WO2010072589A1 - Device and method for mixing light beams - Google Patents

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WO2010072589A1
WO2010072589A1 PCT/EP2009/066947 EP2009066947W WO2010072589A1 WO 2010072589 A1 WO2010072589 A1 WO 2010072589A1 EP 2009066947 W EP2009066947 W EP 2009066947W WO 2010072589 A1 WO2010072589 A1 WO 2010072589A1
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light
light beam
light beams
beam splitter
mixing
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PCT/EP2009/066947
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Detlef Gerhard
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G02B27/14Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/148Beam splitting or combining systems operating by reflection only including stacked surfaces having at least one double-pass partially reflecting surface

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for mixing light beams of different wavelengths to produce a light mixture having a desired spectrum.
  • Light rays are mixed in many applications to produce a light mixture having a desired light spectrum.
  • An example of a light mixture is white light, which is composed of a plurality of light beams of different wavelengths.
  • a conventional approach to light mixing of light rays originating from different light sources having different wavelengths or spectra is to use optical lenses and diffusers.
  • light beams which originate from different light-emitting diodes LEDs with different wavelengths are bundled by optical lenses, so that a white light mixture is produced at a point of convergence. Even when using a diffuser, however, this light mixture is then still separable with the result that an optic with higher complexity must be used. The use of a diffuser also leads to losses.
  • FIG. 1A shows a fluorescent layer F on which a light radiation having a wavelength ⁇ 1 originating from a light diode is incident.
  • the light-emitting diode can emit radiation in the UV range, for example.
  • This UV light is converted by the fluorescent layer F into white light L.
  • the Nach- Here, however, part consists in the fact that the conversion of the UV light generated by the light-emitting diode into the white light L takes a relatively long time, with a time delay of several ⁇ s typically occurring.
  • Fig. IB illustrates the occurring time delay.
  • the invention provides a device for mixing light beams with:
  • the device according to the invention for mixing light beams offers the particular advantage that the mixed light formed can not easily be separated again, so that the optical further processing for a subsequent optical system can be carried out in a simple manner.
  • the device according to the invention for mixing light beams is characterized by a simple structural design.
  • a plurality of light sources are provided which radiate light beams in different wavelength ranges.
  • the device not only performs a mixture of incident light beams, but also generates the light beam mixture itself.
  • a first specular outer surface at a first inclination angle is arranged obliquely to the light beam direction of the light beams and a second specular outer surface is arranged at a second inclination angle obliquely to the light beam direction of the light rays.
  • Means for mixing light beams, the inclination angles of the first and second specular outer surfaces are identical, and the two specular outer surfaces are arranged in parallel with each other.
  • the angles of inclination of the first and second reflecting outer surfaces are different and the two reflecting outer surfaces run apart at an angle.
  • at least one light beam splitting surface has an angle of inclination which lies between the inclination angle of the first specular outer surface and the inclination angle of the second specular outer surface.
  • a plurality of light beam splitter surfaces are provided, which are arranged parallel to one another.
  • a first translucent end plate is provided, through which the light beams of different wavelengths enter and there is provided a second translucent end plate, through which the mixed light rays exit.
  • This embodiment offers the particular advantage that scattering at the beam splitter surface ends is reduced.
  • the end plates offer the advantage that the device is protected against contamination.
  • the light sources are connected to a controller which controls the intensity of the light beams emitted by the light sources.
  • the light sources used are light-emitting diodes.
  • the light beam splitting surfaces are coated glass plates.
  • This embodiment has the advantage that the light beam splitter surfaces can be produced with little technical effort.
  • the angle of inclination of the reflecting outer surfaces and the angle of inclination of the light beam splitter surfaces are each 45 °.
  • This embodiment offers the particular advantage that the efficiency in the generation of the light mixture is maximum.
  • a further similar device for mixing light rays is mounted mirror-symmetrically on the device.
  • This embodiment has the advantage that the optical axis of the incident light and the optical axis of the exiting light mixture are not shifted from each other.
  • the reflective outer surfaces are mounted in a thermally conductive body. This embodiment offers the particular advantage that also light sources with a high power can be used.
  • the light sources emit light beams in different wavelength ranges, the wavelength ranges in each case being in a range from 300 nm to 2 ⁇ m.
  • the invention further provides an illumination apparatus having at least one device for mixing light beams of different wavelengths, each device for mixing light beams having at least one light beam splitter surface, which is arranged obliquely to a light beam direction of the light beams of different wavelengths and for dividing the incident thereon light beams, wherein each device for mixing light rays further comprises reflecting outer surfaces which are arranged around the light beam splitting surfaces and which reflect the light rays incident thereon.
  • the lighting device has a high-power lamp, a motor vehicle headlight, an operating light or a flashlamp.
  • the invention further provides a method of mixing light rays
  • incident light beams of different wavelengths are reflected at a first specular surface completely toward at least one light beam splitter surface which reflects a first portion of the light rays back to the first specular surface, a second portion the light rays pass through the light beam splitting surface to a second reflecting surface which completely reflects the light rays for mixing.
  • the light beams are generated by juxtaposed light sources and emitted in a direction to which the specular surfaces and the at least one light beam splitter surface obliquely.
  • Fig. IA, IB a conventional arrangement for generating a light mixture
  • Fig. 2 shows an embodiment of the invention
  • 3A, 3B, 3B signal diagrams for explaining the operation of the device according to the invention for mixing light beams
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the device according to the invention for mixing light beams
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the device according to the invention for mixing light beams
  • Fig. 6 shows another embodiment of the device according to the invention for mixing light beams.
  • a device 1 for mixing light beams according to the invention has at least one light beam splitter surface 2.
  • the light beam splitter surface 2 is, for example, a coated glass plate.
  • the glass plate has a certain refractive index and is coated, for example, on one side with another material having a higher refractive index.
  • the light beam splitter surface 2 may also be a coated film.
  • a light beam striking the light beam splitter surface 2 is partially reflected, whereby a portion of the light passes through the light beam splitter surface 2 to a further, possibly behind arranged Lichtstrahlteiler Structure.
  • the device 1 for mixing light beams further has reflective outer surfaces 3-1, 3-2, which are arranged around the at least one light beam splitter surface 2 around.
  • the reflecting outer surfaces 3-1, 3-2 completely reflect the light beams incident on them.
  • the mirror surfaces 3-1, 3-2 may be smooth mirror surfaces but also structured mirror surfaces.
  • the first specular outer surface 3-1 is disposed at a first inclination angle ⁇ l obliquely to the light beam direction of the incident light rays.
  • the second specular outer surface 3-2 is disposed at a second inclination angle ⁇ 2 obliquely to the light beam direction of the light rays that strike the light beam mixing device 1.
  • the light beam splitter surface 2 has an inclination angle ⁇ .
  • the light beam splitter surface 2 extends obliquely to the light beam incident direction of the incident light beams.
  • the inclination angle ⁇ is between the inclination angle ⁇ 1 of the first specular outer surface 3-1 and the inclination angle ⁇ 2 of the second specular outer surface 3-2
  • the inclination angle ⁇ 1 of the first specular outer surface 3-1 is identical to the inclination angle ⁇ 2 of the second specular outer surface 3-2, and the two specular outer surfaces 3-1, 3-2 are arranged parallel to each other.
  • the inclination angle ⁇ 1, ⁇ 2 of the two reflecting outer surfaces 3-1, 3-2 and the inclination angle ⁇ of the light beam splitter surfaces 2-i are each 45 °.
  • the efficiency for generating the light mixture L is maximum.
  • the embodiment shown in Fig. 2 shows only a light beam splitter surface 2.
  • a plurality of light beam splitter surfaces 2-i are provided, which may be arranged in parallel to each other.
  • the inventive device 1 for mixing light rays preferably a first translucent end plate 4-1 and a second translucent end plate 4-2.
  • the first translucent end plate 4-1 Through the first translucent end plate 4-1, the light beams of different wavelengths ⁇ enter the device 1 for their mixing.
  • the light mixture L is, for example, a white light mixture.
  • the end plates 4-1, 4-2 are glued to the light beam splitter surfaces 2, so that the light scattering occurring at the ends of the light beam splitter surfaces 2 are reduced.
  • the end plates 4-1, 4-2 serve to protect the device 1 according to the invention against contamination, since in the intermediate spaces, which see between the light beam splitter surfaces 2-i, can penetrate from the outside no dirt particles.
  • the spaces between the light beam splitter surfaces 2-i and between the light beam splitter surfaces and the reflective outer surfaces 3-i are filled with air in one possible embodiment.
  • the spaces may also contain another medium, for example a transparent gas or transparent material with a certain refractive index.
  • the medium present between the light beam splitter surfaces 2-i and in the two spaces between the outer light beam splitter surfaces and the exterior mirrors can be exchanged to optimize the optical properties of the mixing device or to adapt to the particular application.
  • the light beam splitter surface 2 is adhesively bonded to the two end plates 4-1, 4-2.
  • the position of the light beam splitter surface 2 can be changed by lateral displacement.
  • the light beam splitter surface 2 is formed by a coated glass plate.
  • the light beam splitter surface 2 is formed by one or more foils.
  • the films can be clamped between the two end plates 4-1, 4-2.
  • the light beam splitter surfaces 2-i for example the gas plates or foils, are exchangeable or replaceable.
  • the two end plates 4-1, 4-2 can be removed for a short time.
  • 3A, 3B, 3B are diagrams for explaining the operation of the light beam mixing device 1 according to the present invention.
  • the device 1 is hit by beams of different wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, which are spatially separated from one another in the X direction.
  • FIG. 3A shows the intensity distributions of the incident light rays. In one possible embodiment, the intensity distributions of the incident light beams may also overlap.
  • the light mixture formed is a white light
  • the intensity of the different wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 over exit surfaces, that is flat in two dimensions, is approximately constant.
  • Fig. 3C shows a typical real ⁇ l course of the intensity distribution for different wavelengths, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 of the light mixture formed with a typical wave-shaped course of the intensity distributions for the different wavelengths X1.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the invention
  • the device 1 for mixing light beams.
  • the device 1 has three light beam splitter surfaces 2-1, 2-2, 2-3.
  • the two reflective outer surfaces 3-1, 3-2 are each attached to a thermally conductive body 5-1, 5-2.
  • the incident light beams having the different wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 are completely reflected at the first mirror surface 3-1 toward the three light beam splitter surfaces 2-1, 2-2, 2-3.
  • Each light beam splitter surface 2-i reflects a first portion of the incident light rays back to the previous reflecting surface, with a second portion of the incident light rays passing through the respective light beam splitter surface 2-i to the next light beam splitter surface and finally to the second specular outer surface 3-2 - long, which completely reflects the light rays for mixing.
  • the device according to the invention has light sources 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, which radiate the light beams with different wavelength ranges.
  • These light sources 6-i can be, for example, light-emitting diodes. These LEDs are mounted for example on a circuit board 7.
  • the light sources 6-i emit light in different directions. different wavelength ranges. These wavelength ranges may each be, for example, in a range of 300 nm to 2 microns.
  • the light sources 6-i are connected to a controller 8 which controls the intensity of the light beams emitted from the light sources 6-i. In this way, the spectrum of the light mixture L generated by the device 1 according to the invention can be adjusted for the particular application.
  • Fig. 5 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention for mixing light beams.
  • the reflective outer surfaces 3-1, 3-2 are attached to a thermally conductive body 5.
  • This thermally conductive body 5 is made of ceramic or metal, for example.
  • the conductive body 5 may additionally comprise cooling ribs or cooling bands.
  • the thermally conductive body 5 is connected to the circuit board 7 shown in FIG. 4 and dissipates the heat generated by the light sources 6-i.
  • holes 9-1, 9-2 may be provided for mounting.
  • the body 5 can be mounted on a holding apparatus by means of the bores 9-1, 9-2.
  • the device 1 is for mixing
  • Light beams with or without end plates 4-1, 4-2 mountable to a holding apparatus.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention for mixing light beams.
  • a further, similar device IB for the mixing of light rays is mounted mirror-symmetrically.
  • the first mixing device IA has a first one Heatsink 5A and the second mixing device IB a second heat sink 5B.
  • the two mixing devices IA, IB are, as shown in Fig. 6, mounted mirror-symmetrically to each other.
  • the embodiment shown in FIG. 6 offers the particular advantage that the optical axis of the incident light or of the incident light beams of different wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 and of the exiting light mixture L are not shifted relative to each other. This facilitates the assembly of the device 1 according to the invention and the adjustment of further optical components which are upstream or downstream of the light mixer 1 according to the invention.
  • the light mixer 1 according to the invention or the device 1 according to the invention for mixing light beams, as shown in the exemplary embodiments according to FIGS. 2, 4, 5, 6, can be used in many ways.
  • the device 1 according to the invention is provided for mixing light beams in a lighting device.
  • This lighting device may be, for example, a high-power lamp, a car headlight, a surgical light or a flash lamp.
  • the light mixing is done in the inventive device 1 for mixing light beams immediately without time delay.
  • the device 1 according to the invention for mixing light beams can be produced in a simple manner and can be miniaturized in a simple manner.
  • the light mixture L formed by the device 1 according to the invention is a homogeneous light mixture which is almost inseparable, so that the further optical processing of the light mixture can be carried out with little technical effort.

Abstract

The invention relates to a device (1) and to a method for mixing light beams. The device (1) comprises at least one light beam splitter surface (2-i) arranged at an angle to a light beam direction of light beams of different wavelengths (λ). Said light beam splitter surface (2-i) is provided to split the light beams incident thereon. Furthermore, reflective outer surfaces (3-1, 3-2) are provided that are arranged around the light beam splitter surfaces (2-i) and that reflect light beams incident thereon. A light mixture can be generated by the mixing device (1) without a time delay. The mixing device (1) can be used in particular in a lighting device, for example, a high-power lamp, a motor vehicle headlight, an operating lamp, or a flash lamp.

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung und Verfahren zum Mischen von LichtstrahlenApparatus and method for mixing light rays
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge zur Erzeugung eines Lichtgemisches mit einem gewünschten Spektrum.The invention relates to an apparatus and a method for mixing light beams of different wavelengths to produce a light mixture having a desired spectrum.
Lichtstrahlen werden in vielen Anwendungsfällen durchmischt, um ein Lichtgemisch zu erzeugen, das ein gewünschtes Lichtspektrum aufweist. Ein Beispiel für ein Lichtgemisch ist weißes Licht, das sich aus einer Vielzahl von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge zusammensetzt. Eine herkömmli- che Vorgehensweise zur Lichtdurchmischung von Lichtstrahlen, die von unterschiedlichen Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen bzw. Spektren stammen, besteht in der Verwendung von optischen Linsen und Diffusoren. Beispielsweise werden Lichtstrahlen, die von unterschiedlichen Lichtdioden LEDs mit unterschiedlichen Wellenlängen stammen, durch optische Linsen gebündelt, sodass an einem Bündelungspunkt ein weißes Lichtgemisch entsteht. Selbst bei Verwendung eines Diffusors ist dieses Lichtgemisch anschließend jedoch noch trennbar was zur Folge hat, dass eine Optik mit höherer Komplexität verwendet werden muss. Der Einsatz eines Diffusors führt zudem zu Verlusten .Light rays are mixed in many applications to produce a light mixture having a desired light spectrum. An example of a light mixture is white light, which is composed of a plurality of light beams of different wavelengths. A conventional approach to light mixing of light rays originating from different light sources having different wavelengths or spectra is to use optical lenses and diffusers. By way of example, light beams which originate from different light-emitting diodes LEDs with different wavelengths are bundled by optical lenses, so that a white light mixture is produced at a point of convergence. Even when using a diffuser, however, this light mixture is then still separable with the result that an optic with higher complexity must be used. The use of a diffuser also leads to losses.
Weiterhin ist es bekannt zur Erzeugung von weißem Licht auf Basis von Lichtdioden einen Fluoreszenzeffekt auszunutzen. Fig. IA zeigt eine fluoreszierende Schicht F auf die ein von einer Lichtdiode stammende Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge λl fällt. Die Leuchtdiode kann beispielsweise eine Strahlung im UV-Bereich abgeben. Dieses UV-Licht wird von der Fluoresenzschicht F in weißes Licht L umgewandelt. Der Nach- teil besteht hier allerdings darin, dass die Umwandlung des von der Leuchtdiode erzeugten UV-Lichts in das weiße Licht L relativ lange dauert, wobei typischerweise eine Zeitverzögerung von mehreren μs auftreten kann. Fig. IB verdeutlicht die auftretende Zeitverzögerung. Wenn zu einem Zeitpunkt to die Leuchtdiode zur Erzeugung der UV-Strahlung mit einem Strom beaufschlagt wird, kommt es zu einer Zeitverzögerung bis das weiße Licht L von der fluoreszierenden Schicht F abgegeben wird. Daher ist diese Vorgehensweise zur Erzeugung eines Lichtgemisches bei vielen Anwendungsfällen, beispielsweise bei schnellen Blitzlampen (die eine Beleuchtung im Nanosekun- denbereich erfordern), nicht geeignet.Furthermore, it is known to use a fluorescence effect to produce white light based on light-emitting diodes. FIG. 1A shows a fluorescent layer F on which a light radiation having a wavelength λ1 originating from a light diode is incident. The light-emitting diode can emit radiation in the UV range, for example. This UV light is converted by the fluorescent layer F into white light L. The Nach- Here, however, part consists in the fact that the conversion of the UV light generated by the light-emitting diode into the white light L takes a relatively long time, with a time delay of several μs typically occurring. Fig. IB illustrates the occurring time delay. When a current is applied to the LED for generating the UV radiation at a time t0, a time delay occurs until the white light L is emitted from the fluorescent layer F. Therefore, this approach for producing a light mixture is not suitable in many applications, for example in fast flashlamps (which require nanosecond illumination).
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen und ein Verfahren zur Mischung von Lichtstrahlen zu schaffen, die Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge nahezu ohne Zeitverzögerung mischt .It is therefore an object of the present invention to provide a device for mixing light beams and a method for mixing light beams which mix light beams of different wavelengths with almost no time delay.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a device having the features specified in claim 1.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen mit:The invention provides a device for mixing light beams with:
(a) mindestens einer schräg zu einer Lichtstrahlrichtung von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge angeordneten Lichtstrahlteilerfläche zum Teilen der darauf auftreffenden Lichtstrahlen; und mit(A) at least one light beam splitter surface arranged obliquely to a light beam direction of light beams of different wavelengths for splitting the light beams incident thereon; and with
(b) spiegelnden Außenflächen, welche um die Lichtstrahlteilerflächen herum angeordnet sind und welche die darauf auftreffenden Lichtstrahlen reflektieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen von Lichtstrahlen bietet den besonderen Vorteil, dass das gebildete gemischte Licht nicht ohne Weiteres wieder trennbar ist, sodass die optische Weiterverarbeitung für eine nachfolgende Optik in einfacher Weise erfolgen kann.(b) reflecting outer surfaces which are disposed around the light beam splitter surfaces and which reflect the light beams incident thereon. The device according to the invention for mixing light beams offers the particular advantage that the mixed light formed can not easily be separated again, so that the optical further processing for a subsequent optical system can be carried out in a simple manner.
Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen durch einen einfachen strukturellen Aufbau aus.In addition, the device according to the invention for mixing light beams is characterized by a simple structural design.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Lichtquellen vorgesehen, die Lichtstrahlen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen abstrahlen. Bei dieser Ausführungsform führt die Vorrichtung nicht nur eine Mi- schung einfallender Lichtstrahlen durch, sondern generiert selbst das Lichtstrahlengemisch.In one embodiment of the device according to the invention, a plurality of light sources are provided which radiate light beams in different wavelength ranges. In this embodiment, the device not only performs a mixture of incident light beams, but also generates the light beam mixture itself.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine erste spiegelnde Außenfläche in einem ersten Nei- gungswinkel schräg zu der Lichtstrahlrichtung der Lichtstrahlen angeordnet und eine zweite spiegelnde Außenfläche ist in einem zweiten Neigungswinkel schräg zu der Lichtstrahlrichtung der Lichtstrahlen angeordnet.In one embodiment of the device according to the invention, a first specular outer surface at a first inclination angle is arranged obliquely to the light beam direction of the light beams and a second specular outer surface is arranged at a second inclination angle obliquely to the light beam direction of the light rays.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßenIn a possible embodiment of the invention
Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen sind die Neigungswinkel der ersten und zweiten spiegelnden Außenflächen identisch und die beiden spiegelnden Außenflächen sind zueinander parallel angeordnet.Means for mixing light beams, the inclination angles of the first and second specular outer surfaces are identical, and the two specular outer surfaces are arranged in parallel with each other.
Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Neigungswinkel der ersten und zweiten spiegelnden Außenflächen unterschiedlich und die beiden spiegelnden Außenflächen laufen schräg auseinander. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist mindestens eine Lichtstrahlerteilerfläche einen Neigungswinkel auf, der zwischen dem Neigungswinkel der ersten spiegelnden Außenfläche und dem Neigungswinkel der zweiten spiegelnden Außenfläche liegt.In an alternative embodiment of the device according to the invention, the angles of inclination of the first and second reflecting outer surfaces are different and the two reflecting outer surfaces run apart at an angle. In one possible embodiment of the device according to the invention, at least one light beam splitting surface has an angle of inclination which lies between the inclination angle of the first specular outer surface and the inclination angle of the second specular outer surface.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Lichtstrahlteilerflächen vorgesehen, die zueinander parallel angeordnet sind.In a possible embodiment of the device according to the invention, a plurality of light beam splitter surfaces are provided, which are arranged parallel to one another.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine erste lichtdurchlässige Abschlussplatte vorgesehen, durch welche die Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen eintreten und es ist eine zweite lichtdurchlässige Abschlussplatte vorgesehen, durch welche die gemischten Lichtstrahlen austreten .In one embodiment of the device according to the invention, a first translucent end plate is provided, through which the light beams of different wavelengths enter and there is provided a second translucent end plate, through which the mixed light rays exit.
Diese Ausführungsform bietet den besonderen Vorteil, dass Streuungen an den Strahlenteilerflächenenden reduziert werden. Gleichzeitig bieten die Abschlussplatten den Vorteil, dass die Vorrichtung vor Verschmutzung geschützt wird.This embodiment offers the particular advantage that scattering at the beam splitter surface ends is reduced. At the same time, the end plates offer the advantage that the device is protected against contamination.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Lichtquellen mit einer Steuerung verbunden, welche die Intensität der von den Lichtquellen abgegebenen Lichtstrahlen steuert.In one possible embodiment of the device according to the invention, the light sources are connected to a controller which controls the intensity of the light beams emitted by the light sources.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Spektrum des erzeugten Lichtgemisches einstellbar und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden kann. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die verwendeten Lichtquellen lichtemitie- rende Dioden.This embodiment has the advantage that the spectrum of the generated light mixture can be adjusted and adapted to the particular application. In one possible embodiment of the device according to the invention, the light sources used are light-emitting diodes.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Lichtstrahlteilerflächen beschichtete Glasplatten .In one possible embodiment of the device according to the invention, the light beam splitting surfaces are coated glass plates.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Licht- Strahlerteilerflächen mit geringem technischem Aufwand herstellbar sind.This embodiment has the advantage that the light beam splitter surfaces can be produced with little technical effort.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt der Neigungswinkel der spiegelnden Außen- flächen und der Neigungswinkel der Lichtstrahlteilerflächen jeweils 45° .In one possible embodiment of the device according to the invention, the angle of inclination of the reflecting outer surfaces and the angle of inclination of the light beam splitter surfaces are each 45 °.
Diese Ausführungsform bietet den besonderen Vorteil, dass die Effizienz bei der Erzeugung des Lichtgemisches maximal ist.This embodiment offers the particular advantage that the efficiency in the generation of the light mixture is maximum.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an die Vorrichtung eine weitere gleichartige Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen spiegelsymmetrisch angebracht.In one embodiment of the device according to the invention, a further similar device for mixing light rays is mounted mirror-symmetrically on the device.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die optische Achse des einfallenden Lichtes und die optische Achse des austretenden Lichtgemisches nicht zueinander verschoben sind.This embodiment has the advantage that the optical axis of the incident light and the optical axis of the exiting light mixture are not shifted from each other.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die spiegelnden Außenflächen in einem thermisch leitfähigen Körper angebracht. Diese Ausführungsform bietet den besonderen Vorteil, dass auch Lichtquellen mit einer hohen Leistung verwendet werden können .In one embodiment of the device according to the invention, the reflective outer surfaces are mounted in a thermally conductive body. This embodiment offers the particular advantage that also light sources with a high power can be used.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung geben die Lichtquellen Lichtstrahlen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen ab, wobei die Wellenlängenbereiche jeweils in einem Bereich von 300 nm bis 2 μm liegen.In one embodiment of the device according to the invention, the light sources emit light beams in different wavelength ranges, the wavelength ranges in each case being in a range from 300 nm to 2 μm.
Die Erfindung schafft ferner ein Beleuchtungsgerät mit mindestens einer Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, wobei jede Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen mindestens eine Lichtstrahlteilerfläche aufweist, die schräg zu einer Lichtstrahlrichtung der Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge angeordnet und zum Teilen der darauf auftreffenden Lichtstrahlen vorgesehen ist, wobei jede Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen ferner spiegelnde Außenflächen aufweist, welche um die Lichtstrahlteilerflächen herum angeordnet sind und welche die dar- auf auftreffenden Lichtstrahlen reflektieren.The invention further provides an illumination apparatus having at least one device for mixing light beams of different wavelengths, each device for mixing light beams having at least one light beam splitter surface, which is arranged obliquely to a light beam direction of the light beams of different wavelengths and for dividing the incident thereon light beams, wherein each device for mixing light rays further comprises reflecting outer surfaces which are arranged around the light beam splitting surfaces and which reflect the light rays incident thereon.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungsgerätes weist das Beleuchtungsgerät eine Hochleistungslampe, einen KFZ-Scheinwerfer, eine Operationsleuchte oder eine Blitzlampe auf.In one possible embodiment of the lighting device according to the invention, the lighting device has a high-power lamp, a motor vehicle headlight, an operating light or a flashlamp.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Mischen von Lichtstrahlen,The invention further provides a method of mixing light rays,
wobei einfallende Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen an einer ersten spiegelnden Fläche vollständig hin zu mindestens einer Lichtstrahlteilerfläche reflektiert werden, die einen ersten Anteil der Lichtstrahlen zu der ersten spiegelnden Fläche zurückreflektiert, wobei ein zweiter Anteil der Lichtstrahlen durch die Lichtstrahlteilerfläche zu einer zweiten spiegelnden Fläche gelangt, welche die Lichtstrahlen zur Durchmischung vollständig reflektiert.wherein incident light beams of different wavelengths are reflected at a first specular surface completely toward at least one light beam splitter surface which reflects a first portion of the light rays back to the first specular surface, a second portion the light rays pass through the light beam splitting surface to a second reflecting surface which completely reflects the light rays for mixing.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßenIn a possible embodiment of the invention
Verfahrens werden die Lichtstrahlen durch nebeneinander angeordnete Lichtquellen erzeugt und in eine Richtung abgestrahlt zu der die spiegelnden Flächen und die mindestens eine Lichtstrahlteilerfläche schräg verlaufen.Method, the light beams are generated by juxtaposed light sources and emitted in a direction to which the specular surfaces and the at least one light beam splitter surface obliquely.
Im Weiteren werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Mischen von Lichtstrahlen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.In the following, embodiments of the device according to the invention for mixing light beams and the method according to the invention for mixing light beams will be explained with reference to the attached figures.
Es zeigen:Show it:
Fig. IA, IB eine herkömmliche Anordnung zur Erzeugung eines Lichtgemisches;Fig. IA, IB a conventional arrangement for generating a light mixture;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßenFig. 2 shows an embodiment of the invention
Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen;Apparatus for mixing light beams;
Fig. 3A, 3B, 3B Signaldiagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen;3A, 3B, 3B signal diagrams for explaining the operation of the device according to the invention for mixing light beams;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen;4 shows a further embodiment of the device according to the invention for mixing light beams;
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßem Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen; Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen .5 shows a further embodiment of the device according to the invention for mixing light beams; Fig. 6 shows another embodiment of the device according to the invention for mixing light beams.
Wie man aus Fig. 2 erkennen kann, weist eine Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen gemäß der Erfindung mindestens eine Lichtstrahlteilerfläche 2 auf. Bei der Lichtstrahlteilerfläche 2 handelt es sich beispielsweise um eine beschich- tete Glasplatte. Die Glasplatte weist einen bestimmten Brechungsindex auf und ist beispielsweise auf einer Seite mit einem anderen Material beschichtet, das einen größeren Brechungsindex aufweist. Bei der Lichtstrahlteilerfläche 2 kann es sich auch um eine beschichtete Folie handeln. Ein auf die Lichtstrahlteilerfläche 2 treffender Lichtstrahl wird teilweise reflektiert, wobei ein Anteil des Lichtes durch die Lichtstrahlteilerfläche 2 zu einer weiteren, möglicherweise dahinter angeordneten Lichtstrahlteilerfläche gelangt. Die Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen weist ferner spiegelnde Außenflächen 3-1, 3-2 auf, die um die mindestens eine Lichtstrahlteilerfläche 2 herum angeordnet sind. Die spiegelnden Außenflächen 3-1, 3-2 reflektieren die auf sie auftreffenden Lichtstrahlen vollständig. Bei den Spiegelflächen 3-1, 3-2 kann es sich um glatte Spiegelflächen handeln aber auch um strukturierte Spiegelflächen. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die erste spiegelnde Außenfläche 3-1 in einem ersten Neigungswinkel αl schräg zu der Lichtstrahlrichtung der auftreffenden Lichtstrahlen angeordnet. Die zweite spiegelnde Außenfläche 3-2 ist in einem zweiten Neigungswinkel α2 schräg zu der Lichtstrahlrichtung der Lichtstrahlen angeordnet, die auf die Lichtstrahlmischvorrichtung 1 treffen.As can be seen from FIG. 2, a device 1 for mixing light beams according to the invention has at least one light beam splitter surface 2. The light beam splitter surface 2 is, for example, a coated glass plate. The glass plate has a certain refractive index and is coated, for example, on one side with another material having a higher refractive index. The light beam splitter surface 2 may also be a coated film. A light beam striking the light beam splitter surface 2 is partially reflected, whereby a portion of the light passes through the light beam splitter surface 2 to a further, possibly behind arranged Lichtstrahlteilerfläche. The device 1 for mixing light beams further has reflective outer surfaces 3-1, 3-2, which are arranged around the at least one light beam splitter surface 2 around. The reflecting outer surfaces 3-1, 3-2 completely reflect the light beams incident on them. The mirror surfaces 3-1, 3-2 may be smooth mirror surfaces but also structured mirror surfaces. As shown in Fig. 2, the first specular outer surface 3-1 is disposed at a first inclination angle αl obliquely to the light beam direction of the incident light rays. The second specular outer surface 3-2 is disposed at a second inclination angle α2 obliquely to the light beam direction of the light rays that strike the light beam mixing device 1.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel treffen Lichtstrahlen mit vier unterschiedlichen Wellenlängen λl, λ2, λ3, λ4 von unten auf die Leuchtmischung 1 zur Mischung der Lichtstrahlen. Die Lichtstrahlteilerfläche 2 weist einen Neigungswinkel ß auf. Zudem verläuft die Lichtstrahlteilerfläche 2 schräg zu der Lichtstrahleinfallrichtung der auftreffenden Lichtstrahlen. Der Neigungswinkel ß liegt zwischen dem Neigungswinkel αl der ersten spiegelnden Außenfläche 3-1 und dem Neigungswinkel α2 der zweiten spiegelnden Außenfläche 3-2In the example shown in FIG. 2, light beams with four different wavelengths λ1, λ2, λ3, λ4 from below onto the luminous mixture 1 for mixing the light beams. The light beam splitter surface 2 has an inclination angle β. In addition, the light beam splitter surface 2 extends obliquely to the light beam incident direction of the incident light beams. The inclination angle β is between the inclination angle α1 of the first specular outer surface 3-1 and the inclination angle α2 of the second specular outer surface 3-2
{a,≤ß≤a2).{a, ≤β≤a 2 ).
Bei einer möglichen Ausführungsform ist der Neigungswinkel αl der ersten spiegelnden Außenfläche 3-1 identisch mit dem Neigungswinkel α2 der zweiten spiegelnden Außenfläche 3-2 und die beiden spiegelnden Außenflächen 3-1, 3-2 sind zueinander parallel angeordnet. In diesem Falle ist der Neigungswinkel ß der Lichtstrahlteilerfläche 2 ebenfalls gleich dem Winkel αl, α2 der beiden spiegelnden Außenflächen 3-1, 3-2 {ai=ß = a2). Bei einer möglichen Ausführungsform beträgt der Neigungswinkel αl, α2 der beiden spiegelnden Außenflächen 3-1, 3-2 und der Neigungswinkel ß der Lichtstrahlteilerflächen 2-i jeweils 45°. Bei dieser Ausführungsform ist der Wirkungsgrad zur Generierung des Lichtgemisches L maximal. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt lediglich eine Lichtstrahlteilerfläche 2. Bei weiteren Ausführungsformen sind mehrere Lichtstrahlteilerflächen 2-i vorgesehen, die jeweils zueinan- der parallel angeordnet sein können.In one possible embodiment, the inclination angle α1 of the first specular outer surface 3-1 is identical to the inclination angle α2 of the second specular outer surface 3-2, and the two specular outer surfaces 3-1, 3-2 are arranged parallel to each other. In this case, the inclination angle β of the light beam splitter surface 2 is also equal to the angle αl, α2 of the two reflecting outer surfaces 3-1, 3-2 {a i = β = a 2 ). In one possible embodiment, the inclination angle α1, α2 of the two reflecting outer surfaces 3-1, 3-2 and the inclination angle β of the light beam splitter surfaces 2-i are each 45 °. In this embodiment, the efficiency for generating the light mixture L is maximum. The embodiment shown in Fig. 2 shows only a light beam splitter surface 2. In further embodiments, a plurality of light beam splitter surfaces 2-i are provided, which may be arranged in parallel to each other.
Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen vorzugsweise eine erste lichtdurchlässige Abschlussplatte 4-1 und eine zweite lichtdurchlässige Abschlussplatte 4-2 auf. Durch die erste lichtdurchlässige Abschlussplatte 4-1 treten die Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge λ in die Vorrichtung 1 zu ihrer Durchmischung ein. Über die zweite lichtdurchlässige Abschlussplatte 4-2 treten die gemischten Lichtstrahlen bzw. das Lichtgemisch L aus. Bei dem Lichtgemisch L handelt es sich beispielsweise um ein weißes Lichtgemisch. Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Abschlussplatten 4-1, 4-2 mit den Lichtstrahlteilerflächen 2 verklebt, sodass die an den Enden der Lichtstrahlteilerflächen 2 auftretenden Lichtstreuungen reduziert werden. Weiterhin dienen die Abschlussplatten 4-1, 4-2 dazu die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 vor Verschmutzung zu schützen, da in die Zwischenräume, die zwi- sehen den Lichtstrahlteilerflächen 2-i bestehen, von außen keine Schmutzpartikeln eindringen können.As shown in Fig. 2, the inventive device 1 for mixing light rays preferably a first translucent end plate 4-1 and a second translucent end plate 4-2. Through the first translucent end plate 4-1, the light beams of different wavelengths λ enter the device 1 for their mixing. About the second translucent End plate 4-2 exit the mixed light beams or the light mixture L. The light mixture L is, for example, a white light mixture. In one possible embodiment, the end plates 4-1, 4-2 are glued to the light beam splitter surfaces 2, so that the light scattering occurring at the ends of the light beam splitter surfaces 2 are reduced. Furthermore, the end plates 4-1, 4-2 serve to protect the device 1 according to the invention against contamination, since in the intermediate spaces, which see between the light beam splitter surfaces 2-i, can penetrate from the outside no dirt particles.
Die Zwischenräume zwischen den Lichtstrahlteilerflächen 2-i sowie zwischen den Lichtstrahlteilerflächen und den spiegeln- den Außenflächen 3-i sind bei einer möglichen Ausführungsform mit Luft gefüllt. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Zwischenräume auch ein anderes Medium enthalten, beispielsweise ein lichtdurchlässiges Gas oder transparentes Material mit einem bestimmten Brechungsindex.The spaces between the light beam splitter surfaces 2-i and between the light beam splitter surfaces and the reflective outer surfaces 3-i are filled with air in one possible embodiment. In an alternative embodiment, the spaces may also contain another medium, for example a transparent gas or transparent material with a certain refractive index.
Bei einer möglichen Ausführungsform kann das zwischen den Lichtstrahlteilerflächen 2-i sowie in den beiden Zwischenräumen zwischen den äußeren Lichtstrahlteilerflächen und den Außenspiegeln vorhandene Medium, zur Optimierung der opti- sehen Eigenschaften der Mischvorrichtung oder zur Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall ausgetauscht werden.In one possible embodiment, the medium present between the light beam splitter surfaces 2-i and in the two spaces between the outer light beam splitter surfaces and the exterior mirrors can be exchanged to optimize the optical properties of the mixing device or to adapt to the particular application.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die Lichtstrahlteilerfläche 2 fest mit den beiden Abschlussplat- ten 4-1, 4-2 verklebt. Bei einer möglichen alternativen Ausführungsform kann die Position der Lichtstrahlteilerfläche 2 durch Lateralverschiebung verändert werden. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Lichtstrahlteilerfläche 2 durch eine beschichtete Glasplatte gebildet .In the embodiment shown in FIG. 4, the light beam splitter surface 2 is adhesively bonded to the two end plates 4-1, 4-2. In a possible alternative embodiment, the position of the light beam splitter surface 2 can be changed by lateral displacement. In the embodiment shown in Fig. 2, the light beam splitter surface 2 is formed by a coated glass plate.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Lichtstrahlteilerfläche 2 durch eine oder mehrere Folien gebildet. Bei dieser Ausführungsform können die Folien beispielsweise zwischen den beiden Abschlussplatten 4-1, 4-2 eingespannt werden .In an alternative embodiment, the light beam splitter surface 2 is formed by one or more foils. In this embodiment, for example, the films can be clamped between the two end plates 4-1, 4-2.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen sind die Lichtstrahlteilerflächen 2-i, beispielsweise die Gasplatten oder Folien, austauschbar bzw. auswechselbar. Dazu können die bei- den Abschlussplatten 4-1, 4-2 kurzzeitig entfernt werden.In one possible embodiment of the device 1 according to the invention for mixing light beams, the light beam splitter surfaces 2-i, for example the gas plates or foils, are exchangeable or replaceable. For this purpose, the two end plates 4-1, 4-2 can be removed for a short time.
Fig. 3A, 3B, 3B zeigen Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen.3A, 3B, 3B are diagrams for explaining the operation of the light beam mixing device 1 according to the present invention.
Wie in Fig. 3A dargestellt, treffen auf die Vorrichtung 1 Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen λl, λ2, λ3, λ4, die räumlich in X-Richtung voneinander getrennt sind. Fig. 3A zeigt die Intensitätsverteilungen der auftreffenden Licht- strahlen. Bei einer möglichen Ausführungsform können sich die Intensitätsverteilungen der auftreffenden Lichtstrahlen auch überlappen .As shown in FIG. 3A, the device 1 is hit by beams of different wavelengths λ1, λ2, λ3, λ4, which are spatially separated from one another in the X direction. FIG. 3A shows the intensity distributions of the incident light rays. In one possible embodiment, the intensity distributions of the incident light beams may also overlap.
Fig. 3B zeigt einen annährend idealen Verlauf der Intensi- tätsverteilung des von der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gebildeten Lichtgemisches L. Bei dem in Fig. 3B dargestellten Beispiel ist das gebildete Lichtgemisch ein weißes Licht, wobei die Intensität der verschiedenen Wellenlängen λl, λ2, λ3, λ4 über Austrittsflächen, das heißt flächig in zwei Dimensionen, annährend konstant ist.3B shows an approximately ideal course of the intensity distribution of the light mixture L formed by the device 1 according to the invention. In the example illustrated in FIG. 3B, the light mixture formed is a white light, the intensity of the different wavelengths λ1, λ2, λ3, λ4 over exit surfaces, that is flat in two dimensions, is approximately constant.
Fig. 3C zeigt einen typischen realen Verlauf der Intensitäts- Verteilung für verschiedene Wellenlängen λl, λ2, λ3, λ4 des gebildeten Lichtgemisches mit einem typischen wellenförmigen Verlauf der Intensitätsverteilungen für die verschiedenen Wellenlängen X1.Fig. 3C shows a typical real λl course of the intensity distribution for different wavelengths, λ2, λ3, λ4 of the light mixture formed with a typical wave-shaped course of the intensity distributions for the different wavelengths X1.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßenFig. 4 shows an embodiment of the invention
Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 drei Lichtstrahlteilerflächen 2-1, 2-2, 2-3 auf. Die beiden spiegelnden Außenflächen 3-1, 3-2 sind jeweils an einem thermisch leitfähigen Körper 5-1, 5-2 angebracht. Die einfallenden Lichtstrahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen λl, λ2, λ3, λ4 werden an der ersten Spiegelfläche 3-1 vollständig hin zu den drei Lichtstrahlteilerflächen 2-1, 2-2, 2-3 reflektiert. Jede Lichtstrahlteilerfläche 2-i reflektiert einen ersten Anteil der auf sie auftreffenden Lichtstrahlen zu der vorherigen spiegelnden Fläche zurück, wobei ein zweiter Anteil der auftreffenden Lichtstrahlen durch die jeweilige Lichtstrahlteilerfläche 2-i zu der nächsten Lichtstrahlteilerfläche und schließlich zu der zweiten spiegelnden Außenfläche 3-2 ge- langt, welche die Lichtstrahlen zur Durchmischung vollständig reflektiert .Device 1 for mixing light beams. In this embodiment, the device 1 has three light beam splitter surfaces 2-1, 2-2, 2-3. The two reflective outer surfaces 3-1, 3-2 are each attached to a thermally conductive body 5-1, 5-2. The incident light beams having the different wavelengths λ1, λ2, λ3, λ4 are completely reflected at the first mirror surface 3-1 toward the three light beam splitter surfaces 2-1, 2-2, 2-3. Each light beam splitter surface 2-i reflects a first portion of the incident light rays back to the previous reflecting surface, with a second portion of the incident light rays passing through the respective light beam splitter surface 2-i to the next light beam splitter surface and finally to the second specular outer surface 3-2 - long, which completely reflects the light rays for mixing.
Bei einer möglichen Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Lichtquellen 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 auf, die die Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen abstrahlen. Diese Lichtquellen 6-i können beispielsweise Leuchtdioden sein. Diese Leuchtdioden sind beispielsweise auf einer Platine 7 angebracht. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform strahlen die Lichtquellen 6-i Licht in unter- schiedlichen Wellenlängenbereichen ab. Diese Wellenlängenbereiche können jeweils beispielsweise in einem Bereich von 300 nm bis 2 μm liegen. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die Lichtquellen 6-i mit einer Steuerung 8 verbunden, welche die Intensität der von den Lichtquellen 6-i abgegebenen Lichtstrahlen steuert. Auf diese Weise kann das Spektrum des von der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erzeugten Lichtgemisches L für den jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden.In one possible embodiment, the device according to the invention has light sources 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, which radiate the light beams with different wavelength ranges. These light sources 6-i can be, for example, light-emitting diodes. These LEDs are mounted for example on a circuit board 7. In the embodiment illustrated in FIG. 4, the light sources 6-i emit light in different directions. different wavelength ranges. These wavelength ranges may each be, for example, in a range of 300 nm to 2 microns. In the embodiment shown in Fig. 4, the light sources 6-i are connected to a controller 8 which controls the intensity of the light beams emitted from the light sources 6-i. In this way, the spectrum of the light mixture L generated by the device 1 according to the invention can be adjusted for the particular application.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen. Bei dieser Ausführungsform sind die spiegelnden Außenflächen 3-1, 3-2 an einem thermisch leitfähigen Körper 5 angebracht. Die- ser thermisch leitfähige Körper 5 besteht beispielsweise aus Keramik oder Metall. Der leitfähige Körper 5 kann zusätzlich Kühlrippen oder Kühlbänder aufweisen. Bei einer möglichen Ausführungsform ist der thermisch leitfähige Körper 5 mit der in Fig. 4 dargestellten Platine 7 verbunden und leitet die durch die Lichtquellen 6-i erzeugte Wärme ab. In den Kühlkörper 5 können, wie in Fig. 5 dargestellt, Bohrungen 9-1, 9-2 zur Montage vorgesehen sein. Bei einer möglichen Ausführungsform kann mittels der Bohrungen 9-1, 9-2 der Körper 5 an eine Halteapparatur montiert werden. Bei der in Fig. 5 dargestell- ten Ausführungsform ist die Vorrichtung 1 zur Mischung vonFig. 5 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention for mixing light beams. In this embodiment, the reflective outer surfaces 3-1, 3-2 are attached to a thermally conductive body 5. This thermally conductive body 5 is made of ceramic or metal, for example. The conductive body 5 may additionally comprise cooling ribs or cooling bands. In one possible embodiment, the thermally conductive body 5 is connected to the circuit board 7 shown in FIG. 4 and dissipates the heat generated by the light sources 6-i. In the heat sink 5, as shown in Fig. 5, holes 9-1, 9-2 may be provided for mounting. In one possible embodiment, the body 5 can be mounted on a holding apparatus by means of the bores 9-1, 9-2. In the embodiment shown in FIG. 5, the device 1 is for mixing
Lichtstrahlen mit oder ohne Abschlussplatten 4-1, 4-2 an eine Halteapparatur montierbar.Light beams with or without end plates 4-1, 4-2 mountable to a holding apparatus.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfin- dungsgemäße Vorrichtung zur Mischung von Lichtstrahlen. Bei dieser Ausführungsform wird an eine erste Vorrichtung IA zur Mischung von Lichtstrahlen eine weitere, gleichartige Vorrichtung IB zur Mischung von Lichtstrahlen spiegelsymmetrisch angebracht. Die erste Mischvorrichtung IA weist einen ersten Kühlkörper 5A auf und die zweiten Mischvorrichtung IB einen zweiten Kühlkörper 5B. Die beiden Mischvorrichtungen IA, IB sind, wie in Fig. 6 dargestellt, zueinander spiegelsymmetrisch montiert. Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform bietet den besonderen Vorteil, dass die optische Achse des einfallenden Lichtes bzw. der einfallenden Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen λl, λ2, λ3, λ4 und des austretenden Lichtgemisches L zueinander nicht verschoben sind. Dies erleichtert die Montage der erfindungsgemäßen Vorrich- tung 1 sowie die Justierung weiterer optischer Bauelemente, die dem erfindungsgemäßen Lichtmischer 1 vor- oder nachgelagert sind.FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention for mixing light beams. In this embodiment, to a first device IA for mixing light beams, a further, similar device IB for the mixing of light rays is mounted mirror-symmetrically. The first mixing device IA has a first one Heatsink 5A and the second mixing device IB a second heat sink 5B. The two mixing devices IA, IB are, as shown in Fig. 6, mounted mirror-symmetrically to each other. The embodiment shown in FIG. 6 offers the particular advantage that the optical axis of the incident light or of the incident light beams of different wavelengths λ1, λ2, λ3, λ4 and of the exiting light mixture L are not shifted relative to each other. This facilitates the assembly of the device 1 according to the invention and the adjustment of further optical components which are upstream or downstream of the light mixer 1 according to the invention.
Der erfindungsgemäße Lichtmischer 1 bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Mischen von Lichtstrahlen, wie sie in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2, 4, 5, 6 dargestellt ist, lässt sich vielseitig einsetzen. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen in einem Beleuchtungsgerät vorgesehen. Bei diesem Beleuchtungsgerät kann es sich beispielsweise um eine Hochleistungslampe, einen KFZ-Scheinwerfer, eine Operationsleuchte oder um eine Blitzlampe handeln. Die Lichtdurchmischung geschieht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mischung von Lichtstrahlen unmittelbar ohne Zeitverzögerung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Mischen von Lichtstrahlen ist in einfacher Weise herstellbar und in einfacher Weise miniaturisierbar. Das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gebildete Lichtgemisch L ist ein homogenes Lichtgemisch, das nahezu untrennbar ist, sodass die weitere opti- sehe Bearbeitung des Lichtgemisches mit geringem technischem Aufwand durchführbar ist. The light mixer 1 according to the invention or the device 1 according to the invention for mixing light beams, as shown in the exemplary embodiments according to FIGS. 2, 4, 5, 6, can be used in many ways. In one possible embodiment, the device 1 according to the invention is provided for mixing light beams in a lighting device. This lighting device may be, for example, a high-power lamp, a car headlight, a surgical light or a flash lamp. The light mixing is done in the inventive device 1 for mixing light beams immediately without time delay. The device 1 according to the invention for mixing light beams can be produced in a simple manner and can be miniaturized in a simple manner. The light mixture L formed by the device 1 according to the invention is a homogeneous light mixture which is almost inseparable, so that the further optical processing of the light mixture can be carried out with little technical effort.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zur Mischung von Lichtstrahlen mit:1. Device (1) for mixing light beams with:
(a) mindestens einer schräg zu einer Lichtstrahlrichtung von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge (λ) angeordneten Lichtstrahlteilerfläche (2) zum Teilen der darauf auftreffenden Lichtstrahlen; und mit(A) at least one light beam splitter surface (2) arranged obliquely to a light beam direction of light beams of different wavelengths (λ) for splitting the light beams incident thereon; and with
(b) spiegelnden Außenflächen (3) , welche um die Lichtstrahlenteilerflachen (2) herum angeordnet sind und welche die darauf auftreffenden Lichtstrahlen reflektieren .(B) reflecting outer surfaces (3) which are arranged around the light beam splitter surfaces (2) and which reflect the incident light rays thereon.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehrere Lichtquellen ( 6) vorgesehen sind, die Licht- strahlen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen abstrahlen .2. Device according to claim 1, wherein a plurality of light sources (6) are provided which emit light rays in different wavelength ranges.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine erste spiegelnde Außenfläche (3-1) in einem ersten Neigungswinkel (αi) schräg zu der Lichtstrahlrichtung der Lichtstrahlen angeordnet ist und eine zweite spiegelnde Außenfläche (3-2) in einem zweiten Neigungswinkel (0(2) schräg zu der Lichtstrahlrichtung der Lichtstrahlen angeordnet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein a first specular outer surface (3-1) at a first inclination angle (αi) is arranged obliquely to the light beam direction of the light beams and a second specular outer surface (3-2) at a second inclination angle (0 (2) is arranged obliquely to the light beam direction of the light beams.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Neigungswinkel (αi, 0(2) der ersten und zweiten spiegelnden Außenfläche (3-1, 3-2) identisch sind und die beiden spiegelnden Außenflächen (3-1, 3-2) parallel zu- einander angeordnet sind.4. The device according to claim 3, wherein the inclination angles (αi, O (2) of the first and second specular outer surfaces (3-1, 3-2) are identical, and the two specular outer surfaces (3-1, 3-2) are parallel to - Are arranged one another.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Neigungswinkel (αi, α2) der ersten und zweiten spiegelnden Außenfläche (3-1, 3-2) unterschiedlich sind und die beiden spiegelnden Außenflächen schräg auseinander laufen.The apparatus according to claim 3, wherein the inclination angles (αi, α 2 ) of the first and second specular outer surfaces (3-1, 3-2) are different and the two reflecting outer surfaces run diagonally apart.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mindestens eine Lichtstrahlteilerfläche (2) einen Neigungswinkel (ß) aufweist, der zwischen dem Neigungswinkel (cxi) der ersten spiegelnden Außenfläche (3-1) und dem Neigungswinkel (α2) der zweiten spiegelnden Außenfläche (3-2) liegt.6. Apparatus according to claim 4 or 5, wherein the at least one light beam splitter surface (2) has an inclination angle (ß), the between the inclination angle (cxi) of the first specular outer surface (3-1) and the inclination angle (α 2 ) of the second specular Outside surface (3-2) is located.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei mehrere Lichtstrahlteilerflächen (2-i) vorgesehen sind, die zueinander parallel angeordnet sind.7. Apparatus according to claim 6, wherein a plurality of light beam splitter surfaces (2-i) are provided, which are arranged parallel to each other.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, wobei eine erste lichtdurchlässige Abschlussplatte (4-1), durch welche die Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen (λ) eintreten, und eine zweite lichtdurchlässige Abschlussplatte (4-2) vorgesehen ist, durch welche die gemischten Lichtstrahlen (2) austreten.8. Apparatus according to claim 1-7, wherein a first translucent end plate (4-1) through which the light beams of different wavelengths (λ) enter, and a second translucent end plate (4-2) is provided, through which the mixed light beams ( 2) exit.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2-8, wobei die Lichtquellen (6) mit einer Steuerung (8) verbunden sind, welche die Intensität der von den Lichtquellen abgegebenen Lichtstrahlen steuert.9. Apparatus according to claim 2-8, wherein the light sources (6) are connected to a controller (8) which controls the intensity of the light beams emitted by the light sources.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2-9, wobei die Lichtquellen (6) lichtemitierenden Dioden (LED's) sind.10. Apparatus according to claim 2-9, wherein the light sources (6) are light emitting diodes (LED's).
11. Vorrichtung nach Anspruch 1-10, wobei die Lichtstrahlteilerflächen (2-i) beschichtete Glasplatten sind. 11. The device according to claim 1-10, wherein the light beam splitter surfaces (2-i) are coated glass plates.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3-11, wobei die Neigungswinkel (αi, α2) der spiegelnden Außenflächen (3-1, 3-2) und der Neigungswinkel (ß) der Lichtstrahlteilerflächen (2-i) 45° beträgt.12. The apparatus of claim 3-11, wherein the inclination angle (αi, α 2 ) of the reflecting outer surfaces (3-1, 3-2) and the inclination angle (ß) of the light beam splitting surfaces (2-i) is 45 °.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1-12, wobei an die Vorrichtung (IA) eine weitere gleichartige Vorrichtung (IB) zur Mischung von Lichtstrahlen spiegel- symmetrisch angebracht ist.13. The device according to claim 1-12, wherein the device (IA), a further similar device (IB) for the mixing of light rays is mounted mirror symmetrically.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1-13, wobei die spiegelnden Außenflächen (3-1, 3-2) in einem thermisch leitfähigen Körper (5) angebracht sind.14. The apparatus of claim 1-13, wherein the reflective outer surfaces (3-1, 3-2) are mounted in a thermally conductive body (5).
15. Vorrichtung nach Anspruch 2-14, wobei die Lichtquellen (6) Lichtstrahlen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen (λ) abstrahlen, die jeweils in einem Bereich von 300nm bis 2μm liegen.15. The apparatus of claim 2-14, wherein the light sources (6) emit light beams in different wavelength ranges (λ), each of which is in a range of 300nm to 2μm.
16. Beleuchtungsgerät mit mindestens einer Vorrichtung zum Mischen von Lichtstrahlen nach Anspruch 1-15.16. Lighting device with at least one device for mixing light beams according to claim 1-15.
17. Beleuchtungsgerät nach Anspruch 16, wobei das Beleuchtungsgerät eine Hochleistungslampe, einen KFZ-Scheinwerfer, eine Operationsleuchte oder eine Blitzlampe aufweist.17. The lighting device according to claim 16, wherein the lighting device comprises a high-power lamp, a motor vehicle headlight, a surgical lamp or a flashlamp.
18. Verfahren zum Mischen von Lichtstrahlen, wobei einfallende Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen an einer ersten spiegelnden Fläche (3-1) vollständig hin zu mindestens einer Lichtstrahlteilerfläche (2-i) reflektiert werden, die einen ersten Anteil der Licht- strahlen zu der ersten spiegelnden Fläche (3-1) zurück reflektiert, wobei ein zweiter Anteil der Lichtstrahlen durch die Lichtstrahlteilerfläche (2-i) zu einer zweiten spiegeln- den Fläche (3-2) gelangt, welche die Lichtstrahlen zur Durchmischung vollständig reflektiert.18. A method for mixing light beams, wherein incident light beams of different wavelengths are reflected on a first reflecting surface (3-1) completely towards at least one light beam splitter surface (2-i) which forms a first portion of the light beam. rays to the first reflecting surface (3-1), wherein a second portion of the light rays passes through the light beam splitting surface (2-i) to a second reflecting surface (3-2) which completely reflects the light rays for mixing.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Lichtstrahlen durch nebeneinander angeordnete Lichtquellen (6) erzeugt und in eine Richtung abgestrahlt werden, zu der die spiegelnden Flächen (3-1, 3-2) und die mindestens eine Lichtstrahlteilerfläche (2-i) schräg verlaufen . 19. A method according to claim 18, wherein the light beams are generated by juxtaposed light sources (6) and radiated in a direction to which the specular surfaces (3-1, 3-2) and the at least one light beam splitter surface (2-i) are slanted run.
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