Светоизлучающее устройство
Светоизлучающее устройство для излучения света, имеющее требуемую цветовую точку, содержащее один, по меньшей мере, твердотельный источник (1) света, один, по меньшей мере, светопреобразующий элемент (5), установку (2) световода и устройство (4) управления переключателем, причем твердотельный источник (1) света обеспечен для излучения первичного излучения (20), установка (2) световода, расположенная между твердотельным источником (1) света и светопреобразующим элементом (5), имеет один, по меньшей мере, электрооптический переключатель (31) для управляемого разделения первичного излучения (20) на первый участок (21) и второй участок (22), устройство (4) управления переключателем обеспечено для управления электрооптическим переключателем или переключателями (31) для настройки с возможностью изменения отношения между первым (21) и вторым (22) участками первичного излучения (20), и светопреобразующий элемент (5) обеспечен для частичной или полной абсорбции первого, по меньшей мере, участка (21) первичного излучения (20) и для переизлучения вторичного излучения. Технический результат - создание эффективного светоизлучающего устройства. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к светоизлучающему устройству для излучения цветного или белого света, содержащему твердотельный источник света, элемент для преобразования света и установку световода.
Твердотельные источники света, такие как LEDs или лазерные диоды, имеют преимущество в хорошей мощности и экономической эффективности по сравнению с традиционными источниками света, и дополнительно они имеют продолжительный срок службы и компактную структуру. Для производства белого света могут быть использованы разноцветные LEDs, излученный свет которых дает в результате белый свет посредством аддитивного смешения цветов. Недостатком такой установки является возможное изменение цветовой точки смешанного света из-за различных характеристик старения (изменения интенсивности излучаемого света при одинаковых рабочих условиях) LEDs в течение рабочего времени. Чтобы избежать сдвига цветовой точки в таком устройстве, требуется тщательное измерение количества излученного света с каждого LED посредством измерительных датчиков и должны быть тщательно перенастроены рабочие условия LEDs с помощью управляющего устройства. Такие LED устройства могут быть использованы для излучения света любого желаемого цвета, тем не менее яркость такого устройства является функцией цвета; например, из красного, зеленого и синего LEDs может быть использован только красный LED для производства красного цвета. Наоборот, яркость белого света очевидно выше, когда все три LEDs затем излучают свет.
Альтернативно, белый свет может быть также произведен так называемыми LEDs с люминофором (pcLEDs). При этом отдельный LED излучает, например, синее первичное излучение, которое частично абсорбируется фосфорным слоем и переизлучается как вторичное излучение с большей длиной волны, например, в желтой, красной или зеленой области спектра (преобразование света). Белый свет производят посредством аддитивного смешения цветов первичного и вторичного излучений. При этом цветовую точку белого смешанного света определяют с помощью состава фосфорного слоя и относительных вкладов первичного и вторичного излучений. Установка может быть легко сконфигурирована с помощью одного светового источника. Можно обойтись без установки датчика для настраиваемого управления множеством световых источников для производства цветного света. В случае связанного со старением сдвига длины волны первичного излучения LED вклад вторичного излучения изменяется вследствие зависимости от длины волны механизма преобразования фосфорного слоя и, таким образом, цветовая точка света также изменяется. В этой системе невозможно перенастроить цветовую точку. Также, в установках с люминофором, имеющих такую же яркость, невозможно перенастроить цвет света, так как первичная длина волны и состав фосфорного материала, а также его геометрия являются постоянными.
Лазерные диоды в качестве источников света излучают, по существу, монохроматическое излучение, которое показывает только незначительные сдвиги максимума интенсивности в течение рабочего периода, так что возможное изменение цветовой точки из-за связанного со старением сдвига длины волны первичного излучения может быть незамечено. Документ US 20040263074 раскрывает светоизлучающее устройство, имеющее лазерный диод в качестве источника света и светопреобразующий фосфорный слой для излучения белого света, который выполнен непосредственно на лазерном диоде. В связи с этим состав светопреобразующего фосфорного слоя, а также участки первичного и вторичного излучений определяют цветовую точку белого света. Тем не менее, последующая изменяемая установка исключительно цвета света здесь также невозможна. Дополнительно, рабочая температура лазерного диода (так же как и pcLEDs) может привести к нагреванию фосфорного слоя, что в свою очередь может привести к термической деградации преобразовательных характеристик фосфорного слоя в течение рабочего периода и, таким образом, к некомпенсируемому сдвигу цветовой точки белого света. В этом случае также невозможно перенастроить цветовую точку.
DE 2033805 А1 раскрывает устройство воспроизведения цветного изображения, содержащее модулятор и поляризационную призму, формирующую два луча.
US 4784451 А раскрывает оптически волноводные переключатели.
Следовательно, задачей изобретения является обеспечение эффективного светоизлучающего устройства, содержащего твердотельный источник света, посредством которого может быть легко установлена цветовая точка, которая стабильна в течение срока службы и не зависит от мощности первичного излучения.
Эта задача достигается с помощью светоизлучающего устройства для излучения света, имеющего требуемую цветовую точку, содержащего один, по меньшей мере, твердотельный источник света, один, по меньшей мере, светопреобразующий элемент, установку световода и устройство управления переключателем, причем твердотельный источник света обеспечивается для излучения первичного излучения, установка световода, выполненная между твердотельным источником света и светопреобразующим элементом, снабжена одним, по меньшей мере, электрооптическим переключателем для управляемого разделения первичного излучения на первый и второй участки, устройство управления переключателем обеспечено для управления электрооптическим переключателем(ями) для изменяемой настройки отношения между первым и вторым участками первичного излучения и светопреобразующий элемент обеспечен для частичной или полной абсорбции, по меньшей мере, первого участка первичного излучения и для переизлучения вторичного излучения.
Здесь термин электрооптические переключатели обозначает элементы, которые создают изменяемый электрооптический эффект в результате электрического привода. Термин «разделение» также содержит отклонение разделенного первичного излучения в направлении распространения, отличном от направления распространения первичного излучения до его входа в электрооптический переключатель. Здесь явно включены также устройства, имеющие множество твердотельных источников света для каждого излучения первичного излучения, причем первичное излучение конкретных лазерных диодов может быть одинаковым или различным. В связи с этим первичное излучение твердотельного источника света может иметь максимальную интенсивность в различных областях спектра в соответствии с областью применения. Для производства белого света максимальная интенсивность первичного излучения должна лежать в голубой или ультрафиолетовой области спектра, так как преобразование первичного излучения приводит к вторичному излучению с большей длиной волны, и белый свет должен иметь участок синего света.
Первичное излучение, разделенное на два участка электрооптическим переключателем, с помощью последующего светового преобразования, по меньшей мере, части первичного излучения делает возможным производство света, имеющего требуемую цветовую точку. При расположении электрооптических установок световода между твердотельным источником света и светопреобразующим элементом, твердотельный источник света и светопреобразующий элемент пространственно разнесены, что предотвращает термическую деградацию преобразовательных характеристик светопреобразующего материала, вызванную рабочей температурой твердотельного источника и, в этом отношении, делает возможной стабильную установку цветовой точки. Кроме того, электрооптическая установка световода не содержит механически подвижных частей.
Согласно изобретению электрооптический переключатель не только перенимает функцию разделителя луча, который делит первичное излучение на первый и второй участки при фиксированном их отношении, но и является переменным элементом временного для контроля этого отношения (работа модулятора). С помощью переменного отношения между обоими участками первичного излучения, разделенного после прохождения через электрооптический переключатель, цветовая точка может быть изменена согласно желаниям пользователя. Например, первый участок используется для производства желтого света, а второй участок - для производства синего света, что дает в результате белый свет при соответствующем смешении. Если устройство управления переключателем изменяет отношение в пользу, например, второго участка, синий участок увеличивается в смешанном свете; в противоположном случае, например, увеличился бы желтый участок. Это в равной степени применяется к излученному свету в других первых и вторых участках спектра. Так как электрооптические установки световода могут быть быстро выключены, такое изменение происходит очень быстро. В зависимости от воплощения электрооптического переключателя и управляющего напряжения, оно может лежать в интервале, составляющем доли наносекунд. Смешение света, излученного светопреобразующим элементом, имеет место в области, которая расположена над светопреобразующим элементом, если смотреть в направлении излучения света, причем размер упомянутой области зависит от излучательной характеристики светопреобразующего элемента и его размеров. Так как светопреобразующие элементы состоят из более или менее рассеивающих свет материалов, например, слоев из фосфорного порошка или фосфорной керамики, на соответствующем расстоянии получают смешанный свет, имеющий, по меньшей мере, по существу, однородную цветовую картину.
Помимо других областей применения, светоизлучающее устройство по изобретению может быть использовано, например, в областях, касающихся домашнего освещения, освещения торгового предприятия, так называемой системы подсветки для дисплеев, рассеянного освещения или датчика автомобиля.
В дополнительном воплощении твердотельным источником света является лазерный диод. Лазерные диоды имеют высокую плотность мощности, и максимальная интенсивность первичного излучения лазерного диода очень стабильна в течение рабочего периода. Благодаря почти монохроматическому спектру свет лазерного диода, в частности, помимо определенного возбуждения вторичного излучения, хорошо подходит для получения возможности точного отклонения с помощью установки световода, что также дает вклад в высокую эффективность светоизлучающего устройства. В связи с этим предпочтительно, чтобы лазерный диод был соединен с электрооптическим переключателем посредством волновода для эффективного расщепления первичного излучения в электрооптическом излучателе. Оптические расщепляющие поверхности для эффективного разделения первичного излучения на два, по меньшей мере, участка очень малы, обычно не более 10 мм2, так что расщепление света посредством соответствующих волноводов приводит к уменьшению потерь света.
В дополнительном воплощении светопреобразующий элемент содержит, по меньшей мере, первую область для расщепления первого участка первичного излучения для производства света в первой области спектра и вторую область для расщепления второго участка первичного излучения для производства света во второй области спектра. Области спектра видимого света, обозначенные как первая и вторая области спектра, зависят от воплощения светопреобразующего элемента и используемого первичного излучения. Белый свет может быть получен смешением, например, синего и желтого света или синего, зеленого и красного света, который был произведен с помощью частичного, по меньшей мере, преобразования первичного излучения. При этом синий свет может быть произведен, например, с помощью преобразования коротковолнового первичного излучения в светопреобразующем элементе, или синее первичное излучение проходит через светопреобразующий элемент, по меньшей мере, частично преобразуясь.
В дополнительном воплощении установка световода содержит первый электрооптический переключатель для управляемого первого разделения первичного излучения и один или два вторых электрооптических преобразователя для управляемого второго разделения первичного излучения, которое прошло через первый электрооптический переключатель. Дополнительным разделением первичного излучения на более чем два участка свет может быть расщеплен в светопреобразующем элементе в определенном месте очень отличающимся способом, что делает возможной модуляцию яркости преобразованного света. Этот эффект может быть увеличен, если установка световода содержит дополнительные электрооптические переключатели, по меньшей мере, для третьего управляемого отклонения первичного излучения, которое проходит через один из двух переключателей. Таким образом, первичное излучение может быть разделено на множество (n>2) ветвей с помощью каскада электрооптических переключателей.
В предпочтительном воплощении участки первичного излучения направляют между двумя электрооптическими переключателями посредством световода для дополнительного разделения и расщепляют во втором или дополнительных электрооптических переключателях. Таким образом, можно избежать потерь света в случае каскада из нескольких электрооптических переключателей.
В предпочтительном воплощении светопреобразующий элемент содержит одну или множество дополнительных областей для расщепления дополнительных участков первичного излучения, которые производит второй, по меньшей мере, электрооптический переключатель. Многократное расщепление первичного излучения делает возможным производство большего количество различных областей спектра с помощью соответствующего преобразования первичного излучения в светопреобразующем элементе. При трех, например, областях материалов, которые излучают синий, зеленый и красный свет, или еще лучше четырех зон, которые излучают синий, зеленый, оранжевый и красный свет, может быть получен смешанный свет, имеющий высокий индекс цветопередачи. Материалы, подходящие для производства различных видимых областей спектра, известны специалистам в данной области техники.
В связи с этим, устройство управления переключателем может управлять электрооптическим элементом в аналоговом режиме для одновременного отклонения первичного излучения в первом и втором направлениях распространения или в цифровом режиме для отклонения первичного излучения в первом или втором направлении распространения попеременно. В воплощениях, имеющих множество электрооптических переключателей, устройство управления также управляет множеством электрооптических переключателей в аналоговом режиме и/или в цифровом режиме.
В дополнительном воплощении устройство для излучения смешанного света, кроме того, содержит устройство управления для твердотельного источника света для производства импульсного первичного излучения, имеющего настраиваемую длительность импульса. Таким образом, если цветовая точка фиксируется работой электрооптических переключателей, яркость может быть увеличена или уменьшена посредством увеличенной или укороченной длительности импульса.
В дополнительном воплощении устройство для излучения смешанного света, кроме того, содержит смешивающую свет оптическую систему, выполненную за светопреобразующим элементом, если смотреть в направлении распространения света, для смешения света. В связи с этим, смешивающей свет оптической системой может быть, например, диффузорный лист, установка микролинз или другие установки для рассеивания или отклонения света. Посредством таких смешивающих свет оптических систем уже получают однородную цветовую картину излученного света на небольшом расстоянии от светопреобразующего элемента. Без такого смешивающего свет устройства расстояние, на котором получают однородную цветовую картину, зависит, с одной стороны, от углового распределения излученного света и, с другой стороны, от латерального размера светопреобразующего элемента. Под латеральным размером здесь следует понимать размер, перпендикулярный главному направлению распространения света. Таким образом, при смешивающей свет оптической системе светоизлучающее устройство может вмещать больше элементов, так как они ближе расположены.
Кроме того, изобретение относится к способу работы светоизлучающего устройства, который содержит следующие этапы:
- излучение первичного излучения твердотельным источником света,
- разделение первичного излучения посредством одного, по меньшей мере, электрооптического переключателя, по меньшей мере, на первый и второй участки первичного излучения,
- частичная или полная абсорбция, по меньшей мере, первого участка первичного излучения и переизлучение вторичного излучения светопреобразующим элементом,
- изменяемая настройка отношения между первым и вторым участками первичного излучения посредством устройства управления переключателем для управления электрооптическими переключателями для излучения света, имеющего требуемую цветовую точку.
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными из описанных далее воплощений и будут объяснены со ссылкой на них, хотя не следует считать, что изобретение ими ограничено.
На чертежах:
Фиг.1 показывает схематичное представление светоизлучающего устройства согласно изобретению,
Фиг.2 показывает схематичное представление светоизлучающего устройства согласно изобретению, имеющего множество электрооптических переключателей,
Фиг.3 показывает схематичное представление светоизлучающего устройства согласно изобретению, имеющего устройство управления для твердотельного источника света,
Фиг.4 показывает схематичное представление светоизлучающего устройства согласно изобретению, имеющего смешивающую свет оптическую систему.
Фиг.1 показывает светоизлучающее устройство для излучения света, имеющего требуемую цветовую точку, которое содержит твердотельный источник 1 света, светопреобразующий элемент 5 из одного или более различных светопреобразующих материалов (так называемых фосфорных материалов), установку 2 световода и устройство 4 управления переключателем. Материалы, подходящие для требуемого преобразования света, меняются в зависимости от области применения и используемого первичного излучения 20. Материалы, подходящие для конкретных первичных излучений, известны специалистам в данной области техники.
Твердотельный источник 1 света излучает первичное излучение 20, максимальная интенсивность которого может находиться в различных областях спектра в зависимости от воплощения светоизлучающего устройства. Твердотельным источником 1 света можно управлять в аналоговом или импульсном режимах. Для устройств, которые должны излучать белый свет, максимальная интенсивность первичного излучения находится в синей или другой коротковолновой области спектра, так что свет из всех областей видимого спектра может быть произведен посредством преобразования света с помощью подходящего фосфорного материала. В качестве твердотельных источников света могут быть использованы, например, традиционные органические LEDs (OLEDs), неорганические LEDs или лазерные диоды. Твердотельные источники 1 света могут быть пространственно отделены от электрооптического переключателя 31 или могут быть расположены на электрооптическом переключателе 31 для непосредственного с ним контакта.
Если твердотельный источник 1 света пространственно отделен от электрооптического переключателя 31 (как представлено на Фиг.1), свет, излученный твердотельным источником света, следует расщепить в электрооптическом переключателе посредством подходящей оптической системы, расположенной между твердотельным источником 1 света и электрооптическим переключателем 31, чтобы избежать потерь света. Эта подходящая оптическая система может содержать, например, систему линз или установку волноводов. Конкретно для лазерных диодов предпочтителен волновод для расщепления света в электрооптическом переключателе из-за направленного узкополосного излучения света. Например, может быть использован лазерный диод, имеющий длину волны излучения, равную 450 нм ± 10 нм. Благодаря почти монохроматическому спектру свет от лазерного диода, в частности, хорошо подходит для точного разделения с помощью установки световода. Дополнительно, в силу стабильности этого узкополосного излучения не возникают изменения свойств абсорбции фосфорных материалов из-за сдвигающегося спектра первичного излучения в течение рабочего периода светоизлучающей установки. Таким образом, можно поддерживать постоянной цветовую точку излученного света без настройки с помощью устройства управления переключателем.
Установка 2 световода, которая содержит один или множество электрооптических переключателей 31, расположена между твердотельным источником 1 света и светопреобразующим элементом 5, чтобы, с одной стороны, пространственно отделять твердотельный источник 1 света от светопреобразующего элемента 5, тем самым явно уменьшая или устраняя термическую деградацию светопреобразующего материала вследствие рабочей температуры твердотельного источника 1 света. С другой стороны, один, по меньшей мере, электрооптический переключатель 31 допускает управляемое разделение первичного излучения 20 на первый участок 21 и второй участок 22. В связи с этим, термин «разделение» включает отклонение, так что первый, второй и дополнительные участки, если они имеют место, первичного излучения могут распространяться в другом направлении распространения, отличном от направления первичного излучения до разделения электрооптическим переключателем.
Таким образом, различные области 51 и 52 светопреобразующего элемента 5 могут быть облучены одним и тем же твердотельным источником 1 света с первичным излучением с той же длиной волны. Участки 21 и 22 первичного излучения 20, которые падают на различные области 51 и 52, могут быть настроены с возможностью изменения с помощью устройства 4 управления переключателем. Рабочие параметры, применяемые к электрооптическим переключателям устройством 4 управления переключателем, определяют отношение между первым участком 21 и вторым участком 22 первичного излучения 20. Участки 21 и 22 первичного излучения расщепляются в светопреобразующем элементе 5 в различных областях 51 и 52 и, по меньшей мере, частично преобразуются во вторичное излучение, которое зависит от состава соответствующей области. При заданном первичном излучении 21 и 22 области 51 и 52 излучают свет 61 и 62 соответственно, спектральные области которого определяются составом и поглощающей способностью светопреобразующего материала в соответствующей области 51 или 52. Свет 61 или 62 соответствующей спектральной области 61 и 62 смешивается вследствие более или менее сильных характеристик рассеяния света светопреобразующих материалов.
В конкретном воплощении, где, например, второй участок 22 первичного излучения должен проходить через область 52 светопреобразующего элемента без преобразования (например, область 52 не содержит фосфорного материала), могут быть предусмотрены рассеивающие, непоглощающие частицы для рассеивания света светопреобразующего элемента. В этом случае, вторая спектральная область 62 была бы равна спектральной области первичного излучения (например, синего света). В случае ультрафиолетового первичного излучения, например, вторая область 52 не дала бы пройти первичному свету без преобразования, но преобразовала бы его посредством подходящих материалов в видимый свет, например в синий свет. Цветовая точка смешанного света, содержащего свет спектральных областей 61 и 62, может быть изменена с помощью изменения отношения между первым участком 21 и вторым участком 22 первичного излучения 20. Если, например, область 51 излучает свет в желтой спектральной области, а область 52 в синей спектральной области, это даст в результате белый смешанный свет для удаленного наблюдателя. Если первый участок первичного излучения относительно увеличен, тогда желтый участок белого света увеличен. Наоборот, может быть усилен синий участок. В зависимости от области применения, с помощью других светопреобразующих материалов может быть также произведен другой смешанный свет, имеющий другую цветовую точку.
Изменение участков друг относительно друга может быть получено, например, применением другого напряжения к электрооптическому переключателю 31. В результате отношение сдвигается косинусоидально с приложенным напряжением. При рабочем напряжении V и максимальном напряжении Vmax, которое нужно приложить к электрооптическому переключателю, получают следующее отношение между первым участком 21 (А1) и вторым участком 22 (А2):
УРАВНЕНИЕ 1
Если рабочее напряжение составляет, например, 50% от максимального напряжения, приложенного к такому переключателю, получают одинаково большие первый и второй участки А1 и А2 первичного излучения, которые дополнительно распространяются в первом и втором направлениях распространения после прохождения через переключатель.
Электрооптические переключатели известны в качестве модуляторов, например, интерферометра Маха-Цандера - модулятора, из области передачи оптического сигнала. Такие модуляторы имеют небольшие размеры, надежны, быстро работают и не инертны. Электрооптические переключатели используют электрооптический эффект для модуляции света. Используемые материалы включают, например, сегнетоэлектрические кристаллы, такие как ниобат лития. Время переключения таких электрооптических переключателей обычно находится в пределах наносекунд. В отличие от интерферометра Маха-Цандера - модулятора, свет в светоизлучающей установке согласно изобретению не модулируется, а разделяется на два отдельных участка. Свет, входящий в переключатель, разделяется посредством оптического пути, который разделяется позже на два по существу параллельных волновода.
Оптические характеристики материала волновода и материала, окружающего волновод (такие, например, как показатель преломления), выбирают из условия, чтобы световые волны, направляемые в каждый из двух волноводов, имели интервал поперечного распространения, тянущийся в другой волновод. Применяя внешнее электрическое поле, световую волну можно, таким образом, сдвинуть из одного волновода в параллельный другой волновод. Волноводы могут быть сконструированы таким образом, что после прохождения световыми волнами области электрического поля поперечное распространение световых волн более не доходит до другого волновода (например, с помощью увеличения расстояния между волноводами или увеличения разницы показателей преломления материала волновода и окружающего материала). На выходе электрооптического переключателя в светоизлучающем устройстве согласно изобретению разделенный свет, выходящий из двух волноводов, выходит теперь из переключателя в двух пространственно разнесенных местах. При заданных оптических характеристиках участки 21 и 22 зависят от рабочих параметров электрооптического переключателя. В альтернативных воплощениях электрооптического переключателя разделение на два или более участка также было бы возможным с помощью разветвления на более чем два параллельных волновода. При приложенном напряжении оптический эффект в первичном излучении возрастает с длиной электрооптического переключателя. В этом отношении, напряжение, которое должно быть приложено для получения конкретного разделения первичного излучения, является функцией длины электрооптического переключателя. Например, электрооптические переключатели, имеющие длину, равную 5 мм, должны работать при напряжении вплоть до 30 В, чтобы иметь возможность изменять первый или второй участок первичного излучения от 0% до 100%.
Соответственно, при длине электрооптического переключателя, равной 3 см, необходимо напряжение всего лишь до 5 В. Длина электрооптических переключателей может меняться для различных воплощений. Более короткие переключатели используются для очень компактных светоизлучающих устройств. Если структурная глубина подвергается меньшим ограничениям, могут быть также использованы более длинные переключатели. Альтернативно, могут быть также использованы акустооптические переключатели.
Другие альтернативные решения, например использование магнитооптических переключателей или переключателей на основе жидких кристаллов, допускают соответствующее разделение первичного излучения, как и вышеупомянутые электрооптические или акустооптические переключатели, тем не менее, они работают с поляризованным по-другому светом и поляризаторами для настройки различных участков. Таким образом, эти решения приводят к существенным потерям света в случае светоизлучающего устройства.
Электрооптическим переключателем 31 можно управлять, с одной стороны, в аналоговом режиме с помощью устройства 4 управления переключателем, причем цветовую точку производят с тем, чтобы получить соответствующие участки 21 и 22 одновременным облучением светопреобразующего элемента 5 посредством одновременного отклонения первичного излучения 20 во всех направлениях распространения, обеспеченных электрооптическим переключателем или электрооптическими переключателями 31. Для очень точной установки света, имеющего стабильную цветовую точку, здесь необходим способ первоначальной градуировки, при котором цветовая точка определяется как функция управляющих параметров переключателя. В этом случае последующие усилия, необходимые для управления переключателем, очень невелики.
С другой стороны, электрооптическим переключателем 31 можно также управлять в цифровом режиме, в случае которого первичное излучение выходит из переключателя в направлении распространения 21 или в направлении распространения 22 попеременно. В результате цифрового режима только одна область светопреобразующего элемента 5 излучает свет в любой момент времени. При этом, в отличие от аналогового режима, не требуется выполнение первоначальной градуировки отклоняющих свойств переключателя.
Установка, показанная на Фиг.1, может быть расширена вторым уровнем электрооптических переключателей (вторыми переключателями), как показано на Фиг.2. При этом сначала первичное излучение 20 разделяют на два участка 21 и 22 первым переключателем 31. Участки могут быть отклонены на определенное количество углов от исходного направления распространения первичного излучения 20, как показано на Фигурах. Этот эффект первого электрооптического переключателя 31 далее именуется первым разделением. В воплощении, представленном на Фиг.2, участки 21 и 22 каждый падают на дополнительный электрооптический переключатель 32, так называемый второй электрооптический переключатель. Два электрооптических переключателя 32 каждый делят участки 21 и 22 на два дополнительных участка 23, 24 и 25, 26 соответственно, каждый из которых имеет различное первое и второе направление распространения. Эффект вторых переключателей также обозначен как второе разделение. При воплощении, показанном на Фиг.2, первичное излучение может быть разделено первым переключателем и двумя дополнительными переключателями на четыре участка, отношение которых друг к другу может быть настроено электрооптическими переключателями, участки которых в зависимости от воплощения падают на светопреобразующий элемент 5, который может содержать одну или множество областей, имеющих различный состав и/или толщину. Если области от 51 до 54 идентичны в отношении состава и поглощающей способности, может быть использовано изменяемое разделение первичного излучения 20 на участки от 23 до 26 посредством переключателей 31 и 32 для модуляции яркости. Если состав и/или поглощающая способность для областей от 51 до 54 различны, области от 51 до 54 могут излучать, например, соответствующее количество света в синей, зеленой, оранжевой и красной спектральных областях, что может дать в результате белый свет, имеющий высокий индекс цветопередачи, вплоть до 100, после достаточного смешения. В другом примере воплощения области от 51 до 54 могут излучать последовательность желтого и синего света, цветовая точка которого может быть локально изменена.
В предпочтительном устройстве (не показано на схематических представлениях) участки первичного излучения между двумя электрооптическими переключателями, например, участок 21 между переключателями 31 и 32 на Фиг.2, направляют посредством волновода для дополнительного разделения и расщепляют во втором или дополнительных электрооптических переключателях. Таким образом, можно избежать потерь света в случае каскада электрооптических переключателей. Кроме того, после прохождения последнего переключателя участки первичного излучения также могут быть направлены в различные области от 51 до 54 светопреобразующего элемента 5 посредством волноводов. Для оптического соединения волноводов с твердотельным источником света, электрооптическим переключателем и/или светопреобразующим элементом или для оптического соединения твердотельного источника света непосредственно с электрооптическим переключателем могут быть использованы, например, адгезионные слои из твердых или эластичных материалов, имеющих соответствующим образом подобранный показатель преломления, такие как, например, поперечно-сшитые двухкомпонентные силиконовые резины или другие материалы.
Из раскрытых здесь примеров воплощений специалистам в данной области техники будут очевидны дополнительные, неявно изложенные воплощения для получения других световых эффектов. Также, количество используемых электрооптических переключателей может быть увеличено в зависимости от области применения, так что в других воплощениях могут быть получены третьи или дополнительные отклонения третьими или дополнительными электрооптическими переключателями, расположенными в установке световода. Возможны воплощения, в которых, например, помимо первого электрооптического переключателя 31 присутствует только один дополнительный второй электрооптический переключатель 32. Это может быть также применимо к дополнительным уровням переключателей. Также, в других воплощениях может быть также использовано множество твердотельных источников света для производства первичного излучения или множества различных первичных излучений.
Пример воплощения, представленный на Фиг.3, отличается от Фиг.1 тем, что содержит дополнительное устройство 7 управления для твердотельного источника света, которое соединено с твердотельным источником 1 света. Устройство 7 управления для твердотельного источника света обеспечено для управления твердотельным источником 1 света в импульсном режиме при настраиваемой длительности импульса. Первичное излучение 20, импульсное в данном примере воплощения, разделяется установкой 2 световода, как описано выше. Если цветовая точка излученного света 6 настраивается установкой 2 световода, устройством 4 управления переключателем и светопреобразующим элементом 5, затем, в случае неизмененной цветовой точки, может быть настроена яркость светоизлучающего устройства через длительность импульса. При достаточно высокой частоте импульса наблюдатель воспринимает только непрерывно светящуюся установку. Далее, если длительность импульса увеличена, в единицу времени излучается большее количество света, и яркость светоизлучающего устройства увеличивается независимо от цветовой точки света. Для установки уровня яркости не требуется отдельного сложного управления длительностью импульса, которое уменьшает конструкционные затраты на схему для управления длительностью импульса.
Более компактное воплощение, имеющее однородную цветовую картину, может быть получено с помощью смешивающей свет оптической системы 8, расположенной за светопреобразующим элементом 5, если смотреть в направлении 6 распространения света, для смешения света 61 и 62, излученного светопреобразующим элементом 5, см. Фиг.4. Смешивающая свет оптическая система 8 может быть сконструирована очень отличающимися способами, в зависимости от области применения. В качестве смешивающей свет оптической системы 8, например, могут быть использованы диффузорные листы для диффузионного рассеивания света и полного смешения света или установки минилинз для получения улучшенного распределения света. Для альтернативных воплощений применимы также другие смешивающие свет оптические системы.
Воплощения, которые объяснены с помощью Фигур и описания, представляют только примеры светоизлучающего устройства согласно изобретению для излучения света, имеющего требуемую цветовую точку, и не должны истолковываться как ограничение этими примерами патентной формулы изобретения. Для специалистов в данной области техники также возможны альтернативные воплощения, которые также попадают в объем защиты патентной формулы изобретения. Перечисление зависимых пунктов формулы изобретения не должно подразумевать, что другие комбинации пунктов формулы изобретения не представляют предпочтительных воплощений изобретения. Кроме того, в описании и пунктах формулы изобретения обозначения “one”, “a” или “an” не исключают множества установок, устройств или элементов.
1. Светоизлучающее устройство для излучения света, имеющего требуемую цветовую точку, содержащее, по меньшей мере, один твердотельный источник (1) света, по меньшей мере, один светопреобразующий элемент (5), установку (2) световода и устройство (4) управления переключателем, отличающееся тем, что
- твердотельный источник (1) света обеспечен для излучения первичного излучения (20),
- установка (2) световода, расположенная между твердотельным источником (1) света и светопреобразующим элементом (5), снабжена, по меньшей мере, одним электрооптическим переключателем (31) для управляемого разделения первичного излучения (20) на первую часть (21) и вторую часть (22),
- устройство (4) управления переключателем обеспечено для управления электрооптическим переключателем или переключателями (31) для настройки с возможностью изменения отношения между первой (21) и второй (22) частями первичного излучения (20), и
- светопреобразующий элемент (5) обеспечен для частичного или полного поглощения, по меньшей мере, первой части (21) первичного излучения (20) и для переизлучения вторичного излучения.
2. Светоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что твердотельным источником (1) света является лазерный диод.
3. Светоизлучающее устройство по п.2, отличающееся тем, что лазерный диод (1) соединен с электрооптическим переключателем (31) посредством волновода для эффективного введения первичного излучения (20) в электрооптический переключатель (31).
4. Светоизлучающее устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что светопреобразующий элемент (5) содержит, по меньшей мере, первую область (51) для ведения первой части первичного излучения и для производства света в первой спектральной области (61) и вторую область (52) для введения второй части первичного излучения и для производства света во второй спектральной области (62).
5. Светоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что установка (2) световода содержит первый электрооптический переключатель (31) для управляемого первого разделения (21, 22) первичного излучения (20) и один или два вторых электрооптических переключателя (32) для управляемого второго разделения (23, 24, 25, 26) первичного излучения (21, 22), которое прошло через первый электрооптический переключатель (31).
6. Светоизлучающее устройство по п.5, отличающееся тем, что установка (2) световода содержит дополнительные электрооптические переключатели, по меньшей мере, для третьего управляемого разделения первичного излучения (23, 24, 25, 26), которое прошло через один из вторых переключателей (31).
7. Светоизлучающее устройство по любому из пп.5 или 6, отличающееся тем, что части первичного излучения (21, 22, 23, 24, 25, 26) между двумя электрооптическими переключателями направляют посредством волновода для дополнительного разделения и вводят во второй или дополнительные электрооптические переключатели (32, 33).
8. Светоизлучающее устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что светопреобразующий элемент (5) содержит одну или множество дополнительных областей для введения дополнительных частей первичного излучения, которые были произведены, по меньшей мере, одним вторым электрооптическим переключателем.
9. Светоизлучающее устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что устройство (4) управления переключателем управляет электрооптическим переключателем (31, 32) в аналоговом режиме для одновременного отклонения первичного излучения (20) в первом (21) и втором (22) направлениях распространения или в цифровом режиме для отклонения первичного излучения (20) в первом (21) или втором (22) направлении распространения попеременно.
10. Светоизлучающее устройство по любому из пп.1-3, дополнительно содержащее устройство (7) управления для твердотельного источника света для производства импульсного первичного излучения (20), имеющего настраиваемую длительность импульса.
11. Светоизлучающее устройство по любому из пп.1-3, дополнительно содержащее смешивающую свет оптическую систему (8), расположенную за светопреобразующим элементом (5), если смотреть в направлении (6) распространения света, для смешения света, излученного светопреобразующим элементом (5).
12. Способ работы светоизлучающего устройства по п.1, содержащий следующие этапы:
- излучение первичного излучения (20) твердотельным источником (1) света,
- разделение первичного излучения (20), по меньшей мере, на первую (21) и вторую (22) части посредством, по меньшей мере, одного электрооптического переключателя (31),
- частичное или полное поглощение, по меньшей мере, первой части (21) первичного излучения и переизлучение вторичного излучения светопреобразующим элементом (5),
- изменяемая настройка отношения между первой (21) и второй (22) частями первичного излучения (20) посредством устройства (4) управления переключателем для управления электрооптическим переключателем (31) для излучения света, имеющего требуемую цветовую точку.
