(57)【要約】【課題】本発明は、照明システム及び投影装置を提供する。【解決手段】かかる照明システムは励起光源モジュール、光分解混合モジュール、波長変換素子及びフィルタリング素子を含む。励起光源モジュールは励起光束を発する。光分解混合モジュールは励起光束の伝播経路に配置される。波長変換素子は第一光学領域及び第二光学領域を有し、第一光学領域及び第二光学領域は、順に、分割混合モジュールにより伝播される励起光束の伝播経路に挿入される。フィルタリング素子は、共通中心軸により波長変換素子に結合され、波長変換素子及びフィルタリング素子は、同軸回転し得る。【選択図】図１Ａ
2020003785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムであって、
励起光束を発するための励起光源モジュール；
前記励起光束の伝播経路に配置される光分解混合モジュール；
第一光学領域及び第二光学領域を有する波長変換素子であって、前記第一光学領域及び前記第二光学領域は、順に、前記光分解混合モジュールにより伝播される前記励起光束の伝播経路に挿入される、波長変換素子；及び
共通中心軸により前記波長変換素子に結合されるフィルタリング素子であって、前記波長変換素子及び前記フィルタリング素子は同軸回転する、フィルタリング素子を含む、照明システム。
【請求項２】
請求項1に記載の照明システムであって、
前記波長変換素子は、柱体を含み、前記第一光学領域及び前記第二光学領域は、前記柱体の外壁面に配置されて前記柱体を取り囲む、照明システム。
【請求項３】
請求項2に記載の照明システムであって、
前記波長変換素子は、さらに、前記柱体の内部収納空間に配置される放熱構造を含む、照明システム。
【請求項４】
請求項2に記載の照明システムであって、
前記柱体は、前記共通中心軸に垂直な断面上で円形を表す、照明システム。
【請求項５】
請求項2に記載の照明システムであって、
前記柱体は、前記共通中心軸に垂直な断面上で多辺形を表す、照明システム。
【請求項６】
請求項2に記載の照明システムであって、
前記柱体の前記外壁面は、複数の平面を含み、前記複数の平面は、前記共通中心軸に平行な方向に沿って延伸し、且つ前記複数の平面は、前記共通中心軸を取り囲む円周方向に沿って順に配列される、照明システム。
【請求項７】
請求項2に記載の照明システムであって、
前記フィルタリング素子は、盤状基板を含み、前記盤状基板は、前記波長変換素子の前記柱体の一端に接続される、照明システム。
【請求項８】
請求項7に記載の照明システムであって、
前記フィルタリング素子は、前記盤状基板に配置される第一フィルタリング領域、第一透光領域、及び光透過領域を有し、前記第一フィルタリング領域、前記第一透光領域、及び前記光透過領域は、前記共通中心軸を取り囲んで環状領域を形成する、照明システム。
【請求項９】
請求項8に記載の照明システムであって、
前記フィルタリング素子の前記第一透光領域及び前記波長変換素子の前記第二光学領域がそれぞれ前記共通中心軸に対してカバーする方位角範囲は、同じである、照明システム。
【請求項１０】
請求項8に記載の照明システムであって、
前記フィルタリング素子の前記第一透光領域は、拡散構造又は拡散素子を含む、照明システム。
【請求項１１】
請求項1に記載の照明システムであって、
前記光分解混合モジュールは、光学素子と、前記光学素子の近傍に設置される反射ミラーとを含む、照明システム。
【請求項１２】
請求項1に記載の照明システムであって、
前記第一光学領域及び前記第二光学領域のうち、１つは、光反射領域を含み、もう１つは、波長変換領域を含み、前記波長変換領域には、少なくとも１種類の波長変換材料が設置され、前記光反射領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記光反射領域は、前記励起光束を反射し、前記波長変換領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記少なくとも１種類の波長変換材料は、前記励起光束により励起されて変換光束を発する、照明システム。
【請求項１３】
請求項12に記載の照明システムであって、
前記光反射領域は、粗化処理された反射塗層を有する、照明システム。
【請求項１４】
請求項12に記載の照明システムであって、
前記光分解混合モジュールは、光学素子と、前記光学素子の近傍に設置される反射ミラーとを含む、照明システム。
【請求項１５】
請求項14に記載の照明システムであって、
前記光学素子は、第一光作用部及び第二光作用部を含み、前記第一光作用部は、前記励起光束を通過させ、前記第二光作用部は、前記励起光束の一部を反射し、且つ前記励起光束の一部を通過させ、前記光学素子は、前記変換光束を反射する、照明システム。
【請求項１６】
請求項15に記載の照明システムであって、
前記光反射領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記光反射領域は、前記励起光束を前記光学素子の前記第二光作用部に反射し、前記励起光束は、前記第二光作用部により反射されて、前記フィルタリング素子に伝播する第一部分を形成し、前記励起光束は、前記第二光作用部を通過して第二部分を形成し、前記励起光束の前記第二部分は、前記反射ミラーに伝播して前記反射ミラーにより反射されて前記フィルタリング素子に伝播する、照明システム。
【請求項１７】
請求項15に記載の照明システムであって、
前記第二光作用部が前記光学素子上で占める面積の比は、1/2〜1/3である、照明システム。
【請求項１８】
請求項1に記載の照明システムであって、
前記第一光学領域及び前記第二光学領域のうち、１つは、第一波長変換領域を含み、もう１つは、第二波長変換領域を含み、前記第一波長変換領域には、少なくとも１種類の第一波長変換材料が設置され、前記第二波長変換領域には、少なくとも１種類の第二波長変換材料が設置され、前記第一波長変換領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記少なくとも１種類の第一波長変換材料は、前記励起光束により励起されて第一変換光束を発し、前記第二波長変換領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記少なくとも１種類の第二波長変換材料は、前記励起光束により励起されて第二変換光束を発する、照明システム。
【請求項１９】
請求項18に記載の照明システムであって、
前記光分解混合モジュールは、波長選択素子を含み、前記波長選択素子は、前記励起光束を通過させ、前記第一変換光束及び前記第二変換光束を反射することで、前記励起光源モジュールからの前記励起光束を前記波長変換素子に伝播させ、前記波長変換素子からの前記第一変換光束及び前記第二変換光束を前記フィルタリング素子に伝播させる、照明システム。
【請求項２０】
請求項10に記載の照明システムであって、
前記拡散構造又は前記拡散素子は、粗化された構造又は素子である、照明システム。
【請求項２１】
投影装置であって、
前記投影装置は、照明システム、ライトバルブ、及び投影レンズを含み、
前記照明システムは、照明光束を発するために用いられ、前記照明システムは、励起光源モジュール、光分解混合モジュール、波長変換素子、及びフィルタリング素子を含み、
前記励起光源モジュールは、励起光束を発するために用いられ、
前記光分解混合モジュールは、前記励起光束の伝播経路に配置され、
前記波長変換素子は、第一光学領域及び第二光学領域を有し、前記第一光学領域及び前記第二光学領域は、順に、前記光分解混合モジュールより伝播される前記励起光束の伝播経路に挿入され、
前記フィルタリング素子は、共通中心軸により前記波長変換素子に結合され、前記波長変換素子及び前記フィルタリング素子は、同軸回転し、
前記ライトバルブは、前記照明光束の伝播経路に配置され、前記照明光束を映像光束に変調するために用いられ、
前記投影レンズは、前記映像光束の伝播経路に配置される、投影装置。
【請求項２２】
請求項21に記載の投影装置であって、
前記波長変換素子は、柱体を含み、前記第一光学領域及び前記第二光学領域は、前記柱体の外壁面に配置されて前記柱体を取り囲む、投影装置。
【請求項２３】
請求項22に記載の投影装置であって、
前記波長変換素子は、さらに、前記柱体の内部収納空間に配置される放熱構造を含む、投影装置。
【請求項２４】
請求項22に記載の投影装置であって、
前記柱体の前記外壁面は、複数の平面を含み、前記複数の平面は、前記共通中心軸に平行な方向に沿って延伸し、且つ前記複数の平面は、前記共通中心軸を取り囲む円周方向に沿って順に配列される、投影装置。
【請求項２５】
請求項22に記載の投影装置であって、
前記フィルタリング素子は、盤状基板を含み、前記盤状基板は、記波長変換素子の前記柱体の一端に接続される、投影装置。
【請求項２６】
請求項25に記載の投影装置であって、
前記フィルタリング素子は、前記盤状基板に配置される第一フィルタリング領域、第一透光領域、及び光透過領域を有し、前記第一フィルタリング領域、前記第一透光領域、及び前記光透過領域は、前記共通中心軸を取り囲んで環状領域を形成する、投影装置。
【請求項２７】
請求項26に記載の投影装置であって、
前記フィルタリング素子の前記第一透光領域及び前記波長変換素子の前記第二光学領域がそれぞれ前記共通中心軸に対してカバーする方位角範囲は、同じである、投影装置。
【請求項２８】
請求項26に記載の投影装置であって、
前記フィルタリング素子の前記第一透光領域は、拡散構造又は拡散素子を含む、投影装置。
【請求項２９】
請求項21に記載の投影装置であって、
前記光分解混合モジュールは、光学素子と、前記光学素子の近傍に設置される反射ミラーとを含む、投影装置。
【請求項３０】
請求項21に記載の投影装置であって、
前記第一光学領域及び前記第二光学領域のうち、１つは、光反射領域を含み、もう１つは、波長変換領域を含み、前記波長変換領域には、少なくとも１種類の波長変換材料が設置され、前記光反射領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記光反射領域は、前記励起光束を反射し、前記波長変換領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記少なくとも１種類の波長変換材料は、前記励起光束により励起されて変換光束を発する、投影装置。
【請求項３１】
請求項30に記載の投影装置であって、
前記光反射領域は、粗化処理された反射塗層を有する、投影装置。
【請求項３２】
請求項30に記載の投影装置であって、
前記光分解混合モジュールは、光学素子と、前記光学素子の近傍に設置される反射ミラーとを含む、投影装置。
【請求項３３】
請求項32に記載の投影装置であって、
前記光学素子は、第一光作用部及び第二光作用部を含み、前記第一光作用部は、前記励起光束を通過させ、前記第二光作用部は、前記励起光束の一部を反射し、且つ前記励起光束の一部を通過させ、前記光学素子は、前記変換光束を反射する、投影装置。
【請求項３４】
請求項33に記載の投影装置であって、
前記光反射領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記光反射領域は、前記励起光束を前記光学素子の前記第二光作用部に反射し、前記励起光束は、前記第二光作用部により反射されて、前記フィルタリング素子に伝播する第一部分を形成し、前記励起光束は、前記第二光作用部を通過して第二部分を形成し、前記励起光束の前記第二部分は、前記反射ミラーに伝播して前記反射ミラーにより反射されて前記フィルタリング素子に伝播する、投影装置。
【請求項３５】
請求項33に記載の投影装置であって、
前記第二光作用部が前記光学素子上で占める面積の比は、1/2〜1/3である、投影装置。
【請求項３６】
請求項21に記載の投影装置であって、
前記第一光学領域及び前記第二光学領域のうち、１つは、第一波長変換領域を含み、もう１つは、第二波長変換領域を含み、前記第一波長変換領域には、少なくとも１種類の第一波長変換材料が設置され、前記第二波長変換領域には、少なくとも１種類の第二波長変換材料が設置され、前記第一波長変換領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記少なくとも１種類の第一波長変換材料は、前記励起光束により励起されて第一変換光束を発し、前記第二波長変換領域が前記励起光束の伝播経路に挿入されるときに、前記少なくとも１種類の第二波長変換材料は、前記励起光束により励起されて第二変換光束を発する、投影装置。
【請求項３７】
請求項36に記載の投影装置であって、
前記光分解混合モジュールは、波長選択素子を含み、前記波長選択素子は、前記励起光束を通過させ、前記第一変換光束及び前記第二変換光束を反射することで、前記励起光源モジュールからの前記励起光束を前記波長変換素子に伝播させ、前記波長変換素子からの前記第一変換光束及び前記第二変換光束を前記フィルタリング素子に伝播させる、投影装置。
【請求項３８】
請求項28に記載の投影装置であって、
前記拡散構造又は前記拡散素子は、粗化された構造又は素子である、投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システム及び光学装置に関し、特に、照明システム及び該照明システムを応用する投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学技術の発展に伴って、固体光源（solid-state  lighting）の技術、例えば、発光ダイオード（Light  Emitting  Diode，LED）及びレーザーダイオード（Laser  Diode，LD）は、投影機の光源に一般的に応用されており、そのうち、レーザーダイオードは、発光ダイオードに比べ、より高い強度の光束を投影機の光源として提供することができる。
【０００３】
レーザー投影機のアーキテクチャでは、波長変換ホイール（wavelength  conversion  wheel）及びフィルタリングホイール（filtering  wheel）が含まれても良い。波長変換ホイールは、複数の波長変換領域及び非波長変換領域を有しても良い。光源からのレーザー光束が複数の波長変換領域に照射されるときに、レーザー光束は、異なるタイミングで、それぞれ、異なる色を有する複数の変換光束に変換することができる。レーザー光束が非波長変換領域に照射されるときに、非波長変換領域は、該レーザー光束を出力（反射）することができる。最後に、複数の変換光束及びレーザー光束は、それぞれ、フィルタリングホイールにガイドされ、そして、対応するフィルタリング領域によりフィルタリングされてそれぞれ所要色の光を形成することができる。
【０００４】
しかし、既知のアーキテクチャでは、レーザー光束を再びフィルタリングホイールにガイドするために、大量の光学素子（反射ミラー、レンズなど）を使用し、且つ対応する光路を設置する必要があるので、全体の体積の増大及びコストの上昇をもたらすことがある。また、波長変換ホイール及びフィルタリングホイールのそれぞれの回転機構は、映像の色に差が生じることを避けるように同期設計を行う必要があるので、製造工程及びコストを有効に低減することができない。
【０００５】
なお、この“背景技術”の部分は、本発明の内容への理解を助けるためだけのものであるため、この“背景技術”の部分に開示されている内容は、当業者に知られていない技術を含む可能性がある。よって、この“背景技術”の部分に開示されている内容は、該内容、又は、本発明の１つ又は複数の実施例が解決しようとする課題が本発明出願前に既に当業者に周知されていることを意味しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、比較的簡単なアーキテクチャ及び比較的低いコストを有する照明システム及び投影装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的及び利点は、本発明に開示されている技術的特徴からさらに理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の１つ又は一部又は全部の目的或いは他の目的を達成するために、本発明の一実施例では、照明システムが提供され、それは、励起光源モジュール、光分解混合モジュール、波長変換素子、及びフィルタリング素子を含む。励起光源モジュールは、励起光束を発するために用いられる。光分解混合モジュールは、励起光束の伝播経路に配置される。波長変換素子は、第一光学領域及び第二光学領域を有し、そのうち、第一光学領域及び第二光学領域は、順に、光分解混合モジュールにより伝播される励起光束の伝播経路に挿入される。フィルタリング素子は、共通中心軸で波長変換素子に結合されることで、波長変換素子及びフィルタリング素子が同軸回転するようにさせる。
【０００９】
上述の１つ又は一部又は全部の目的或いは他の目的を達成するために、本発明の一実施例では、投影装置が提供され、それは、上述の照明システム、ライトバルブ、及び投影レンズを含む。照明システムは、照明光束を発するために用いられる。ライトバルブは、照明光束の伝播経路に配置されることで、照明光束を映像光束に変調（modulation）する。投影レンズは、映像光束の伝播経路に配置される。
【００１０】
以上のことから、本発明の実施例における照明システム及び投影装置では、フィルタリング素子は、共通中心軸で波長変換素子に結合されることで、波長変換素子及びフィルタリング素子が同軸回転し得るようにさせることができる。言い換えると、波長変換素子とフィルタリング素子とを単一部品として統合することにより、波長変換素子及びフィルタリング素子は、同一回転機構を共用することができるため、追加の同期設計を行う必要がない。これにより、本発明の実施例における照明システム及び投影装置は、比較的簡単なアーキテクチャ及び比較的低いコストを有することができる。
【００１１】
本発明の上述の特徴及び利点をより明らかにするために、以下、実施例を挙げて、添付した図面を参照することにより、詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の一実施例における投影装置の第一時間区間内の光路を示す図である。
【図１Ｂ】図1A中の投影装置の第二時間区間内の光路を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の他の実施例における投影装置の第一時間区間内の光路を示す図である。
【図１Ｄ】図1C中の投影装置の第二時間区間内の光路を示す図である。
【図２】図1A及び図1B中の波長変換素子の断面を示す図である。
【図３】図1A及び図1B中のフィルタリング素子の正面を示す図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施例における波長変換素子の断面を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施例における波長変換素子の断面を示す図である。
【図５Ａ】本発明の他の実施例における投影装置の第一時間区間内の光路を示す図である。
【図５Ｂ】図5A中の投影装置の第二時間区間内の光路を示す図である。
【図６】図5A及び図5B中の波長変換素子の断面を示す図である。
【図７】図5A及び図5B中のフィルタリング素子の正面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の上述した及び他の技術的内容、特徴、機能及び効果は、添付した図面に基づく以下のような好ましい実施例における詳細な説明により明確になる。なお、以下の実施例に言及されている方向についての用語、例えば、上、下、左、右、前又は後などは、添付した図面の方向に過ぎない。よって、使用されている方向の用語は、本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するためのものではない。
【００１４】
図1Aは、本発明の一実施例における投影装置の第一時間区間内の光路を示す図である。図1Bは、図1A中の投影装置の第二時間区間内の光路を示す図である。図2は、図1A及び図1B中の波長変換素子の断面を示す図である。図3は、図1A及び図1B中のフィルタリング素子の正面を示す図である。なお、図2に示す断面は、共通中心軸に垂直であり、図3に示す正面方向は、例えば、図1A中の左から右への方向であり、図2に示す断面方向は、図3に示す正面方向と同じである。
【００１５】
図1A及び図1Bに示すように、本実施例では、投影装置200は、照明システム100、ライトバルブ210、及び投影レンズ220を含む。照明システム100は、照明光束IBを発するために用いられる。ライトバルブ210は、照明光束IBの伝播経路に配置されることで、照明光束IBを映像光束IMBに変調することができる。投影レンズ220は、映像光束IMBの伝播経路に配置され、映像光束IMBをスクリーン又は壁（図示せず）に投射することで、映像画面を形成するために用いられる。これらの異なる色の照明光束IBがライトバルブ210に照射された後に、ライトバルブ210は、時系列に従って、異なる色の照明光束IBを映像光束IMBに変換し、そして、投影レンズ220に伝播させる。よって、ライトバルブ210により変換された映像光束IMBが投影装置200により投射された映像画面は、カラー画面になる。
【００１６】
本実施例では、ライトバルブ210は、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス（digital  micro-mirror  device，DMD）又はLCOSパネル（liquid-crystal-on-silicon  panel，LCOS  panel）である。なお、他の実施例では、ライトバルブ210は、透過液晶パネル又は他の空間光変調器であっても良い。本実施例では、投影レンズ220は、例えば、屈折力（diopter）を有する１つの光学レンズ又は複数の光学レンズの組合せを含み、光学レンズは、例えば、双凹レンズ、双凸レンズ、凹凸レンズ、凸凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの非平面レンズ又はそれらの各種のレーズの組合せを含む。なお、本発明は、投影レンズ220の形態及び種類について限定しない。
【００１７】
図1A、図1B、図2、及び図3を参照する。照明システム100は、励起光源モジュール110、光分解混合モジュール120、波長変換素子130、及びフィルタリング素子140を含む。励起光源モジュール110は、励起光束EBを発するために用いられる。光分解混合モジュール120は、励起光束EBの伝播経路に配置される。波長変換素子130は、第一光学領域132及び第二光学領域134を有し、そのうち、第一光学領域132及び第二光学領域134は、順に、光分解混合モジュール120により伝播される励起光束EBの伝播経路に挿入される。フィルタリング素子140は、共通中心軸CAにより波長変換素子130に結合されることで、波長変換素子130及びフィルタリング素子140が同軸且つ同期で回転し得るようにさせることができる。具体的には、波長変換素子130は、柱体136を含み、且つ第一光学領域132及び第二光学領域134は、柱体136の外壁面に配置されて柱体136を取り囲む。フィルタリング素子140は、盤状基板RSを含み、且つ盤状基板RSは、波長変換素子130の柱体136の一端に接続される。
【００１８】
本発明の実施例では、波長変換素子130とフィルタリング素子140とを単一素子として統合（固定）することで、波長変換素子130及びフィルタリング素子140は、同じ回転機構（例えば、モータ（motor））を共用することができるため、追加の同期設計を行う必要がなく、また、追加のモータ及び対応する機構を増設する必要もない。これにより、本発明の実施例における照明システム100及び投影装置200は、比較的簡単なアーキテクチャ及び比較的低いコストを有することができる。
【００１９】
本発明の実施例では、励起光源モジュール110とは、通常、短波長の光束を発することができる光源を指し、短波長の光束のピーク波長（Peak  Wavelength）は、例えば、青色（Blue）光の波長範囲又は紫外線の波長範囲内にあり、そのうち、ピーク波長は、光の強度が最大であるところに対応する波長と定義される。励起光源モジュール110は、レーザーダイオード（Laser  Diode，LD）、発光ダイオード（Light  Emitting  Diode，LED）、又は、この２つのうちの１つにより構成されるアレー又はグループであっても良いが、本発明は、これに限定されない。本実施例では、励起光源モジュール110は、レーザーダイオードを含むレーザー発光素子である。例を挙げて言えば、励起光源モジュール110は、例えば、青色レーザーダイオードアレー（Blue  Laser  diode  Bank）であり、励起光束EBは、青色レーザー光束であっても良いが、本発明は、これに限定されない。
【００２０】
図2に示すように、波長変換素子130の第一光学領域132及び第二光学領域134のうち、１つは、波長変換領域R1を含み、もう１つは、光反射領域R2を含む。本実施例では、第一光学領域132は、例えば、波長変換領域R1であり、第二光学領域134は、例えば、光反射領域R2である。波長変換領域R1には、少なくとも１つ（１種類）の波長変換材料（図2では、2種類の波長変換材料CM1及びCM2を例とし、波長変換材料CM1は、例えば、黄色蛍光粉であり、波長変換材料CM2は、例えば、緑色蛍光粉であるが、これに限定されない。また、いわゆる黄色蛍光粉は、黄色光を生成することができる蛍光粉と定義され、他の色の蛍光粉は、これに基づいて類推する）が設置され、励起光束EBを変換光束CBに変換するために用いられる。光反射領域R2は、例えば、粗化処理された反射塗層ARを有する。本実施例では、波長変換素子130の柱体136は、例えば、反射柱体であり、他の実施例では、光反射領域R2は、例えば、反射面であり、そのうち、柱体136は、例えば、金属材質の外壁面である。
【００２１】
図3を参照する。フィルタリング素子140は、盤状基板RSに配置される第一フィルタリング領域142、第一透光領域144、及び光透過領域146を有し、且つ第一フィルタリング領域142、第一透光領域144、及び光透過領域146は、共通中心軸CAを取り囲んで環状領域を形成する。フィルタリング素子140は、特定の波長範囲の光束以外の光束をフィルタリング（反射又は吸収）し、且つこの特定の波長範囲の光束を通過させることで、光の色の純度を向上させることができ、これにより、照明光束IBを形成する。本実施例では、第一フィルタリング領域142は、複数のサブフィルタリング領域を含み、それぞれのサブフィルタリング領域には、異なるフィルタリング材料が設置されても良い。第一フィルタリング領域142は、例えば、サブフィルタリング領域FR1及びサブフィルタリング領域FR2を含む。第一フィルタリング領域142は、例えば、色分解機能を有するダイクロイックミラー（Dichroic  Mirror，DM）である。サブフィルタリング領域FR1は、例えば、赤色光フィルタリング領域であり、サブフィルタリング領域FR2は、例えば、緑色光フィルタリング領域であり、第一透光領域144は、例えば、拡散板（diffusion  plate）、拡散粒子、又は拡散構造が設置される透光領域であって良いが、本発明は、これに限定されない。光透過領域146は、波長変換素子130の波長変換領域R1から伝播されて来た変換光束CB（黄色光束）を通過させることができる。光透過領域146は、透光の材質（材料）、例えば、ガラスである。例えば、赤色光フィルタリング領域は、赤色光の波長範囲を有する光束を通過させ、且つ他の波長範囲の光束をフィルタリング（反射又は吸収）することができ、その他は、これに基づいて類推することができる。具体的に言えば、変換光束CBが赤色光フィルタリング領域又は緑色光フィルタリング領域に到着するときに、変換光束CBは、フィルタリングされて赤色光束又は緑色光束を生成することができる。励起光束EBが第一透光領域144に到着するときに、励起光束EBは、第一透光領域144を通過し、例えば、青色光束とされる。
【００２２】
なお、波長変換素子130の光反射領域R2及びフィルタリング素子140の第一透光領域144のうちの少なくとも１つには、レーザースペックル（laser  speckle）の問題を解決するために拡散構造又は素子を設置する必要がある。拡散構造又は素子は、例えば、粗化されている構造又は素子であっても良い。他の実施例では、波長変換素子130の光反射領域R2及びフィルタリング素子140の第一透光領域144は、両者にはともに拡散構造又は素子が設置される場合、両拡散構造又は素子は、それぞれ、異なる拡散効果を有しても良く、そのうち、異なる拡散効果は、例えば、散乱構造の設置密度又は散乱粒子の分布密度などの違いによるものである。
【００２３】
図2及び図3を参照する。フィルタリング素子140の第一フィルタリング領域142及び光透過領域146と、波長変換素子130の第一光学領域132とがそれぞれ共通中心軸CAに対してカバーする方位角範囲は、同じであり、フィルタリング素子140の第一透光領域144と、波長変換素子130の第二光学領域134とがそれぞれ共通中心軸CAに対してカバーする方位角範囲は、同じである。例えば、図2及び図3に示すように、波長変換素子130の第二光学領域134が共通中心軸CAに対してカバーする方位角範囲θ1が、例えば、48度〜85度である場合、それに対応するフィルタリング素子140の第一透光領域144が共通中心軸CAに対してカバーする方位角範囲θ1も48度〜85度であり、その他は、これに基づいて類推することができるが、両者がカバーする方位角範囲θ1は、これに限定されない。また、フィルタリング素子140のサブフィルタリング領域FR1（例えば、赤色光フィルタリング領域）及び光透過領域146と、波長変換素子130中の、波長変換材料CM1（例えば、黄色蛍光粉）が設置される領域とがそれぞれ共通中心軸CAに対してカバーする方位角範囲は、同じである。フィルタリング素子140のサブフィルタリング領域FR2（例えば、緑色光フィルタリング領域）と、波長変換素子130中の、波長変換材料CM2（例えば、緑色蛍光粉）が設置される領域がそれぞれ共通中心軸CAに対してカバーする方位角範囲は、同じである。さらに言えば、波長変換素子130とフィルタリング素子140とが同一素子として結合され得るので、適切な角度区分設計により、波長変換素子130とフィルタリング素子140の各区分が互いに対応するようにすれば、映像の色に差が生じることを回避できる。
【００２４】
なお、波長変換素子130とフィルタリング素子140の各区分の数量、材料、及び種類は、例示に過ぎず、本発明は、これに限定されない。例を挙げて言えば、波長変換素子130の波長変換領域R1は、１種類、２種類、又はより多くの種類の異なる波長変換物質を有しても良い。また、フィルタリング素子140の第一フィルタリング領域142は、他の数量のサブフィルタリング領域を有しても良く、或いは、各サブフィルタリング領域は、他の種類の色の光をフィルタリングにより生成することもできるが、本発明は、これに限定されない。
【００２５】
再び図1A及び図1Bを参照する。本実施例では、光分解混合モジュール120は、光学素子122及び光学素子122の近傍に設置される反射ミラー（Mirror）124を含む。光学素子122は、第一光作用部122a及び第二光作用部122bを含む。具体的には、光学素子122の第一光作用部122aは、例えば、波長選択素子であり、即ち、ダイクロイックミラー（Dichroic  Mirror，DM）であり、光学素子122の第二光作用部122bは、例えば、半透過半反射ミラー（Half-mirror）が設置される。本実施例では、第一光作用部122a及び第二光作用部122bは、接着の方式で光学素子122を形成することができる。なお、他の実施例では、光学素子122は、第一光作用部122aであり、例えば、ダイクロイックミラー（Dichroic  Mirror，DM）であり、第二光作用部122bは、例えば、半透過半反射ミラーのメッキ膜が設置される方式、又は、塗布（coating）の方式で、光学素子122に形成され、且つ透過半反射ミラーが光学素子122上で占める面積の比は、1/2〜1/3であるが、これに限定されない。ダイクロイックミラーは、異なる色の光束の波長範囲に対して異なる光学作用を提供することができ、半透過半反射ミラーは、伝播して来た光束について50%の光束を透過させ且つ50%の光束を反射することができる。例を挙げて言えば、本実施例では、ダイクロイックミラーは、例えば、青色励起光束を透過させ、他の色（例えば、赤色、緑色、黄色など）の光束に対して反射作用を提供することができる。第二光作用部122bの半透過半反射膜は、例えば、一部の青色励起光束を透過させ、一部の青色励起光束を反射することができる。本実施例では、光学素子122は、変換光束CBを反射するように設計され、光学素子122の第一光作用部122aは、励起光束EBを通過させることを許すように設計され、第二光作用部122bは、励起光束EBの一部を反射し且つ励起光束EBの一部を通過させることを許すように設計されても良い。また、一部の変換光束CBが第二光作用部122bに伝播し、第二光作用部122bは、一部の変換光束CBの一部を反射し、且つ一部の変換光束CBの一部を通過させることを許すように設計されても良い。通過した一部の変換光束CBの一部は、第二光作用部122bにより反射ミラー124に伝播された後に、反射ミラー124により反射されてフィルタリング素子140に伝播する。
【００２６】
図1Aに示すように、第一時間区間内では、波長変換領域R1が光学素子122を通過した励起光束EBの伝播経路に挿入され、このときに、波長変換材料CM1（例えば、黄色蛍光粉）及び波長変換材料CM2（例えば、緑色蛍光粉）は、順に、励起光束EBにより励起されて変換光束CBを発し、そして、変換光束CBは、波長変換素子130の柱体136により反射されて光学素子122に伝播する。続いて、変換光束CBは、光学素子122により反射されてフィルタリング素子140に伝播し、そのうち、波長変換材料CM1（例えば、黄色蛍光粉）が励起されて発する光束は、フィルタリング素子140のサブフィルタリング領域FR1（例えば、赤色光フィルタリング領域）及び光透過領域146に伝播し、それぞれ、フィルタリングされて赤色光束及び黄色光束を生成し、波長変換材料CM2（例えば、緑色蛍光粉）が励起されて発する光束は、フィルタリング素子140のサブフィルタリング領域FR2（例えば、緑色光フィルタリング領域）に伝播し、フィルタリングされて緑色光束を生成する。
【００２７】
図1Bに示すように、第二時間区間内では、光反射領域R2が励起光束EBの伝播経路に挿入され、このときに、光反射領域R2は、励起光束EBを反射して光学素子122に伝播させる。反射された励起光束EBが光学素子122の第二光作用部122bに伝播するときに、励起光束EBは、第二光作用部122bにより反射されて、フィルタリング素子140に伝播する第一部分EB1を形成し、励起光束EBは、第二光作用部122bを通過して第二部分EB2を形成し、励起光束EBの第二部分EB2は、反射ミラー124に伝播して反射ミラー124により反射されてフィルタリング素子140に伝播し、そのうち、励起光束EBの第一部分EB1及び第二部分EB2は、フィルタリング素子140の第一透光領域144に伝播し、青色光束として出力される。
【００２８】
なお、励起光束EBが光反射領域R2により反射された後に、図1Bでは、反射された励起光束EBのうち、光学素子122の第二光作用部122bに伝播する一部のみが示されている。
【００２９】
本実施例では、光反射領域R2は、粗化処理された反射塗層ARを有し、そのうち、反射塗層ARは、柱体136に設置される。反射塗層ARは、励起光束EBのレーザースペックル（laser  speckle）を減らす又は除去するために用いられる。他の実施例では、光反射領域R2は、反射塗層ARを有しなくても良く、柱体136により励起光束EBを反射しても良い。
【００３０】
上述の配置により、既知の技術に比べ、本発明の実施例における照明システム100及び投影装置200は、光分解混合モジュール120、波長変換素子130、及びフィルタリング素子140の対応設置により、励起光束EB及び変換光束CBをフィルタリング素子140にガイドすることができ、大量の光学素子を設置する必要がないので、比較的少ない光学素子及び比較的小さい体積を有する。
【００３１】
本実施例では、照明システム100は、さらに光均一化素子150を含み、それは、フィルタリング素子140からの照明光束IBの伝播経路に配置される。光均一化素子150は、例えば、光積分ロード（light  integration  rod）、又は、レンズアレー例えば複眼レンズアレーであるが、これに限定されない。また、照明システム100は、さらに１つ又は複数のレンズを含んでも良く、例えば、励起光源モジュール110と光分解混合モジュール120との間に位置するレンズC1とレンズC2、光分解混合モジュール120と波長変換素子130との間に位置するレンズC3とレンズC4、フィルタリング素子140と光均一化素子150との間に位置するレンズC5、或いは、光均一化素子150とライトバルブ210の間に位置するレンズC6とレンズC7であり、照明システム100の内部の光束の伝播を調整（集光又は
コリメーティングレンズ）するために用いられる。
【００３２】
なお、以下の実施例は、前述の実施例の一部の内容を流用し、同じ技術的内容の説明を省略する。同じ素子の名称については、前述の実施例の関連内容を参照することができ、以下の実施例では、その重複記載を割愛する。
【００３３】
図1Cは、本発明の他の実施例における投影装置の第一時間区間内の光路を示す図である。図1Dは、図1C中の投影装置の第二時間区間内の光路を示す図である。
【００３４】
図1C及び図1Dを参照する。本実施例と、図1A及び図1Bとの技術的相違点は、次の通りであり、即ち、光分解混合モジュール120は、光学素子122及び光学素子122の近傍に設置される反射ミラー（Mirror）124を含む。光学素子122は、第一光作用部122aのみを含む。具体的には、光学素子122の第一光作用部122aは、例えば、ダイクロイックミラー（Dichroic  Mirror，DM）である。ダイクロイックミラーは、異なる色の光束の波長範囲に対して異なる光学作用を提供することができる。例を挙げて言えば、本実施例では、ダイクロイックミラーは、例えば、青色励起光束を透過させ、他の色（例えば、赤色、緑色、黄色など）の光束に対して反射作用を提供することができる。本実施例では、光学素子122は、変換光束CBを反射するように設計され、光学素子122の第一光作用部122aは、励起光束EBの通過を許すように設計されても良い。
【００３５】
図1Cに示すように、第一時間区間内では、波長変換領域R1が光学素子122を通過した励起光束EBの伝播経路に挿入され、このときに、波長変換材料CM1（例えば、黄色蛍光粉）及び波長変換材料CM2（例えば、緑色蛍光粉）は、順に、励起光束EBにより励起されて変換光束CBを発し、そして、変換光束CBは、波長変換素子130の柱体136により反射されて光学素子122に伝播する。続いて、変換光束CBは、光学素子122により反射されてフィルタリング素子140に伝播し、そのうち、波長変換材料CM1（例えば、黄色蛍光粉）が励起されて発する光束は、フィルタリング素子140のサブフィルタリング領域FR1（例えば、赤色光フィルタリング領域）及び光透過領域146に伝播し、それぞれ、フィルタリングされて赤色光束及び黄色光束を生成し、波長変換材料CM2（例えば、緑色蛍光粉）が励起されて発する光束は、フィルタリング素子140のサブフィルタリング領域FR2（例えば、緑色光フィルタリング領域）に伝播し、フィルタリングされて緑色光束を生成する。
【００３６】
図1Dに示すように、第二時間区間内では、光反射領域R2が励起光束EBの伝播経路に挿入され、このときに、光反射領域R2は、励起光束EBを反射して光学素子122に伝播させる。反射された励起光束EBが光学素子122に伝播するときに、励起光束EBは、光学素子122を透過して反射ミラー124に伝播し、励起光束EBは、反射ミラー124により反射されてフィルタリング素子140に伝播し、そのうち、励起光束EBは、青色光束として出力される。
【００３７】
上述の配置により、既知の技術に比べ、本発明の実施例における照明システム100及び投影装置200は、光分解混合モジュール120、波長変換素子130、及びフィルタリング素子140の対応設置により、励起光束EB及び変換光束CBをフィルタリング素子140にガイドすることができ、大量の光学素子を設置する必要がないので、比較的少ない光学素子及び比較的小さい体積を有する。
【００３８】
なお、上述の実施例及び本実施例の一部の内容では、同じ技術的内容の説明が省略される。同じ素子の名称については、前述の実施例の関連内容を参照することができ、ここでは、重複記載を省略する。
【００３９】
図4Aは、本発明の他の実施例における波長変換素子の断面を示す図である。図4Aに示す断面は、共通中心軸CAに垂直である。図4Aに示すように、本実施例の波長変換素子130aは、図2中の波長変換素子130に類似しているが、その主な相違点は、次の通りであり、即ち、波長変換素子130aの柱体136aの外壁面は、複数の平面PLを含み、これらの平面PLは、共通中心軸CAに平行な方向に沿って延伸し、且つこれらの平面PLは、共通中心軸CAを取り囲む円周方向に沿って順に配列される。よって、波長変換素子130aの柱体136aは、共通中心軸CAに垂直な断面上で多辺形を表し、図2中の波長変換素子130の柱体136は、共通中心軸CAに垂直な断面上で円形を表す。本実施例では、励起光束EBが波長変換素子130aに照射されるときの入射面が平面であり、入射面が曲面である波長変換素子130に比べ、波長変換素子130aのエネルギー受け面積が比較的大きいため、光学変換効率の向上を助けることができる。なお、他の実施例では、波長変換素子130aの柱体136aは、共通中心軸CAに垂直な断面上で他の種類の形状を表しても良く、本発明は、これに限定されない。
【００４０】
図4Bは、本発明の他の実施例における波長変換素子の断面を示す図である。図4Bに示す断面は、共通中心軸CAに垂直である。図4Bに示すように、本実施例の波長変換素子130bは、図2中の波長変換素子130に類似しているが、その主な相違点は、次の通りであり、即ち、波長変換素子130bは、さらに放熱構造138を含み、それは、柱体136の内部収納空間CSに配置される。放熱構造138は、波長変換素子130bの放熱を助けることができ、これにより、波長変換材料CM1及び波長変換材料CM2の変換効率の維持を助けることができる。本実施例では、放熱構造138は、例えば、フィン又はファンであるが、これに限定されない。
【００４１】
図5Aは、本発明の他の実施例における投影装置の第一時間区間内の光路を示す図である。図5Bは、図5A中の投影装置の第二時間区間内の光路を示す図である。図6は、図5A及び図5B中の波長変換素子の断面を示す図である。図6に示す断面は、共通中心軸に垂直である。図7は、図5A及び図5B中のフィルタリング素子の正面を示す図である。なお、図6に示す断面は、共通中心軸に垂直であり、図7に示す正面方向は、例えば、図5A中の左から右への方向であり、図6に示す断面方向は、図7に示す正面方向と同じである。また、本実施例の投影装置200aでは、同じ素子の名称及び素子の符号は、前述の実施例の関連内容を参照することができ、ここでは、その詳しい説明を省略する。
【００４２】
図6及び図7に示すように、照明システム100aの波長変換素子130cの第一光学領域132及び第二光学領域134aのうち、１つは、第一波長変換領域R1を含み、もう１つは、第二波長変換領域R2’を含む。本実施例では、第一光学領域132は、例えば、第一波長変換領域R1であり、第二光学領域134aは、例えば、第二波長変換領域R2’である。第一波長変換領域R1には、少なくとも１つ（１種類）の第一波長変換材料（図6では、２種類の波長変換材料CM1及びCM2を例とし、波長変換材料CM1は、例えば、黄色蛍光粉であり、波長変換材料CM2は、例えば、緑色蛍光粉である）が設置され、励起光束EBを第一変換光束CB1に変換するために用いられる。第二波長変換領域R2’には、少なくとも１つ（１種類）の第二波長変換材料（図6では、１種類の波長変換材料CM3を例とし、波長変換材料CM3は、例えば、青色（Cyan）蛍光粉である）が設置され、励起光束EBを第二変換光束CB2に変換するために用いられる。
【００４３】
フィルタリング素子140の第一フィルタリング領域142のサブフィルタリング領域FR1は、例えば、赤色光フィルタリング領域であり、サブフィルタリング領域FR2は、例えば、緑色光フィルタリング領域であり、光透過領域140は、例えば、黄色光を透過させ、第一透光領域144aは、例えば、青色光フィルタリング領域であるが、本発明は、これに限定されない。詳しく言えば、第一変換光束CB1が赤色光フィルタリング領域、光透過領域、又は緑色光フィルタリング領域に伝播するときに、第一変換光束CB1は、フィルリングされて赤色光束、黄色光束、又は緑色光束を生成することができる。第二変換光束CB2が青色光フィルタリング領域に伝播するときに、第二変換光束CB2は、フィルリングされて青色光束を生成することができる。なお、波長変換材料CM3（青色（Cyan）蛍光粉）が生成する第二変換光束CB2（青色光束）の主な波長は、励起光束EBの主な波長よりも大きい。
【００４４】
図5A及び図5Bを参照する。本実施例では、光分解混合モジュール120aは、波長選択素子122aを含む。具体的には、波長選択素子122aは、例えば、ダイクロイックミラー（Dichroic  Mirror，DM）であり、それは、異なる色の光束に対して異なる光学作用を提供することができる。本実施例では、波長選択素子122aは、励起光束EBを通過させ、第一変換光束CB1及び第二変換光束CB2を反射し、励起光源モジュール110からの励起光束EBを波長変換素子130cに伝播させ、且つ波長変換素子130cからの第一変換光束CB1及び第二変換光束CB2をフィルタリング素子140aに伝播させるように設計されても良い。
【００４５】
図5Aに示すように、第一時間区間内では、第一波長変換領域R1が励起光束EBの伝播経路に挿入され、このときに、波長変換材料CM1（例えば、黄色蛍光粉）及び波長変換材料CM2（例えば、緑色蛍光粉）は、順に、励起光束EBにより励起されて第一変換光束CB1を発し、そして、第一変換光束CB1は、波長変換素子130cの柱体136により反射されて波長選択素子122aに伝播する。続いて、第一変換光束CB1は、波長選択素子122aにより反射されてフィルタリング素子140aに伝播し、そのうち、波長変換材料CM1（例えば、黄色蛍光粉）が励起されて発する光束は、フィルタリング素子140aのサブフィルタリング領域FR1（例えば、赤色光フィルタリング領域）及び光透過領域146例えば黄色光を透過させる領域に伝播し、それぞれ、フィルリングされて赤色光束及び黄色光束を生成し、波長変換材料CM2（例えば、緑色蛍光粉）が励起されて発する光束は、フィルタリング素子140aのサブフィルタリング領域FR2（例えば、緑色光フィルタリング領域）に伝播し、フィルリングされて緑色光束を生成する。
【００４６】
図5Bに示すように、第二時間区間内では、第二波長変換領域R2’が励起光束EBの伝播経路に挿入され、波長変換材料（例えば、青色蛍光粉）は、励起光束EBにより励起されて第二変換光束CB2を発し、そして、第二変換光束CB2は、波長変換素子130cの柱体136により反射されて波長選択素子122aに伝播する。続いて、第二変換光束CB2は、波長選択素子122aにより反射されてフィルタリング素子140aに伝播し、そのうち、第二変換光束CB2は、フィルタリング素子140aの第一透光領域144a（例えば、青色光フィルタリング領域）に伝播し、フィルリングされて青色光束を生成する。本実施例では、第一透光領域144aは、フィルタリング機能を有し、これにより、青色光束を生成し、他の光束の波長を反射又は吸収することができる。
【００４７】
以上のことから、本発明の実施例における照明システム及び投影装置では、フィルタリング素子は、共通中心軸で波長変換素子に結合されることで、波長変換素子及びフィルタリング素子が同軸回転するようにさせることができる。言い換えると、波長変換素子及びフィルタリング素子を単一部品として統合することで、波長変換素子及びフィルタリング素子は、同一回転機構を共用することができるため、追加の同期設計を行う必要がない。よって、本発明の実施例における照明システム及び投影装置は、比較的簡単なアーキテクチャ及び比較的低いコストを有することができる。また、光分解混合モジュールと、波長変換素子及びフィルタリング素子との対応設置により、励起光束及び変換光束をフィルタリング素子にガイドすることができ、大量の光学素子を設置する必要がない。よって、本発明の実施例における照明システム及び投影装置は、比較的少ない光学素子及び比較的小さい体積を持つことができる。
【００４８】
本発明は、前述した好適な実施例に基づいて以上のように開示されたが、前述した好適な実施例は、本発明を限定するためのものでなく、当業者は、本発明の思想と範囲を離脱しない限り、本発明に対して些細な変更と潤色を行うことができるので、本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲に定まったものを基準とする。また、本発明の何れの実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目的又は利点又は特徴を達成する必要がない。また、要約の一部と発明の名称は、文献の検索を助けるためのみのものであり、本発明の権利範囲を限定するものでない。また、本明細書又は特許請求の範囲に言及されている「第一」、「第二」などの用語は、要素（element）に名前を付け、又は、異なる実施例又は範囲を区別するためのものみであり、要素の数量上での上限又は下限を限定するためのものでない。
【符号の説明】
【００４９】
100、100a：照明システム
110：励起光源モジュール
120、120a：光分解混合モジュール
122：光学素子
122a：第一光作用部
122b：第二光作用部
124：反射ミラー
130、130a、130b、130c：波長変換素子
132：第一光学領域
134、134a：第二光学領域
136、136a：柱体
138：放熱構造
140、140a：フィルタリング素子
142：第一フィルタリング領域
144、144a：第一透光領域
146：光透過領域
150：光均一化素子
200、200a：投影装置
210：ライトバルブ
220：投影レンズ
AR：反射塗層
C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7：レンズ
CA：共通中心軸
CB：変換光束
CB1：第一変換光束
CB2：第二変換光束
CM1、CM2、CM3：波長変換材料
CS：収納空間
EB：励起光束
EB1：第一部分
EB2：第二部分
FR1、FR2：サブフィルタリング領域
IB：照明光束
IMB：映像光束
PL：平面
R1、R2’：波長変換領域
R2：光反射領域
RS：盤状基板
θ1：方位角範囲
【図１Ａ】
2020003785.tif 000003
【図１Ｂ】
2020003785.tif 000004
【図１Ｃ】
2020003785.tif 000005
【図１Ｄ】
2020003785.tif 000006
【図２】
2020003785.tif 000007
【図３】
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【図４Ａ】
2020003785.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2020003785.tif 000011
【図５Ｂ】
2020003785.tif 000012
【図６】
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【図７】
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