以InGaN或者AlInGaP为基础，一般而言还可以使用有机LED(OLED，例如聚合物LED)。作为替选，所述至少一个半导体光源可以具有例如至少一个二极管激光器或激光二极管。

所述至少一个光源可以发送特定波长的或者特定的小的波长范围的初级光，例如蓝色初级光。所述至少一个光源可以替选地将来自多个波长或波长范围的初级光入射到光混合元件的光输入面上。

所述发光材料容积体尤其可以具有一种或者多种发光材料。在这里，至少一种发光材料被构造用于将从光混合棒入射的初级光转换成波长更大的次级光，例如将蓝色初级光转换成黄色次级光。为此，例如可以使用陶瓷的发光材料，例如(Ce，Gd)：YAG陶瓷。陶瓷发光材料例如可以作为陶瓷发光材料片存在。

所述发光材料容积体可以具有至少一种另外的发光材料，这种发光材料将从光混合元件入射的初级光转换成另一种波长更大的次级光，例如将蓝色初级光转换成红色次级光。所述发光材料容积体也可以具有至少一种发光材料，其能够将次级光转换成另一种波长更大的次级光(也被称为“三级光”)，例如将绿色的次级光转换成橙色的三级光。

所述发光材料容积体尤其是可以作为发光材料层存在。所述发光材料容积体的直径在一种改进方案中可以不超过两毫米，尤其是不超过一毫米。

通过发光材料容积体的这种发散光束的效果，使得从光混合元件入射的光模式在存在发光材料容积体时却不会或者不会明显地被继续引导到接在下游的输出耦合光学件上。因此，发光材料容积体的这种分解造型的效果一方面可能出于以下原因，即所述发光材料放射出具有大的散射宽度的次级光，尤其是没有方向性的或者朗伯式(lambertsch)放射。对于未转换的初级光，发光材料容积体像散射元件那样起作用。

接在波长转换装置下游的光学件(在一般无限制的情况下也被称为“输出耦合光学件”)尤其也可以被用于将从波长转换装置发射的光(“有用光”)从照明装置中输出耦合。于是，所述输出耦合光学件可以用于在照明装置以外制造特定的光放射模式，例如像近光灯那样的汽车光模式等等，或者用于外部照明的或者用于建筑照明的光放射模式。所述输出耦合光学件可以具有一个或者多个光学件。

“不成像的”区域尤其可以被理解为输出耦合光学件的局部限定的区域，该区域不会利用投射其上的光来构造照明装置的光放射模式。于是，投射到安全区域上的光或者被阻止，无法从照明装置中输出去，或者被非常宽广地散射开，以至于其最大强度强烈下降。所述不成像的安全区域于是也可以被理解为输出耦合光学件上的局部限定的区域，该区域本身不产生成像区域。

在发光材料容积体被移除或者说不存在的情况下，初级光的高强度的区域尤其可以对应于一个循环封闭的、尤其是环形的区域，或者对应于它的至少一个区段或部分区域。

一种构造方案是，所述载体是一种反射式的载体。在这种“反射式的布置”中，由发光材料容积体发射的次级光或混合光从相同一侧发射出去，初级光也投射其上。朝着载体发射的光被反射到发光材料容积体中。在受损的情况下，当发光材料容积体不再存在时，由光混合元件发射的初级光以其横截面尤其是环形的光模式成像到反射式的载体上，或者在中间接入其他的光学件的情况下，如至少一个透镜、至少一个转向镜等等。所述初级光在用作偏转镜的(平面的或者弯曲的)载体上被变形，例如被延长、被成像并且然后转向输出耦合光学件，该输出耦合光学件例如包括至少一个反射器。在输出耦合光学件上，初级光的非中心的高强度区域再次通过在输出耦合光学件上成像被变形。如果所述输出耦合光学件例如具有抛物线的基本形状，那么强度最大的初级光区域的形状可能对应于已经通过载体变形的、环形的初级光模式的抛物线的成像。然而这种形状在以下情况是非中心的，即不仅存在相对于初级光的中心轴线呈点式的强度最大部位，其被具有越来越低的强度的区域所包围。在输出耦合光学件上的那些初级光束的强度最高的位置或部位上，存在所述安全区域。

所述安全区域可以是一个连续的安全区域，或者可以具有多个相互分隔开的部分区域。还有一种构造方式是，所述安全区域是一个至少部分区段地构造成环形的区域。

还有一种构造方式，载体是透光的载体。这种构造方式用于实现“透射式布置”，其中，由发光材料容积体放射的有用光(次级光或混合光)从一侧发射出去，该侧与初级光束投射的一侧相背离。所述透光的载体例如可以是蓝宝石载体。在受损情况下，初级光束尤其实际上完全不受载体的阻碍，并且然后成像到输出耦合光学件上。所述输出耦合光学件可以构造为像在反射式的载体的情况中那样。

此外还有一种构造方式是，所述至少一个安全区域是吸收光的区域。在受损的情况下，投射其上的初级光就被吸收，并且不再能够从照明装置中输出。

还有一种构造方式是，所述至少一个安全区域是漫射地散射光的区域。在受损的情况下，投射其上的初级光散射地被反射，并且初级光的相干性(Kohaerenz)由此最小化或者甚至完全降低。散射地反射的光不再具有高的强度，并且能够毫无危险地从照明装置中发射出去。基于其漫射的自然属性，这种光仅仅有助于略微提升从照明装置发射出的光的亮度水平，却对相对应的光放射模式的形成没有贡献或者贡献不大。

此外还有一种构造方式是，所述至少一个安全区域是镜面反射式的区域，其将投射其上的光以一定的空间角度反射，该空间角度对能够从输出耦合光学件输出耦合为有用光的光放射模式没有贡献。这样在受损的情况下也可以防止高强度的初级光束被输出。

此外还有一种构造方式是，投射到至少一个安全区域上的光至少部分地反射到光传感器上。由此能够以简单的方式探测到损坏情况下的入射，例如通过识别光传感器上的增加的光通量，通过识别增加的初级光成分等等。

还有一种构造方式是，所述照明装置是汽车照明装置的至少一部分，例如一个模块或者“光引擎”。所述汽车尤其可以是机动车，例如客车。汽车照明装置尤其可以是用于外部照明的照明装置，尤其是用于行车道照明。所述照明装置尤其可以是探照灯，例如用于制造近光灯、远光灯、防雾灯、日行灯和/或转向灯。

附图说明

结合下面对结合附图详细阐述的实施例的示意性的说明，本发明的上述特征、特点和优点以及实现这些的方式和方法变得更加清楚明白。在此，为了表示清楚，能够为相同的或者作用相同的元件配上相同的附图标记。

图1作为剖面图以侧视角度简略地示出了在光发散地入射的情况下穿过光混合元件投射的初级光；

图2以斜视角度示出了在光混合元件后方产生的光模式；

图3作为剖面图以侧视角度示出了照明装置；以及

图4以俯视图示出了根据图3的照明装置的输出耦合光学件的内侧的一个部段。

具体实施方式

图1作为剖面图以侧视角度简略地示出了投射穿过以光混合棒1的形式存在的光混合元件的初级光P。光混合棒1构造成具有纵轴线L的直线形式。光混合棒具有光输入面2和光输出面3，它们相当于光混合棒的端侧。光混合棒1的周面4具有横截面为六边形或八角形的外部轮廓。

初级光P从多个光源照射到光输入面2，其中纯示例性地，两个激光二极管5和5’在此相互之间以夹角β(所谓的“发散角”)将蓝色的初级光P发散地入射到光输入面2上。由激光二极管5和5’放射的初级光束具有开口夹角α或α’。在光混合棒1前方形成的夹角α、α’和β的值即使在光混合棒1后方在光从光输出面3输出以后仍保留，正如在图2中所示的那样。然而，强度分布在围绕纵向轴线的周向方向上变得均匀。在光混合棒1旋转对称的情况下，在光输入面3后方获得环形的高强度的光模式M1。在外部轮廓为六边形时，例如可以形成一个六重旋转对称体，例如具有六个环形地分布的局部的强度最大部位。

图3示出了具有来自图1和图2的光混合棒1和激光二极管5和5’的照明装置6。从光混合棒1输出的初级光P朝着波长转换装置8，9的发光材料容积体8的方向指向，必要时在穿过接在中间的光学件7之后(例如一个或者多个镜面、透镜等等)。发光材料容积体8以将蓝色初级光P部分地转换成黄色次级光S的陶瓷发光材料片的形式存在。所述发光材料容积体8被设置在反射式的载体9上，例如粘附其上。由波长转换装置8，9出发，由此在发光材料容积体8完好无损的情况下将广角的黄蓝色或白色的混合光P，S照射到至少作为输出耦合光学件的一部分的反射器10上。反射器10将混合光P，S从照明装置6中耦合输出，必要时通过其他的光学件(未示出)如透镜等等。

在发光材料容积体8受损的情况下，例如当发光材料容积体8中存在一个洞或者发光材料容积体8本身从载体9上脱落时，初级光束P能够至少几乎不受阻碍地投射到载体9上，并且从那里朝向反射器10偏转。由此将环形的光模式M1成像到反射器10上，在此，其可能在光学件7上和/或通过载体9被预先变形和/或镜面反射。具有高强度的初级光P的如此成像的光模式M2可能在不采取其他措施的情况下由反射器从照明装置6中耦合输出，这可能危害用眼安全。

为了避免这一点，反射器10在形成高强度的光模式M2的位置(或者部位或者区域)处具有在这里构造成环形的安全区域11，如也在图4中所示的那样。所述安全区域的一个面对应于轮廓的造型，反射器10上的安全区域11就占据这个轮廓。

安全区域11例如可以构造成吸光式的或者漫射地反射式的，然而在这里示例性地以镜面反射的形式构成。也就是所述光模式M2被反射到光传感器12上，通过该光传感器能够在被初级光P照射时识别出受损状况。

高强度的初级光P因此不再从照明装置6中输出，从而确保了用眼安全。

光模式M2内的被光模式M2包围的区域B相反地却将射入其上的光通过镜面反射作为有用光耦合输出，正如安全区域11以外的其他反射器10那样。在此，也可以让初级射线P耦合输出，然而其具有毫无疑问的强度。

在发光材料容积体8完好无损并且存在时的正常运行状态下，射入到安全区域11上的混合光P，S被偏转到光传感器12上，然而基于混合光P，S的非常均匀的强度分布，却具有相比在纯的初级光P的情况下明显更低的强度。因此，光损耗在正常运行状态下由于安全区域11而同样也很少。此外，与现有技术相反的是，入射到中央区域B的混合光P，S同样也得以利用，这进一步减少了光损耗。

尽管本发明的细节通过示出的实施例进行了详尽地阐述和说明，但是本发明不受其局限，并且专业技术人员能够从中推导出其他的变化方案，而不离开本发明的保护范围。

因此，安全区域不需要占据一个唯一的连续面或区域，而是例如也可以占据多个相互分隔开的局部面或部分区域。这可以进一步减少光损耗，例如当高强度的区域是相互分隔开的区域时。因此在六个相互分隔开的高强度的区域下，也可以存在六个相应的安全区域。作为替选，在存在多个相互分隔开的高强度区域时，也可以为多个这种高强度区域共同存在至少一个安全区域，例如当至少两个区域相互之间的间距很小时。于是在四个相互分隔开的高强度区域的情况下，可以存在两个相应的安全区域，它们分别对于两个紧邻的高强度区域共同起到不成像的作用。

一般而言，“一个”可以理解为单数或者多数，尤其是在“至少一个”或“一个或多个”等等的意义上，只要没有明确地将其排除在外，例如通过“刚好一个”等等的表达。

数量说明可以包括刚好提供的数量，也可以包括通常的容差范围，只要没有明确地将其排除在外。

附图标记列表

1 光混合棒

2 光混合棒的光输入面

3 光混合棒的光输出面

4 光混合棒的周面

5 激光二极管

5’ 激光二极管

6 照明装置

7 光学件

8 发光材料容积体

9 反射式的载体

10 反射器

11 安全区域

12 光传感器

α 开口夹角

α’ 开口夹角

B 区域

β 发散夹角

L 纵轴线

M1 光输出面上的光模式

M2 反射器上的光模式

P 初级光

S 次级光