(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材アクチュエータに接続される可動部材と、
前記可動部材に関連する少なくとも１つの発光蛍光体領域と、
第１の放射光出射結合領域に対し固定される第１の照射スポットにおいて前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を入射光で照射するように構成される第１の入射光源と、
前記可動部材アクチュエータと前記第１の入射光源に作動可能に連結される光源制御装置と、を含む光源構成であって、
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域は前記第１の照射スポットにおける前記入射光に応じて前記第１の放射光出射結合領域において光を放射するように構成され、
前記光源構成は、前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が前記第１の照射スポットにおける前記入射光に応じて前記第１の放射光出射結合領域において光を放射する間に、前記第１の照射スポットを横切って前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を動かすように構成され、
前記可動部材アクチュエータは回転軸を中心に前記可動部材を回転させるように動作可能であり、
前記可動部材アクチュエータは前記回転軸に垂直な方向に沿って前記可動部材を平行移動させるように動作可能である、光源構成。
【請求項２】
前記光源構成は、前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が前記第１の照射スポットにおける前記入射光に応じて前記第１の放射光出射結合領域において光を放射する間に、前記第１の照射スポットを横切って前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を１つ以上の速度（少なくとも２．５ｍ／ｓの速度を含む）で動かすように構成される、請求項１に記載の光源構成。
【請求項３】
前記１つ以上の速度は少なくとも７．５ｍ／ｓの速度を含む、請求項２に記載の光源構成。
【請求項４】
前記第１の照射スポットは最大でも５００ミクロンの公称スポット径を有する、請求項２に記載の光源構成。
【請求項５】
前記光源構成は、前記光源制御装置が平方ミリメートル当たり少なくとも２０ミリワットもの大きさの前記第１の照射スポットの光強度の空間的平均値を与えるように前記第１の入射光源を制御するように構成される、請求項４に記載の光源構成。
【請求項６】
前記光源構成は、前記光源制御装置が平方ミリメートル当たり少なくとも２０００ミリワットもの大きさの前記第１の照射スポットの光強度の空間的平均値を与えるように前記第１の入射光源を制御するように構成される、請求項５に記載の光源構成。
【請求項７】
前記第１の照射スポットは最大でも１００ミクロンの公称スポット径を有する、請求項６に記載の光源構成。
【請求項８】
前記光源構成は前記光源制御装置が少なくとも１つのパルス持続時間を与えるように前記第１の入射光源を制御するように構成され、前記少なくとも１つのパルス持続時間は最大でも５０マイクロ秒のパルス持続時間を含む、請求項１に記載の光源構成。
【請求項９】
第１の組の出射光路光学素子をさらに含む、請求項１に記載の光源構成であって、
前記第１の組の出射光路光学素子の入射開口部は前記第１の放射光出射結合領域から光を受光するように配置され、
前記第１の組の出射光路光学素子は第１の出射光ファイバを含み、
前記第１の組の出射光路光学素子の前記入射開口部は、前記第１の出射光ファイバに光を送るレンズに関連する開口部と、前記第１の出射光ファイバ端の光搬送コア領域に関連する開口部とを含む、光源構成。
【請求項１０】
前記第１の組の出射光路光学素子の前記入射開口部は、前記少なくとも１つの発光蛍光体領域の最も近い部分から最大でも２．０ミリメートルに配置される、請求項９に記載の光源構成。
【請求項１１】
前記第１の組の出射光路光学素子の前記入射開口部は前記第１の出射光ファイバ端の前記光搬送コア領域に関連する開口部を含む、請求項１０に記載の光源構成。
【請求項１２】
前記第１の入射光源は、入射光を発生する第１の入射光発生器と、前記光を前記第１の入射光発生器から第１の組の入射光路光学素子の出射開口部まで搬送する前記第１の組の入射光路光学素子とを含み、前記出射開口部は前記第１の照射スポットにおいて前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を照射し、
前記第１の組の入射光路光学素子は第１の入射光ファイバを含み、
前記第１の組の入射光路光学素子の前記出射開口部は、前記第１の入射光ファイバからの光を送るレンズに関連する開口部と前記第１の入射光ファイバ端の光搬送コア領域に関連する開口部とのうちの１つを含む、請求項９に記載の光源構成。
【請求項１３】
前記第１の組の入射光路光学素子の前記出射開口部と前記第１の組の出射光路光学素子の前記入射開口部は前記少なくとも１つの発光蛍光体領域の同じ側に配置され、
前記第１の入射光ファイバと前記第１の出射光ファイバは同じ光ファイバセグメントを含み、
前記第１の組の入射光路光学素子の前記出射開口部と前記第１の組の出射光路光学素子の前記入射開口部は同じ開口部である、請求項１２に記載の光源構成。
【請求項１４】
前記第１の放射光出射結合領域は名目上円形であり、寸法ＤＲを有し、
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域は約ＴＥの放射時間を有する蛍光体を含み、
前記光源構成は、前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が最大でもＤＲ／ＴＥ、少なくともＤＲ／（２×ＴＥ）の速度で前記第１の照射スポットを横断するように構成される、請求項１に記載の光源構成。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域は約ＴＥの放射時間を有する蛍光体を含み、
前記光源構成は、前記光源制御装置が少なくとも１つのパルス持続時間を与えるように前記第１の入射光源を制御するように構成され、
前記少なくとも１つのパルス持続時間はＴＥ未満のパルス持続時間を含む、請求項１に記載の光源構成。
【請求項１６】
前記光源構成はクロマティックポイントセンサを含むホストシステムに含まれる、請求項１に記載の光源構成。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域は前記第１の照射スポットにおける前記入射光に応じて広帯域光を放射する蛍光体領域を含む、請求項１に記載の光源構成。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域は、第１の照射スポットにおいて前記入射光を受光することに応じて異なるそれぞれのピーク波長の光を放射する複数のそれぞれの発光蛍光体サブ領域を含む、請求項１に記載の光源構成。
【請求項１９】
それぞれの発光蛍光体サブ領域は前記第１の放射光出射結合領域の公称面積の少なくとも２５倍の領域にわたって分散される、請求項１に記載の光源構成。
【請求項２０】
前記可動部材アクチュエータは回転軸を中心に前記可動部材を回転させるように動作可能であり、
前記それぞれの発光蛍光体サブ領域は、前記回転軸から第１の半径でかつ前記回転軸を中心とした第１の角度範囲ＡＲ１にわたって配置された領域を含む第１のサブ領域と、前記回転軸から前記第１の半径でかつ前記回転軸を中心とした第２の角度範囲ＡＲ２にわたって配置された領域を含む第２のサブ領域と、を含み、
前記可動部材の回転は前記第１の照射スポットが生じる位置を横切って前記第１と第２のサブ領域を連続的に動かすようにする、請求項１８に記載の光源構成。
【請求項２１】
前記可動部材アクチュエータは前記回転軸を中心として前記可動部材を角速度ωで回転させるように構成され、
前記光源制御装置はＡＲ１／ω未満の少なくとも１つのパルス持続時間を与えるように前記第１の入射光源を制御するように構成され、
前記光源制御装置は、前記第１の照射スポットが前記角度範囲ＡＲ１内に入るように、ＡＲ１／ω未満の前記少なくとも１つのパルス持続時間と前記可動部材の前記回転とを同期させるために前記第１の入射光源を制御するように構成され、
前記光源構成は、他のいかなる発光蛍光体サブ領域に対応する光も放射することなく前記第１のサブ領域に対応するそれぞれのピーク波長を有する光を前記可動部材の１つ以上の回転にわたって放射するように動作可能である、請求項１に記載の光源構成。
【請求項２２】
前記それぞれの発光蛍光体サブ領域は、前記回転軸から第１の半径でかつ前記回転軸を中心とし３６０度にわたって配置された領域を含む第１のサブ領域と、前記回転軸から第２の半径でかつ前記回転軸を中心とし３６０度にわたって配置された領域を含む第２のサブ領域と、を含む、請求項１８に記載の光源構成。
【請求項２３】
前記回転軸に垂直な方向に沿った前記可動部材の平行移動は、前記第１の照射スポットが生じる場所を横切って前記第１と第２のサブ領域を連続的に動かす、請求項２１に記載の光源構成。
【請求項２４】
前記可動部材は円盤状であり、当該円盤状の可動部材の側面に前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が設けられた、請求項１に記載の光源構成。
【請求項２５】
前記可動部材は円盤状であり、
前記光源構成は、前記円盤状の可動部材における前記第１の照射スポットの位置に依存して、前記照射スポットが前記円盤状の可動部材を当該円盤状の可動部材の回転軸から放射状に横切る速度を変更する、請求項１に記載の光源構成。
【請求項２６】
可動部材アクチュエータに接続される可動部材と、
前記可動部材に関連する少なくとも１つの発光蛍光体領域と、
第１の放射光出射結合領域に対し固定される第１の照射スポットにおいて前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を入射光で照射するように構成される第１の入射光源と、
前記可動部材アクチュエータと前記第１の入射光源に作動可能に連結される光源制御装置と、
前記光源制御装置に接続される第２の入射光源であって、第２の放射光出射結合領域に対し固定された第２の照射スポットにおいて前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を入射光で照射するように構成される、第２の入射光源と、
前記第１の放射光出射結合領域から光を受光し前記第１の組の出射光路光学素子の光ファイバを介しその光を送るように配置されたそれぞれの入射開口部を含む第１の組の出射光路光学素子と、
前記第２の放射光出射結合領域から光を受光し前記第２の組の出射光路光学素子の光ファイバを介しその光を送るように配置されたそれぞれの入射開口部を含む第２の組の出射光路光学素子と、を含む光源構成であって、  前記少なくとも１つの発光蛍光体領域は前記第１の照射スポットにおける前記入射光に応じて前記第１の放射光出射結合領域において光を放射するように構成され、
前記光源構成は、前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が前記第１の照射スポットにおける前記入射光に応じて前記第１の放射光出射結合領域において光を放射する間に、前記第１の照射スポットを横切って前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を動かすように構成され、
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域は、第１の照射スポットにおいて前記入射光を受光することに応じて異なるそれぞれのピーク波長の光を放射する複数のそれぞれの発光蛍光体サブ領域を含み、
前記光源構成は、前記第１の照射スポットが前記第１のサブ領域と一致するように配置されるように、かつ前記第１のサブ領域が前記第１のサブ領域に対応するそれぞれのピーク波長を有する光を放射するように、そして同時に、前記第２の照射スポットが前記第２のサブ領域と一致するように配置されかつ前記第２のサブ領域が前記第２のサブ領域に対応するそれぞれのピーク波長を有する光を放射するように、構成される、光源構成。
【請求項２７】
前記第１の組の出射光路光学素子の光ファイバと前記第２の組の出射光路光学素子の光ファイバは同じ光ファイバを含む、請求項２６に記載の光源構成。
【請求項２８】
ビームスプリッタとパワーセンサとをさらに含む請求項１に記載の光源構成であって、
前記ビームスプリッタは、前記第１の照射スポットにおける前記入射光に応じて、前記第１の放射光出射結合領域から放射された前記光の一部を受光し、前記受光された光の一部を前記パワーセンサに向けるように構成され、
前記光源制御装置は前記パワーセンサにより供給される信号に基づき前記第１の照射スポットにおける前記入射光のパワーを制御するように構成される、光源構成。
【請求項２９】
前記光源構成は、前記第１の放射光出射結合領域をほぼ囲むとともに第１の組の出射光路光学素子の入射開口部に近接した前記第１の放射光出射結合領域から放射された光を集光する集光鏡を含む集光装置を含む、請求項１に記載の光源構成。
【請求項３０】
前記集光鏡は楕円面鏡を含み、
前記光源構成は前記楕円面鏡の１焦点に近接した前記第１の照射スポットと前記楕円面鏡の他の焦点に近接して設定された前記第１の組の出射光路光学素子の前記入射開口部とを位置決めすることを含む、請求項２９に記載の光源構成。
【請求項３１】
前記光源構成は、前記第１の放射光出射結合領域から複数の方向に沿って放射された光を受光するために、異なる場所に配置されたそれぞれの入射端を有する複数の光ファイバを含む集光光ファイバ装置を含む集光装置を含む、請求項１に記載の光源構成。
【請求項３２】
前記光源制御装置に接続される第２の入射光源であって、前記第１の放射光出射結合領域に対し固定された前記第１の照射スポットにおいて前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を入射光で照射し、前記第１と第２の入射光源からの前記入射光は前記第１の照射スポットにおける合成輝度を供給するように構成された、第２の入射光源をさらに含む、請求項１に記載の光源構成。
【請求項３３】
前記可動部材アクチュエータは回転軸を中心に可動部材を回転させるように動作可能であり、
前記可動部材は前記回転軸に垂直な方向に沿って最大でも５０ミリメートルの最大寸法を有し、
前記光源構成は、前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が前記第１の照射スポットにおける入射光に応じて前記第１の放射光出射結合領域において光を放射する間に、前記第１の照射スポットを横切って前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を１つ以上の速度（少なくとも２．５ｍ／ｓの速度を含む）で動かすように構成される、請求項１に記載の光源構成。
【請求項３４】
可動部材アクチュエータに接続される可動部材と、前記可動部材に関連する少なくとも１つの発光蛍光体領域と、放射光出射結合領域に対し固定された照射スポットにおいて前記少なくても１つの発光蛍光体領域を入射光で照射するように構成された入射光源と、前記可動部材アクチュエータと前記入射光源に作動可能に連結される光源制御装置と、を含む光源構成であって、
前記可動部材アクチュエータは回転軸を中心に前記可動部材を回転させるように動作可能であり、
前記可動部材アクチュエータは前記回転軸に垂直な方向に沿って前記可動部材を平行移動させるように動作可能である、光源構成を動作させる方法であって、
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が前記可動部材上に分散されるように構成された可動部材を設ける工程を含む前記光源構成を設ける工程と、
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が前記照射スポットにおける入射光に応じて前記放射光出射結合領域において光を放射するように、前記照射スポットにおいて前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を前記入射光で照射するように前記光源構成を動作させる工程と、
前記少なくとも１つの発光蛍光体領域が前記放射光出射結合領域において光を放射する間に、前記照射スポットを横切って前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を動かすように前記光源構成を動作させる工程と、を含む方法。
【請求項３５】
前記照射スポットを横切って前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を動かすように前記光源構成を動作させる工程は、前記照射スポットに対して前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を少なくとも２．５ｍ／ｓの速度で動かす工程を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記照射スポットが前記光源構成の第１の動作期間中に前記少なくとも１つの発光蛍光体領域に沿って第１のトラックを横切りかつ前記照射スポットが前記光源構成の第２の動作期間中に前記少なくとも１つの発光蛍光体領域に沿って前記第１のトラックとは異なる第２のトラックを横切るように、かつ前記照射スポットに対して前記少なくとも１つの発光蛍光体領域を動かすように、前記可動部材アクチュエータを動作させる工程をさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記光源構成は、前記照射スポットが最大でも２．０ミリメートルの公称スポット径を有するように構成される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記光源制御装置が少なくとも１つのパルス持続時間を供給するように入射光源を制御し、前記少なくとも１つのパルス持続時間が最大でも５０マイクロ秒のパルス持続時間を含むように前記光源構成を動作させる工程をさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
クロマティックポイントセンサを含むホストシステムに光を供給するように前記光源構成を動作させる工程をさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には光源に関し、より詳細にはクロマティックポイントセンサ（chromatic point sensor）などの精密測定計器の使用に好適な高輝度で安定した広帯域および／または多波長の光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度広帯域光源の様々な用途は知られている。例えば、光学的高さセンサにおいてクロマティック共焦点技術によりこのような光源を使用することは知られている。米国特許出願公開第２００６／０１０９４８３号に記載されるような光学的高さセンサにおいては、焦点までの軸方向距離が波長に伴って変化するように広帯域光源の焦点を合わせるために、軸方向色収差（軸方向または縦方向色分散とも呼ばれる）を有する光学素子を使用することができる。したがって、１つの波長だけが表面上に正確に焦点を合わせられることになり、焦点素子に対する表面高または位置によって、どの波長が最も良く焦点を合わせられるかが決まる。表面から反射すると、光は、ピンホールまたは光ファイバ端などの小さな検出器開口部上に焦点を再び合わせられる。表面から反射し光学系を介し入射／出射ファイバに戻ると、表面上にうまく焦点を合わせられた波長だけがファイバ上にうまく焦点を合わせられる。他のすべての波長はファイバ上に焦点をうまく合わせられないので、ファイバ内にパワーを効率的にカップリングできない。したがってファイバを通って戻る光に関しては、信号レベルは表面高または表面の位置に対応する波長に対して最大となる。分光計型検出器は表面高を判断するために各波長の信号レベルを測定する。
【０００３】
ある製造業者らは、上述のように動作し、かつ、工業環境におけるクロマティック共焦点測距に好適な実用的でコンパクトなシステムをクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ：chromatic point sensor）と呼ぶ。このようなシステムと共に使用されるコンパクトな色分散光学アセンブリ（chromatically dispersive optical assembly）は「光学ペン」と呼ばれる。光学ペンは光ファイバを介しＣＰＳの電装部に接続される。電装部は光学ペンから出射される光を、ファイバを介し送り、戻り光を検知し解析する分光計を提供する。
【０００４】
公知の実施形態では、連続波キセノンアーク灯が、通常、３０ｋＨｚ程度の測定速度を有するＣＰＳの高輝度広帯域（例えば白色）光源として使用される。キセノンアーク灯は、ＣＰＳのスペクトル範囲、したがって高さ測定範囲をカバーする広帯域光放射を提供する。キセノンアーク灯はまた、約３０ｋＨｚの測定速度と約３３μｓ（＝１／３０×１０-3）の読み取り時間で良好なＳ／Ｎ比を得るのに十分なエネルギーを有する高輝度光源である。しかしながら、実際のアプリケーションでは、キセノンアーク灯は、望ましいとは言えない寿命およびアーク空間的安定性などのいくつかの望ましくない特性を呈する。アーク動作に伴う光源スペクトル放射の変化によるＣＰＳ較正におけるいかなる変動も最小限にするためには、またＣＰＳの停止時間も最小限にするためには、空間的に安定でかつ長寿命の光源が望ましい。さらに、製造される多くの加工物は、異なる反射率特性を有し、したがって異なる輝度で飽和する、複数種の異なる材料を含む。したがってＣＰＳ光源は、複数種の異なる材料の測定を可能にするために、ＣＰＳ測定速度（例えば３０ｋＨｚ）以上の速度で輝度変調され得る（例えば、低輝度から高輝度まで）ことが好ましい。このような高速度光変調は公知のキセノンアーク灯では実際的ではない。同様な光源欠陥はまた、分光計などの他の計器アプリケーションに関連しても見出されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本概要は、以下の詳細な説明でさらに説明される概念のうちの選択されたものを単純化された形式で導入するために提供される。本概要は、権利請求される主題の重要な特徴を特定することを目的としておらず、また権利請求される主題の範囲を判断する際の助けとして使用されることを目的としてもいない。
【０００６】
本発明の様々な例示的実施形態によると、安定でかつ長寿命を有する高輝度光源構成が提供される。本発明はさらにこのような光源構成を動作させる方法を提供する。様々な例示的実施形態では、高輝度光源構成は、可動部材アクチュエータに取り付けられた可動部材と、可動部材に関連する少なくとも１つの発光蛍光体領域と、放射光出射結合領域に対し固定される照射スポットにおいて発光蛍光体領域を照射するように構成された入射光源と、可動部材アクチュエータと入射光源に作動可能に連結される光源制御装置と、を含む。動作中、入射光源（例えばレーザー）は照射スポットに高輝度入射光を供給し、これにより発光蛍光体領域に、放射光出射結合領域に含まれる励起蛍光体スポットまたはトラックからの高輝度出射光を放射させる。様々な実施形態では、放射光出射結合領域は照射スポットに近接して配置される。同時に、可動部材アクチュエータの動作により、発光蛍光体領域は、放射の消光および蛍光体領域の光退色を低減するように照射スポットに対し連続的に動き、これにより放射光出射結合領域における高光子束からの消光を回避し、また蛍光体領域の寿命、したがって光源構成全体の動作寿命を延ばす。様々な実施形態では、光源はＣＰＳまたは他の精密測定計器の一般的な測定速度以上の速度で変調されてよい。
【０００７】
本発明の一態様によると、発光蛍光体領域または可動部材に関連する固有サブ領域が放射光出射結合領域の公称面積の少なくとも数倍の領域にわたって分散される。いくつかの実施形態および／またはアプリケーションでは、光源構成の寿命を望ましいレベルまで延ばすために、各発光蛍光体領域および／またはサブ領域を励起蛍光体スポットまたはトラックおよび／または放射光出射結合領域の面積の少なくとも２５倍または５０倍以上の領域にわたって分散することが好ましいかもしれない。より厳しいアプリケーションに好適ないくつかの実施形態では、光源構成の寿命を望ましいレベルまで延ばすために、放射光出射結合領域の面積の少なくとも１００倍、２００倍またはさらに５００倍またはそれよりはるかに大きい領域にわたって発光蛍光体領域を分散することが好ましいかもしれない。
【０００８】
本発明の別の態様によると、いくつかの実施形態では、入射光源は、比較的大きな照射スポットに対しては少なくとも１ミリワット／ｍｍ2、あるいは小さな照射スポットに対しては少なくとも２０ミリワット／ｍｍ2、あるいはさらに小さな照射スポットに対しては少なくとも２０００ミリワット／ｍｍ2（いずれもいくつかのアプリケーションにおいて有用なレベルの出射光を放射させるのに十分である）の照射スポットにおける平均輝度を与えるように構成される。さらに厳しいアプリケーション（例えば、非常に短い測定周期などの）では、入射光源は、発光蛍光体領域に望ましいレベルの高輝度出射光を放射させるために、少なくとも２００ミリワット／ｍｍ2、５０００ミリワット／ｍｍ2、あるいは比較的小さな照射スポットでは１００Ｗ／ｍｍ2以上の平均輝度を与えるように構成されると好ましいかもしれない。
【０００９】
本発明の別の態様によると、光源制御装置は、本光源構成を使用する測定器の露光時間または測定周期（例えば、最大でも５０マイクロ秒、３３マイクロ秒などのパルス持続時間）に対応することができる少なくとも１つの短いパルス持続時間を有する入射光源を動作させるように構成される。本発明の別の態様によると、光源制御装置は、パルスまたは周期的出力を有する入射光源を動作させる（パルスまたは周期的出力の振幅制御または変調（例えば、正弦波、三角波、台形波振幅変調など）を含む）ように構成されてよい。
【００１０】
本発明の別の態様によると、様々な実施形態および／またはアプリケーションでは、光源制御装置は、照射スポットと放射光出射結合領域にわたる発光蛍光体領域の少なくとも１つの速度（少なくとも２．５ｍ／ｓ、５ｍ／ｓ、７．５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓまたはさらに５０ｍ／ｓ以上の速度を含む）を与えるために可動部材アクチュエータを動作させるように構成される。
【００１１】
本発明の別の態様によると、いくつかの実施形態では、コンパクトな光源構成を容易にするために、照射スポットは発光蛍光体領域の表面に近接した最大でも１５０ミクロンの公称スポット径を有してよく、関連する励起蛍光体スポットまたはトラックは最大でも７５０ミクロンの直径またはトラック幅を有してもよい。他の実施形態では、さらにコンパクトなおよび／または経済的な光源構成を容易にするために、照射スポットは、発光蛍光体領域の表面に近接した最大でも１００ミクロン、５０ミクロン、またはさらに２０ミクロン以下の公称スポット径を有すると好ましいかもしれず、関連する励起蛍光体スポットまたはトラックは、最大でも５００ミクロン、３００ミクロン、またはさらに２００ミクロン以下の直径またはトラック幅を有してもよい。しかしながら、これらの実施形態は例示的であって限定するものではない。本発明の別の態様によると、光源構成は光ファイバを含んでよく、光ファイバの入射開口部は放射光出射結合領域から光を受光するように配置されてよい。本発明の別の態様によると、いくつかの実施形態では、光ファイバの入射開口部は、放射光出射結合領域において光を効率的に受光するために、励起蛍光体スポットまたはトラックから最大でも２．０ミリメートル、１．０ミリメートル、あるいは最大でも５００ミクロン、または３００ミクロン以下の距離に配置されてよい。
【００１２】
本発明の別の態様によると、励起蛍光体スポットは直径ＤＥＰを有することができ、および／または放射光出射結合領域は直径ＤＲを有することができ、発光蛍光体領域は約ＴＥの放射時間（すなわち、減衰時間）を有することができ、発光蛍光体領域は約ＤＥＰ／ＴＥ〜ＤＥＰ／（２×ＴＥ）の範囲および／またはＤＲ／ＴＥ〜ＤＲ／（２×ＴＥ）などの範囲内で選択された速度で照射スポットを横断してよい。このような場合、放射面位置から利用可能な放射光の大部分を、出射光路の入射開口部に近接して放射することができ、同時に蛍光体領域の新しい部分を、照射スポットの多くを埋めるように配置することができる。
【００１３】
本発明の別の態様によると、可動部材に関連する発光蛍光体領域を反射面上に分散することができ、入射光路（例えば光ファイバ）の出射口と出射光路（例えば光ファイバ）の入射開口部は発光蛍光体領域の同じ側に配置される。いくつかの実施形態では、入射光路の出射開口部と出射光路の入射開口部は同じ開口部であってよい。
【００１４】
本発明の別の態様によると、いくつかの実施形態では、経済的により高い輝度を実現するために、放射光出射結合領域に対し固定された隣接するまたはオーバーラップする照射スポットにおいて発光蛍光体領域を照射するように複数の入射光源（例えば、複数のダイオードレーザー）を構成することができる。本発明の別の態様によると、いくつかの実施形態では、本発明による光源の波長スペクトル出力を増大するために、いくつかの入射光源は、放射光出射結合領域に、あるいは発光蛍光体領域により出射された波長にそれらを追加することができる別の位置にそれぞれの照射波長を直接または間接的に導くように構成されてよい。
【００１５】
本発明の別の態様によると、いくつかの実施形態では、可動部材上に含まれる少なくとも１つの発光蛍光体領域は広帯域光を放射する蛍光体材料を含むことができる。本発明の別の態様によると、いくつかの実施形態では、光源構成は可動部材の異なる部分に配置された複数のそれぞれの蛍光体サブ領域を含んでよい。蛍光体サブ領域は照射スポットにおいて入射光に応答して異なるそれぞれのピーク波長を有する光を放射する異なるそれぞれの蛍光体材料を含む。光源構成は、複数の発光蛍光体サブ領域のそれぞれが様々な時間に個々に照射されるように、可動部材が照射スポットに対して動かされるように構成されてよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、可動部材は回転軸を中心に回転し、複数のそれぞれの発光蛍光体サブ領域は回転軸からの共通の半径に配置された領域を含むとともに回転軸を中心としたそれぞれの角度範囲をカバーし、したがって可動部材の回転が様々なサブ領域を第１の照射スポットが生じる場所を横切って連続して動かす。他の実施形態では、複数のそれぞれの発光蛍光体サブ領域はそれぞれの同心トラックに沿って配置された領域を含む。
【００１７】
本発明の別の態様によると、いくつかの実施形態では、光源構成は、放射光出射結合領域から光を受光するように配置された少なくとも１つの入射開口部を含む一組の出射光路光学素子を含む。いくつかの実施形態では、一組の出射光路光学素子は少なくとも２つの光学出射ファイバと、照射スポットに対し異なる場所に配置された少なくとも２つの入射開口部とを含む。様々な実施形態では、可動部材により放射される光は蛍光体領域またはサブ領域からの固有波長を含むことができる、あるいは所望のスペクトルプロフィールを生成するために複数の蛍光体サブ領域からの光を同時に放射して合成することができる。様々な実施形態では、所望のスペクトルプロフィールを与えるために、光源制御装置は、照射スポットの位置で入射光が特定のそれぞれの発光蛍光体サブ領域または一組のサブ領域の存在と同期して供給されるように時間を制御することができる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、光源構成は、放射光出射結合領域をほぼ囲むとともに放射光を反射して一組の出射光路光学素子の入射開口部に集光する集光鏡を含む。一実施形態では、集光鏡は、楕円面の一焦点の辺りに照射スポットを有し、楕円面の他の焦点に出射光路光学素子の入射開口部を有するよう位置付けられた楕円面鏡を含む。別の実施形態では、集光鏡は、出射光路光学素子の入射開口部へ照射スポットの像を転送するように配置された軸外し放物面鏡を含む。種々の異なる集光鏡が所望の倍率（例えば、小型システムおよび／または単独出射ファイバに対しては１の倍率、または出射ファイバ束に対しては１０の倍率など）で照射スポットを形成するように構成されてもよい。いずれにせよ、集光鏡は、可動部材から放射される光の大部分が入射開口部を通って集められ導かれるようにする。
【００１９】
いくつかの実施形態では、発光蛍光体領域またはサブ領域は、１以上の蛍光体材料を含んでもよい。当該蛍光体材料は、例えば、ＹＡＧ−Ｃｅ＋ベースの蛍光体、フォトルミネッセンス半導体ナノ粒子もしくはナノ結晶、Ｑ粒子蛍光体（一般に、量子ドットまたは半導体量子ドットと呼ばれる）、酸化亜鉛ナノロッドその他がある。
【００２０】
本発明の様々な実施形態は、高輝度光を光ファイバ端に結合するための特にコンパクトで経済的手段を提供するものであることが把握される。このことは、光ファイバの出射端が多くの応用にとってほぼ理想的な（すなわち、非常に小さな寸法を有する）経済的点光源を提供できるという点で、高輝度「理想点源」の恩恵を受ける応用（例えば、ＣＰＳアプリケーション、コリメート光プロジェクタなど）において特に価値がある。さらに、様々な実施形態は、点光源から様々なスペクトルを供給する公知の方法に比較して、改良された多用途性と経済性を備えた様々な波長スペクトルを提供することができる。さらに、様々な実施形態は、点光源から様々なパルススペクトルを供給する公知の方法に比較して、改良された多用途性と経済性を備えた様々な波長スペクトルの様々なパルス持続時間を提供することができる。
【００２１】
上述の態様と本発明の付随する利点の多くは、添付図面と併せると、以下の詳細な説明を参照することによりさらに良く、容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による光源構成を含む例示的クロマティックポイントセンサのブロック線図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による光源構成の図である。
【図３】本発明による光源構成の第２の実施形態の図である。
【図４】本発明による光源構成の第３の実施形態の図である。
【図５】本発明による光源構成を動作させることに関する様々な考察を示す図である。
【図６】本発明による光源構成の第４の実施形態の図である。
【図７Ａ】本発明による光源構成における可動部材上に含まれる第１の多波長蛍光体領域構成を例示する一観点からの関係図である。
【図７Ｂ】本発明による光源構成における可動部材上に含まれる第１の多波長蛍光体領域構成を例示する別観点からの関係図である。
【図８Ａ】本発明による光源構成における可動部材上に含まれる第２の多波長蛍光体領域構成を例示する一観点からの関係図である。
【図８Ｂ】本発明による光源構成における可動部材上に含まれる第２の多波長蛍光体領域構成を例示する別観点からの関係図である。
【図９】複数の入射光源を含む本発明による多波長光源構成の図である。
【図１０】出射光を伝える光ファイバ束入射端まで出射光を反射するための集光鏡装置を含む本発明による多波長光源構成の図である。
【図１１】出射光を送受するように配置された複数の光ファイバ入射端を含む多重ファイバ集光装置を含む本発明による多波長光源構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の内容を紹介するために、以下ではクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）システムに適用される本発明の様々な例示的実施形態による光源構成について一般に説明する。しかしながら、このような光源構成は他の精密測定計器（例えば分光計）などの様々な他のシステムにおいて同等にうまく適用され得るということは当業者にとって明らかである。
【００２４】
図１は例示的クロマティックポイントセンサ１００のブロック線図である。図１に示すように、クロマティックポイントセンサ１００は光学ペン１２０と電子部分１６０を含む。光学ペン１２０は入射／出射光ファイバサブアセンブリ１０５、筐体１３０および光学系部１５０を含む。入射／出射光ファイバサブアセンブリ１０５は、取り付け用ねじ１１０を使用して筐体１３０の端に取り付けられる取り付け用素子１８０を含む。入射／出射光ファイバサブアセンブリ１０５は、入射／出射光ファイバを包む光ファイバケーブル１１２と光ファイバコネクタ１０８とを介し入射／出射光ファイバ（図示せず）を受容する。入射／出射光ファイバは約５０ミクロンのコア径を有するマルチモードファイバ（ＭＭＦ）であってよい。入射／出射光ファイバは開口部１９５を介し出射ビームを出力し、反射された測定信号光を開口部１９５を介し受光する。
【００２５】
クロマティック共焦点センサシステムでは公知のように、動作中、開口部１９５を介しファイバ端から放射される光は、光学軸ＯＡに沿った焦点が光の波長に依存して異なる距離に存在するように軸方向色分散（axial chromatic dispersion）を与えるレンズを含む光学系部１５０により焦点を合わせられる。光は加工物表面１９０上に焦点を合わせられる。加工物表面１９０で反射すると、反射光は、限界光線ＬＲ１とＬＲ２により例示されるように光学系部１５０により開口部１９５上に再び焦点を合わせられる。軸方向色分散のために、１つの波長だけが光学ペン１００から表面１９０までの測定距離に一致する結合位置までの距離ＦＤを有することになる。表面１９０で最も良く焦点を合わせられた波長はまた開口部１９５において最も良く焦点を合わせられた反射光の波長となる。開口部１９５は、主に最も良く焦点を合わせられた波長が開口部１９５を通過して光ファイバケーブル１１２の芯に入るように反射光を空間的にろ過する。光ファイバケーブル１１２は、支配的輝度を有する波長（加工物表面１９０までの測定距離に対応する）を判断するために利用される波長検出器１６２へ反射信号光を送る。
【００２６】
電子部分１６０は、光ファイバ結合器１６１、光ファイバ結合器１６１と波長検出器１６２間の光ファイバ１１２Ｂ、光ファイバ結合器１６１と光源１６４間の光ファイバ１１２Ａ、信号処理装置１６６、およびメモリ部１６８を含む。波長検出器１６２は、分散素子（例えば格子）が光ファイバケーブル１１２、光ファイバ結合器１６１および光ファイバ１１２Ｂを介し反射光を受光するとともに分光強度プロフィール結果を検出器アレイ１６３へ送る、分光計配置を含む。
【００２７】
信号処理装置１６６により制御される光源１６４は、光ファイバ１１２Ａに結合され、そして光ファイバ結合器１６１（例えば、２×１光ファイバ結合器）を通って光ファイバケーブル１１２に結合される。上述のように、光は、焦点距離が光の波長とともに変化するように縦色収差を生成する光学ペン１２０を伝播する。ファイバを介し最も効率的に返送される光の波長は表面１９０上に焦点が存在する波長である。検出器アレイ１６３の測定軸に沿った画素アレイ全体に分散された分光強度プロフィールを受信するとともに対応するプロファイルデータを供給するように動作する波長検出器１６２に光の約５０％が向けられるように、反射された波長依存光は次に光ファイバ結合器１６１を再び通過する。表面までの測定距離はメモリ部１６８に格納された距離較正ルックアップテーブルを介し判断される。光源１６４は、本発明による蛍光体をベースとした高輝度光源構成（例えば、図２〜図４に示す光源構成の１つ）を含むことができる。以下にさらに詳細に説明されるように、このような光源構成は小スペースにおいて高輝度光を光ファイバ端に経済的に結合するのに特に好都合であり、また高速ストローブの可能性を与えるものである。したがって、このような光源構成はそれ自体が新規であるだけでなく、光ファイバを含む光路を介し光源を加工物まで運ぶＣＰＳシステム、ある種の分光計システムなどのホストシステムの経済性と有用性を特に高めることができる。
【００２８】
図２には、ホストシステム（例えばＣＰＳシステム）で（あるいはそれと共に）使用される本発明による１つの例示的光源構成２００を示す。したがって、光源構成２００は、信号線２４５を介しホストシステム制御装置１６６’（例えば、ＣＰＳ制御装置／信号処理装置）に結合され、光ファイバ１１２Ａ’（例えば、図１に示す光ファイバ１１２Ａおよび／または１１２）を介しホストシステム光アプリケーション１２０’（例えば、光学ペン）に光学的に結合され得る。
【００２９】
光源構成２００は可動部材アクチュエータ２０４に取り付けられる可動部材２０２を含む。図示の実施形態では、可動部材２０２は回転可能ディスクの形式をとり、図示の実施形態の可動部材２０２の面にほぼ垂直に延びる軸２０７を中心として回転可能である。可動部材２０２は、リニアアクチュエータ２０８（例えば、小型の精密リニアモータまたはモータおよび主ネジ）に取り付けられるロータリーアクチュエータ２０６（例えば、小型の精密回転モータ）に取り付けられる。したがって、図示の実施形態では、ロータリーアクチュエータ２０６とリニアアクチュエータ２０８は併せて可動部材アクチュエータ２０４を形成する。いくつかの実施形態では、回転可能ディスクは１２、２５または５０ミリメートル程度などの直径を有し、５０００または１０，０００ｒｐｍまたはそれ以上で回転されてよい。発光蛍光体領域（または組成物）２１０（例えば、層または被膜など）は可動部材２０２に関連付けられ、例えば発光蛍光体領域２１０は図示のように可動部材２０２の表面全体にわたってまたはその上に配置される。
【００３０】
発光蛍光体領域２１０は広帯域光（例えば、ＣＰＳシステムアプリケーションに使用する場合、４００〜７００ｎｍ）を生成するのに好適なタイプの蛍光体混合物を含んでよい。例えば、蛍光体混合物は、青色放射蛍光体、緑色放射蛍光体、および／または赤色放射蛍光体の組み合わせを含んでよい。本発明における広帯域光の生成に使用されるのに好適なタイプの蛍光体混合物については、米国特許第６，２５５，６７０号、米国特許第６，７６５，２３７号、米国特許第７，０２６，７５５号、米国特許第７，０８８，０３８号に開示される。これらの特許は、広帯域光を出射する連続波ＵＶ  ＬＥＤに密接触または隣接面接触する蛍光体混合物について記載している。その代わりまたは追加として、本発明における使用に好適なタイプの蛍光体混合物は、米国特許第６，０６６，８６１号、米国特許第６，４１７，０１９号、米国特許第６，６４１，４４８号に開示される。これらの特許は、連続青色ＬＥＤ光を吸収し広帯域光を出射するＹＡＧ−Ｃｅ+ベースの蛍光体混合物について記載している。
【００３１】
光源構成２００はさらに、照射スポット２２４において発光蛍光体領域２１０を照射する入射光Ｌ1を供給または発生する入射光源２１２を含む。照射スポット２２４は、以下に詳細に説明されるように放射光出射結合領域２１６に対し固定される。光源構成２００はまた、電力および／または信号線２４０を介しリニアアクチュエータ２０８に、電力および／または信号線２４１を介しロータリーアクチュエータ２０６に、そして電力および／または信号線２４２を介し入射光源２１２に作動可能に連結される光源制御装置２１８を含む。
【００３２】
図示の実施形態では、入射光源２１２からの入射光Ｌ1が可動部材２０２を透過し、その放射光を受光する光ファイバ１１２Ａ’の近くの可動部材２０２の反対側に配置された発光蛍光体領域２１０上の照射スポット２２４を照射するように、可動部材２０２は入射光Ｌ1に対し実質的に透過性である材料で作られる。本発明の様々な例示的実施形態によると、入射光源２１２は高輝度入射光を供給するスミレ色（例えば４０５ｎｍの波長）ダイオードレーザー（例えば５００ｍＷ、１Ｗ）などのレーザー光源であってよい。様々な実施形態では、発光蛍光体領域２１０の小さな領域からの所望レベルの高輝度の広帯域放射を実現するために、いくつかの特に好適な実施形態では、入射光源２１２は１００ミクロン程度（または詳細には１５０ミクロン）の直径を有し得る照射スポット２２４において２ミリワット／ｍｍ2から１０，０００ワット／ｍｍ2以上の平均輝度を供給するように構成されてよい。１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）または複数のレーザーダイオードを使用して入射光源２１２を形成してもよい。
【００３３】
さらに、入射光源２１２はホストシステムの測定速度以上であってよい高輝度変調速度（例えば、１ＫＨｚ程度またはさらに好ましくは３０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ）を好ましくはサポートする。具体的には、入射光源２１２の輝度はパルス幅変調技術（ＰＷＭ）および／または振幅変調技術を使用し電子的に変調されてよい。光源制御装置２１８は少なくとも１パルス持続時間で入射光源２１２を動作させるように構成されるが、いくつかの実施形態では５０〜２００ｎｓ（すなわち５〜２０ＭＨｚ）程度であるパルス持続時間であってもよい。一例では、読み取り時間（例えば５０μｓまたは３３μｓなど）より２５５倍短い時間増分（例えばパルスまたはクロックサイクル）、すなわち約１９６ｎｓ（５０μｓ／２５５）または１２９ｎｓ（３３μｓ／２５５）などのパルスまたはクロックサイクル期間に基づいて入射光源を動作させることにより８ビットの輝度レベル変化を実現することができる。
【００３４】
任意選択的に、いくつかの実施形態では、照射スポット２２４の所望サイズを提供するために、光源構成２００の一組の入射光路光学素子は入射光源２１２と可動部材２０２と発光蛍光体領域２１０との間に配置される１つ以上のレンズなどの第１のリレー光学系２１９を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源構成２００はまた、例えば１つ以上のレンズなどの任意選択的な第２のリレー光学系２２２と、ファイバ端２１４を含む光ファイバ１１２Ａ’と、を含む一組の出射光路光学素子２２０を含むことができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、一組の出射光路光学素子２２０は光源構成から省略されてもよい、および／またはホストシステム光アプリケーション１２０’などの一部として定義されてもよい。いずれにせよ、一組の出射光路光学素子２２０は、設けられた場合、放射光出射結合領域２１６から出射光Ｌ2を受光するように配置された入射開口部（例えば、第２のリレー光学系２２２および／またはファイバ端２１４により定義された開口部）を提供することができる。いくつかの実施形態では、放射光出射結合領域は、出射光ファイバの端に実際に結合される放射光（例えば、ファイバ端２１４に結合される出射光Ｌ2）を生成する領域として定義されてよい。放射光がホストシステムなどに含まれる未定義の素子に出射される様々な他の実施形態では、以下にさらに説明されるように、放射光出射結合領域は照射スポットを囲む励起蛍光体スポットと同一の広がりを持つように定義されてもよい。
【００３５】
動作中、光源制御装置２１８は、様々な実施形態および／またはアプリケーションでは、照射スポット２２４を横切る、発光蛍光体領域２１０の２．５ｍ／ｓ、５ｍ／ｓ、７．５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、または５０ｍ／ｓ以上の少なくとも１つの速度を与えるように、可動部材アクチュエータ２０４を動作させる。可動部材アクチュエータ２０４がロータリーアクチュエータ２０６とリニアアクチュエータ２０８を含む図示の実施形態では、例えば、発光蛍光体領域２１０の１つのトラックが動作不能になった場合に発光蛍光体領域に沿って新しいトラックを内側に放射状に設けるために、ロータリーアクチュエータ２０６は円盤状の可動部材２０２を回転させるように構成され制御され、リニアアクチュエータ２０８は円盤状の可動部材２０２を照射スポット２２４に対して直線的に移動するように構成され制御される。したがって、一般には、照射スポット２２４は、円盤状の可動部材２０２の周縁部とその中心点間の任意の場所でほぼ円形および／または螺旋状経路に沿って発光蛍光体領域２１０を横切ることができる。いくつかの実施形態では、リニアアクチュエータ２０８は省略されてよく、単一トラックを発光蛍光体領域２１０に沿って使用することができる。いずれにせよ、照射スポット２２４に対する発光蛍光体領域２１０の相対運動により発光蛍光体領域２１０が高輝度光を持続的に発生できるようにし、これにより長い寿命にわたって高輝度ストローブサイクル（例えば５０μｓまたは３３μｓ程度またはそれ以下の露光時間）を支持する。
【００３６】
入射光Ｌ1により照射されると、照射スポット２２４における発光蛍光体領域２１０は出射光を放射する。具体的には、発光蛍光体領域２１０は第１の波長（または波長範囲）を有する入射光Ｌ1を吸収し、第１の波長と異なる（一般的には第１の波長より長い）第２の波長範囲を有する出射光を放射する。放射光出射結合領域２１６内の発光蛍光体領域２１０から放射された出射光はさらに出射光Ｌ2として集められ、ホストシステム光アプリケーション１２０’（例えばホストシステムがＣＰＳシステムである場合、光学ペンなど）に供給されるためにファイバ端２１４に入射される。このとき、ホストシステム光アプリケーション１２０’は供給された光を使用して照射動作および／またはクロマティック共焦点感知動作などの光操作を行うことができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、照射スポット２２４は５〜１０ミクロン程度の直径を有することができる。発光蛍光体領域２１０は、照射スポット２２４より大きくそしてそれを囲む励起蛍光体スポット（例えば１５０ミクロンの励起スポット径を有する）から光を放射することができる。いくつかの実施形態では、ファイバ端は５０〜１００ミクロン程度の直径を有することができる。照射スポット２２４および／または放射光出射結合領域２１６から一組の出射光路光学素子２２０の入射開口部（例えば、第２のリレー光学系２２２および／またはファイバ端２１４により定義された開口部）までの距離は１５０〜３００ミクロン程度で設定されてよい。
【００３８】
本発明の様々な例示的実施形態によると、可動部材アクチュエータ２０４の速度すなわち詳細には発光蛍光体領域２１０が照射スポット２２４を横切る速度は消光を低減しかつ発光蛍光体領域２１０の光退色または変退色を最小限にするように設定される。関連する様々な考察の概要は図５を参照して以下に述べられる。簡潔には、光退色は、蛍光団を刺激して蛍光を発生させるのに必要な光露光による蛍光体材料内の蛍光団の光化学的破壊である。したがって、露光サイクル数だけでなく光露光の強度または時間幅を減少させることにより光退色を制御することができる。蛍光体領域を励起して高輝度光を放射させるために入射光の一定の強度が必要とされるので、入射光の強度は所望の動作レベルより低くできない。したがって、本発明の様々な例示的実施形態によると、光退色を低減するために、光露光時間幅と露光サイクル数(すなわち吸収・放射サイクル)は蛍光体領域を動かすことにより制御される。光退色は蛍光体材料の光に対する累計露光すなわち（露光強度）×（光露光時間幅）×（露光サイクル数）に相関すると考えられる。光退色の低減は、ひいては、安定でかつ長寿命を有する高輝度光源構成をもたらす。したがって、特定の発光蛍光体領域２１０の特性に依存し、光源構成の寿命は、（発光蛍光体領域２１０が適用される可動部材の総面積）／（照射スポット２２４の面積）×（露光時間幅）×（露光サイクル数）のように概算することができる。様々な実施形態では、可動部材に関連する発光蛍光体領域は照射スポットおよび／または放射光出射結合領域の公称面積の数倍の領域にわたって分散される。いくつかの実施形態および／またはアプリケーションでは、光源構成の寿命を望ましいレベルまで延ばすために、発光蛍光体領域を励起蛍光体スポットまたはトラックおよび／または放射光出射結合領域の面積の少なくとも２５倍または５０倍の領域にわたり分布させることが好ましいかもしれない。より厳しいアプリケーションに好適ないくつかの実施形態では、光源構成の寿命を望ましいレベルまで延ばすために（例えば、いくつかの実施形態では１０，０００〜５０，０００時間程度の寿命）、発光蛍光体領域を照射スポットおよび／または放射光出射結合領域の面積の少なくとも１００倍、２００倍、または５００倍以上の領域にわたって分布させることが好ましいかもしれない。
【００３９】
入射光露光時間幅は、入射光源２１２を動作させるために使用されるパルス持続時間を例えば最大でも５０μｓまたは必要に応じ３３μｓ以下まで制限することにより制御することができる。本発明の様々な実施形態によると、発光蛍光体領域２１０の特定領域への入射光露光時間幅はさらに、特定の速度で照射スポット２２４に対して発光蛍光体領域２１０を動かすことにより制御（制限）される。発光蛍光体領域２１０が動くにつれ、照射スポット２２４内に当初存在した発光蛍光体領域２１０の部分はその部分への露光時間幅を制限するように照射スポット２２４を離れる。
【００４０】
発光蛍光体領域２１０の特定領域の露光サイクル総数もまた、照射スポット２２４に対して発光蛍光体領域２１０を動かすことにより制御することができる。いくつかの実施形態では、照射スポット２２４は、螺旋経路に沿って発光蛍光体領域２１０を横切ることができ、したがって発光蛍光体領域２１０の全領域が使用されかつ発光蛍光体領域２１０のいかなる特定部分もその空乏を生じさせない合理的時間量の間、入射光Ｌ1に露光される。いくつかの実施形態では、螺旋経路は予め定義された制御回数だけ繰り返されてよい。例えば、ロータリーアクチュエータ２０６は、照射スポット２２４が可動ディスク２０２の周囲に沿った円形のトラックに沿って発光蛍光体領域２１０を制御回数（サイクル数）だけ横切るように円盤状の可動部材２０２を回転させることができる。このとき、リニアアクチュエータ２０８は、照射スポット２２４が可動部材２０２に沿って新しい円形トラックに対し径方向内向きに配置されるように可動部材２０２を移動することができる。その後、ロータリーアクチュエータ２０６は、照射スポット２２４が新しい円形トラックに沿って制御回数（サイクル数）だけ発光蛍光体領域２１０を横切るように可動部材２０２を回転させることができる。この処理は、照射スポット２２４が可動部材２０２上で径方向内向きに位置する毎に繰り返されてよい。
【００４１】
ロータリーアクチュエータ２０６は可動部材２０２を一定線形速度（例えば２．５ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓ）、一定角速度（例えば４００ｒｐｓ〜８００ｒｐｓ）、可変線形速度、または可変速度で回転させることができるということに留意すべきである。一定角速度が使用された場合、照射スポット２２４が発光蛍光体領域２１０を横切る線形速度を、円盤状の可動部材２０２に対する照射スポット２２４の放射状の位置に依存して変更することができる。発光蛍光体領域２１０全体にわたって光退色を一様に低減するために、光露光時間幅または露光サイクル数を制限する際、線形速度を変えることを考慮すべきである。例えば、円盤状の可動部材２０２全体にわたって放射状に外へ向かう円形経路と比較して径方向内向きの円形経路では回転数（したがって露光サイクル数）を低減することができ、したがって累計露光時間（露光時間幅×露光サイクル数）は発光蛍光体領域２１０の様々な部分にわたってほぼ同じとなる。
【００４２】
図３には、本発明の様々な例示的実施形態による別の実施形態の蛍光体ベースの高輝度光源構成２００’を示す。図３では、図２におけるものと同一または類似の要素には同一または類似の参照番号が付される。図３の構成２００’は、入射光源２１２が一組の出射光路光学素子２２０と同じ側（可動部材２０２と発光蛍光体領域２１０に対し）に位置するという点で図２の構成２００と異なる。様々な実施形態では、出射光Ｌ2に寄与するために、表面に向かって放射された光の一部が反射されるように可動部材２０２が、放射光を実質的に反射する材料からなる表面を含むと好ましい。
【００４３】
図３に示す特定の実施形態では、動作中、入射光源２１２からの入射光Ｌ1は、１つ以上のレンズ２２３、光ファイバセグメント３１２ａ、３１２ｂ、およびオプションレンズ２２２’を含む一組の入射路光学素子により受光される。光ファイバセグメント３１２ａは、２つのファイバセグメントが一緒に入射光ファイバを形成するように光ファイバ結合器３１７において光ファイバセグメント３１２ｂに結合される。照射スポット２２４において発光蛍光体領域２１０を照射するために、入射光源２１２からの入射光Ｌ1は一組の入射光路光学素子を通って伝搬し、ファイバ端２１４’および／またはオプションレンズ２２２’により設けられた出射開口部を介し一組の入射光路光学素子から出射する。先に概要を述べたように、発光蛍光体領域２１０から放射された光（そして場合により入射光Ｌ1の反射されたある部分）の出射光Ｌ2への寄与を最大化するために、可動要素２０２（またはその中またはその上に含まれる表面）は入射光Ｌ1および発光蛍光体領域２１０から放射された光を実質的に反射する材料から作られてよい。
【００４４】
図３に示す実施形態では、照射スポット２２４は放射光出射結合領域２１６にほぼ一致することができる。いくつかの実施形態では、放射光出射結合領域は、出射光ファイバ端に実際に結合される放射光（例えば、ファイバ端２１４’に結合される出射光Ｌ2）を生成する領域として定義されてもよい。放射光がホストシステムなどに含まれる未定義の素子に出射される他の様々な実施形態では、放射光出射結合領域は照射スポットを囲む励起蛍光体スポットと同一の広がりを持つように定義されてもよい。いくつかの実施形態では、以下にさらに詳細に説明されるように、励起蛍光体スポットおよび関連する励起蛍光体トラック（可動要素２０２が動くにつれて励起蛍光体スポットがそれに沿って動く）は照射スポット２２４よりいくぶん大きい（広い）かあるいは著しく大きくてもよい。図３に示す実施形態では、出射光Ｌ2は、オプションレンズ２２２’、光ファイバセグメント３１２ｂおよび光ファイバ１１２Ａ’を含む一組の出射光路光学素子の入射開口部に入射する。光ファイバセグメント３１２ｂは、２つのファイバセグメントが一緒に出射光ファイバを形成するように光ファイバ結合器３１７において光ファイバ１１２Ａ’に結合される。先に図２を参照し概要を述べたように、一組の出射光路光学素子を通る出射光Ｌ2はホストシステム光アプリケーション１２０’に入射される。図２に示す光源構成２００を参照して先に概要を述べたのとほぼ同様にして、光源構成２００’を動かすおよび／または制御することができる。
【００４５】
入射開口部と出射開口部は単一開口部により設けることができるので、図３の実施形態は一組の入射光路光学素子２２３の出射開口部と、一組の出射光路光学素子の入射開口部および／または照射スポット２２４および／または励起蛍光体スポットとをアライメントする必要がないという点で好ましい。
【００４６】
図４には、本発明の様々な例示的実施形態によるさらに別の実施形態の蛍光体ベース高輝度光源構成２００’’を示す。図４では、図２、図３のものと同一または類似の要素には同一または類似の参照番号が付される。図４の構成２００’’は、図示の実施形態の出射光Ｌ2にアライメントされる可動部材２０２が光源構成２００’’の光学軸にほぼ垂直に延びる軸２０７’を中心として回転するように構成されるという点で図３の構成２００’とは異なる。本実施形態では、発光蛍光体領域２１０はほぼ円盤状の可動部材２０２の「縁」（幅「Ｗ」を有する）上でかつそれに沿って設けられる。
【００４７】
入射および出射光路は、図３の実施形態における同様の素子の動作についての先の説明から類推によって把握され、ここではさらに説明する必要はない。図３の実施形態と同様に、可動要素２０２あるいはその中またはその上に含まれる表面は先に説明された理由のために入射光Ｌ1と出射光Ｌ2をほぼ反射する材料で作られることが好ましい。
【００４８】
図４に示す実施形態は、大面積の発光蛍光体領域を可動要素２０２の縁上に設けることができ、そして幅Ｗの方向に沿った比較的小さな動きだけにより全領域を照射スポットに位置付けることができるという点で好ましいかもしれない。したがって、図２および／または図３を参照して説明したものとの比較では、動作制御システムは単純化されてさらにコンパクトかつ経済的にすることができる。様々な実施形態および／またはアプリケーションでは、動作中、光源制御装置２１８は、照射スポット２２４を横切る発光蛍光体領域２１０の２．５ｍ／ｓ、５ｍ／ｓ、７．５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、または５０ｍ／ｓ以上の少なくとも１つの表面速度を与えるように可動部材ロータリーアクチュエータ２０６を動作させる。可動部材アクチュエータ２０４がリニアアクチュエータ２０８を含む図示の実施形態では、リニアアクチュエータ２０８は幅Ｗの方向に沿って円盤状の可動部材２０２を照射スポット２２４に対し直線的に移動させるように構成され制御される。したがって、一般には、照射スポット２２４は、円盤状の可動部材２０２の縁との間の任意の場所でほぼ円形および／または螺旋状の経路に沿って発光蛍光体領域２１０を横切ることができる。いくつかの実施形態では、リニアアクチュエータ２０８を省略することができ、発光蛍光体領域２１０に沿って単一トラックを使用することができる。いずれにせよ、照射スポット２２４に対する発光蛍光体領域２１０の相対運動により発光蛍光体領域２１０が高輝度光を持続的に発生できるようにし、これにより望ましくない消光と光退色を回避する一方で、長寿命にわたって高輝度ストローブ周期（例えば５０μｓ程度または３３μｓ程度またはそれ以下の露光時間）を支持する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、発光蛍光体領域２１０の任意の部分が入射光に一回だけ露光されるように、照射スポット２２４はほぼ螺旋状の経路に沿って発光蛍光体領域２１０を横切ることができる。他の実施形態では、ほぼ螺旋状の経路を制御回数（サイクル数）だけ横切ることができる。さらに他の実施形態では、照射スポット２２４が幅Ｗの一方の端部に近い円形経路に沿って発光蛍光体領域２１０を制御回数（サイクル数）だけ横切るように、ロータリーアクチュエータ２０６は円盤状の可動部材２０２を回転させることができる。このとき、リニアアクチュエータ２０８は、照射スポット２２４が幅Ｗに沿って移動されるように可動部材２０２を移動することができる。その後、照射スポット２２４が前述の円形経路からずれた新しい円形経路に沿って（幅Ｗに沿って）発光蛍光体領域２１０を制御回数だけ横切るように、ロータリーアクチュエータ２０６は可動部材２０２を回転させることができる。この処理は、必要に応じ、結果として生じる円形経路が幅全体Ｗをカバーするまで光源の寿命まで繰り返されてよい。
【００５０】
図５には、本発明の様々な例示的実施形態による光源構成を動作させる際になされるべきいくつかの考察を示す。簡潔には、図５には、発光蛍光体領域５１０を含む可動部材の移動基板部５０２と、ファイバ端５１４を有する光ファイバ５１２ｂとを示す。図５に示すように、ファイバ端５１４は有効開口径ＤＡを有する。明確にするために、移動基板部５０２にほぼ垂直な角度の小範囲内の光線だけを以下に図示し説明する。本発明による光源構成では追加の光線が動作可能であることは当業者により把握されるべきである。しかしながら、本発明の様々な例示的実施形態による光源構成の基本的動作および設計考察点は、図示され説明される光線の考察により理解することができる。
【００５１】
動作中、ファイバ端５１４はレーザーダイオード、ＬＥＤ（図示せず）などの光源から光ファイバ５１２ｂを通って伝った入射光Ｌ1の出射開口部を提供する。入射光Ｌ1は、時刻ｔ０に、放射光出射結合領域５１６の中心に位置する照射スポット５２４における発光蛍光体領域５１０に到達する。図５に示す実施形態では、光ファイバ５１２ｂの特性（例えば、開口径ＤＡと受光角ＡＣＣＥＰＴ）は、ファイバ端５１４と発光蛍光体領域５１０間の隔離距離ＳＯと組み合わせて、照射スポット５２４と放射光出射結合領域５１６の寸法を決定する。図示の実施形態では、放射光出射結合領域５１６は、ファイバ端５１４に実際に結合される放射光（例えば出射光Ｌ2）を生成する領域である。照射スポット５２４の直径ＤＳと放射光出射結合領域５１６の直径ＤＲは、この特定の実施形態ではほぼ同じ（例えば、［ＤＡ＋２×ＳＯ×ｔａｎ（ＡＣＣＥＰＴ）］程度）であってよい。また図５に示すのは、励起蛍光体スポット５２８および関連する励起蛍光体トラックＥＰＴ（励起蛍光体スポット５２８はこれに沿って動く）である。発光蛍光体領域５１０は照射スポット５２４の直径ＤＳより大きい励起蛍光体直径ＤＥＰを呈してよいが、様々な設計および動作考察点をより単純かつ明確に説明する目的のために、ここでは励起蛍光体直径ＤＥＰが放射光出射結合領域５１６の直径ＤＲよりあまり大きくないと仮定する。発光蛍光体領域５１０は時刻ｔ０に照射され「瞬間的に」放射面位置ＥＳＬ（ｔ０）から出射光５４０を放射し始めるということも仮定する。これらの仮定はあくまでも便宜上のものであり、本発明はこれらの仮定に限定されないというべきである。これらの仮定によると、図５には、時刻ｔ０に照射スポット５２４上の中心にある励起蛍光体スポット５２８に一致する放射面位置ＥＳＬ（ｔ０）と、放射面位置ＥＳＬが励起蛍光体トラックＥＰＴに沿って進むにつれて時間Δｔが経過した後のこの特定の励起蛍光体スポット５２８の対応する移動された放射面位置ＥＳＬ（ｔ０＋Δｔ）と、を示す。移動基板部５０２が速度ｖで図示のように動けば、移動された放射面位置ＥＳＬ（ｔ０＋Δｔ）は初期の放射面位置ＥＳＬ（ｔ０）に対し変位ｄ（Δｔ）＝（ｖ×Δｔ）に存在することが把握される。
【００５２】
説明の目的のために、図５は、一般的時刻ｔに放射面位置ＥＳＬ（ｔ）に存在する特定の励起蛍光体スポット５２８が３つの代表的な光寄与領域ＣＲｌｏｗ、ＣＲｍｅｄ、ＣＲｈｉｇｈを含むということを示す。すべての光寄与領域、ＣＲｌｏｗ、ＣＲｍｅｄ、ＣＲｈｉｇｈは時刻ｔ０にファイバ端５１４に入射し得る出射光５４０を供給するものである。その後、発光蛍光体領域５１０がΔｔより長い放射時間にわたって光を放射したと仮定すると、光寄与領域ＣＲｌｏｗは放射光出射結合領域域５１６から外れて、ファイバ端５１４に入射する出射光Ｌ2への著しい寄与をやめるように光移動基板部５０２の運動方向に沿ってファイバ端５１４から離れた変位に到達する最初の領域となる。その後しばらくして、光寄与領域ＣＲｍｅｄはファイバ端５１４から離れた同様な変位であって移動基板部５０２の運動方向に沿った放射光出射結合領域５１６の外側の同様な変位に到達し、したがって光寄与領域ＣＲｍｅｄもまたファイバ端５１４に入射する出射光Ｌ2への著しい寄与をやめる。最後に、光寄与領域ＣＲｈｉｇｈはファイバ端５１４と放射光出射結合領域５１６を横切ることを終了するとともに（図５に示す期間Δｔ後のある時点で）、ファイバ端５１４に入射する出射光Ｌ2への著しい寄与をやめるように変位に到達する。
【００５３】
上に概説された単純モデルを使用すると、ｔ０後の任意の時刻ｔにファイバ端５１４に入射する出射光Ｌ2は、放射面位置ＥＳＬ（ｔ）と放射光出射結合領域５１６とのオーバーラップ領域であるクロスハッチ領域５５０にほぼ比例する。ＤＥＰはＤＲとあまり異なっておらず、発光蛍光体領域５１０は（ＤＲ／ｖ）および／または（ＤＥＰ／ｖ）より長い放射時間にわたって光を放射すると仮定すると、クロスハッチ領域５５０の時間積分は、時間とともに発光蛍光体領域５１０からファイバ端５１４に入射される光エネルギーにほぼ比例する。
【００５４】
しかしながら、発光蛍光体領域５１０からファイバ端５１４に入射される光エネルギーの比率を最大化することに関し複数の動作考察事項が存在する。一考察によると、発光蛍光体領域５１０は、出射光５４０のすべてまたは大部分がファイバ端５１４に近接した放射光出射結合領域５１６内に放射される（例えば、放射光出射結合領域５１６から放射面位置ＥＳＬ（ｔ）が離される前に）ように、（ＤＲ／ｖ）より短い放射時間にわたって光を放射することが望ましい。しかしながら、別の考察によると、ファイバ端５１４に入射される光源エネルギーの望ましい比率は、極めて高くなければならず、かつ本発明による光源構成により、蛍光体領域の一般的な放射時間より著しく長い（例えば、４００ｎｓ程度の典型的な放射時間より長い）時間にわたって維持されなければならない。さらに、蛍光体領域は「疲労」または急冷するかもしれず、その本来の効率で再び光を放射するように照射され得る前にある回復時間を必要とするかもしれない。例えば、その初期の放射時間中の追加の照射は全く非効率かもしれない。したがって、この考察によると、発光蛍光体領域５１０からファイバ端５１４へ入射される高い持続速度の光源エネルギーに関し、発光蛍光体領域５１０の新しい部分が照射スポット５２４に位置し、ファイバ端５１４への入射のために新しくかつ効率的な放射光源を供給するように照射されるように、例えば概して蛍光体領域の放射時間程度の時間後に放射面位置ＥＳＬ（ｔ）（例えば励起蛍光体スポット５２８）をファイバ端５１４から離すことが望ましい。
【００５５】
上に概説された所望条件はある程度相反するものであり、これらは互いにバランスがとれていなければならないということが分かる。実際上、放射面位置ＥＳＬ（ｔ）がほぼＤＥＰ／２および／またはＤＲ／２だけ移動した後、オーバーラップ領域５５０はある増加率で減少し始める。したがって、ほぼＴＥ（通常は５０〜４００ｎｓ）の蛍光体領域放射時間（すなわち減衰時間）が与えられると、ほぼＤＥＰ／ＴＥ〜ＤＥＰ／（２×ＴＥ）またはＤＲ／ＴＥ〜ＤＲ／（２×ＴＥ）程度などの速度で蛍光体領域を動かすことがいくつかの実施形態では望ましいかもしれない。このような場合、放射面位置ＥＳＬ（ｔ）から利用可能な放射光の大部分はファイバ端５１４へ入射され、同時に発光蛍光体領域５１０の新しい部分は照射スポット５２４の多くを埋めるように配置されてよい。いくつかの実施形態では、照射スポット５２４は連続的に照射されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、レーザーダイオードパワーも効率的に使用しながらファイバ端５１４に入射される高い持続速度の放射光を維持するために、ＴＥ程度の照射サイクル時間間隔で短いパルスの光で（例えば、ＴＥの半分またはそれ以下などのＴＥより著しく短いパルス幅を使用することにより）照射スポット５２４を照射することが好ましいかもしれない。当然ながら、いくつかの実施形態では、より良好なエネルギー効率のためにあるいはより高い放射光エネルギー入射速度を実現するために、より遅いまたは速い運動速度が適切な照射速度（例えば、適切な照射ストローブ速度、または連続照射）でそれぞれ使用されてもよい。したがって、先の動作条件提案は単に例示であって限定するものではない。いずれにせよ、図５に示す光源構成は比較的高いパワーレベルで高輝度光を小スペースの光ファイバ端に経済的に結合するのに特に好都合である。この点に関し１つの重要な特徴は、このような小領域においてこのような高い光強度とパワーレベルで、本来であれば蛍光体領域に生じるであろう放射光の消光を回避するために、発光蛍光体領域が照射スポット５２４において高速度でリフレッシュされるように動かされるということである。別の重要な特徴およびいくつかの実施形態は、ファイバ端５１４が単純な光学素子により（あるいは光学素子無しで）小スペースにおいて（例えば、極めて短い光路に沿って）励起蛍光体スポット５２８からの光の比較的大部分を受光するようにさらにファイバ端５１４に近接して配置される小さな照射スポット５２４と小さな励起蛍光体スポット５２８の両方に、光エネルギーが高度に集中されるということである。
【００５６】
図６は本発明による光源構成６００の図である。図１〜５の２ＸＸ、３ＸＸおよび／または５ＸＸ系の数字と同じ「ＸＸ」添字を有する図６の６ＸＸ系の数字は、特記ある場合を除き類似または同一の素子を示す。したがって、光源構成６００の動作は、先の図の説明から類推することによってほぼ把握され、動作のいくつかの態様だけがここでは説明される。具体的には、図６には、先に説明された実施形態とは異なる蛍光体サブ領域を含む光パワー感知装置と可動部材６０２を示す。先の実施形態と同様に、可動部材６０２は可動部材６０２の面にほぼ垂直に延びる軸６０７を中心として回転可能なディスクの形式をとってよい。しかしながら、図６に示す実施形態では、発光蛍光体領域６１０は、入射光源６１２からの入射光Ｌ1により照射されるとそれぞれが固有ピーク波長を有する「帯域制限された」出射光Ｌ2’を放射する、異なる蛍光体組成物を有してよい複数の発光蛍光体サブ領域６１０−Ｘを含む。図７と図８を参照して以下にさらに詳細に説明されるように、蛍光体サブ領域６１０−Ｘは、可動部材６０２の周囲にリング（例えば、図６に示す代表的なサブ領域６１０−１、６１０−２および６１０−３により示される）または同心リングのセグメントなどの所望のパターンで構成されてよい。
【００５７】
光源構成６００はさらに、ビームスプリッタ６１５とパワーセンサ６１７とを含む光パワー感知装置を含む。動作中、ビームスプリッタ６１５は、出射光Ｌ2’の一部を、信号線６４３により光源制御装置６１８に接続され得るパワーセンサ６１７に反射する。光源制御装置６１８は、パワーセンサ６１７からの信号に基づいて出射光Ｌ2’のパワーを監視するとともに入射光源６１２への電力を調整し、これにより入射光Ｌ1と出射光Ｌ2’のパワーを閉ループで制御する（例えば、入力電源における電位変動および／または可動部材６０２の揺らぎなどの光路変動などにもかかわらず所望のパワーレベルで出射光を供給するために）ように構成されてよい。１つのアプリケーションでは、光源構成６００は、図１に示すクロマティックポイントセンサ１００などのホストシステムにおける自動利得調整の目的のために入射光Ｌ1と出射光Ｌ2’のパワーを調節する（クロマティックポイントセンサ１００において正規化および／または校正された光レベルおよび／または信号を供給することを含んでよい）。より一般には、このような閉ループ制御は、蛍光体サブ領域（例えば、サブ領域６１０−１、６１０−２および６１０−３）が異なる蛍光体組成物または混合物（異なる光学的蛍光効率を有し得る）を含む場合、特に好ましいかもしれない。このような閉ループ制御は、各サブ領域から同じ（またはサブ領域間で特定の比などの）出射光パワーを供給するように入力電源を調節できるようにする。
【００５８】
動作中、図２および／または図５を参照し説明した方法を用いて発光蛍光体領域６１０のサブ領域を照射することができる。しかしながら、図示の実施形態では、それぞれの発光蛍光体サブ領域６１０−Ｘは異なるそれぞれのピーク波長を有し、所与の時点で複数の異なる発光蛍光体領域６１０−Ｘの１つだけが照射されるとともに光出射結合領域６１６とオーバーラップするので、光源構成６００により出射された特定の波長を判断するために入射光Ｌ1のタイミングと期間を制御してよい。入射光Ｌ1のタイミングと期間を制御する様々な方法については、図７Ａと図７Ｂを参照して以下にさらに詳細に説明する。
【００５９】
図７Ａは、本発明による光源構成において可動部材７０２上に含まれる第１の多波長蛍光体領域構成７１０の図７００である。図７Ｂは、可動部材７０２上の第１の多波長蛍光体領域構成７１０の斜視側面図を示す図７００’である。図６の６ＸＸ系の数字と同じ「ＸＸ」添字を有する図７の７ＸＸ系の数字は特記ある場合を除き類似または同一の素子を示す。したがって、多波長蛍光体領域構成７１０の動作は先の図の説明から類推すれば、ほぼ把握され、その構成と動作のいくつかの態様だけがここでは説明される。多波長蛍光体領域構成７１０を含む可動部材７０２は、先に説明した可動部材（例えば、図２、図３または図６に示す可動部材）で置き換えることができる。
【００６０】
多波長蛍光体領域構成７１０は、可動部材７０２の周囲にリングのセグメントとして配置された発光蛍光体サブ領域（または組成物）７１０−１、７１０−２、７１０−３、７１０−４、７１０−５および７１０−６を含む。一実施形態では、サブ領域７１０−Ｘのそれぞれ（例えば、サブ領域７１０−１、７１０−２など）は、入射光により照射されると固有ピーク波長λＸ（例えば、λ１、λ２など）を有する帯域制限された出射光を生成するように構成される。しかしながら、別の実施形態では、サブ領域７１０−Ｘの少なくとも１つは広帯域出射光を放射する蛍光体混合物または組成物を含むことができる。図７Ａに示すように、発光蛍光体サブ領域７１０−１、７１０−２、７１０−３、７１０−４、７１０−５および７１０−６はそれぞれ角度範囲ＡＲ１＝（θｍａｘλ１−θｍｉｎλ１）、ＡＲ２＝（θｍａｘλ２−θｍｉｎλ２）、ＡＲ３＝（θｍａｘλ３−θｍｉｎλ３）、ＡＲ４＝（θｍａｘλ４−θｍｉｎλ４）、ＡＲ５＝（θｍａｘλ５−θｍｉｎλ５）およびＡＲ６＝（θｍａｘλ６−θｍｉｎλ６）をその中に含む。図７Ａと図７Ｂに示す特定の実施形態では、サブ領域７１０−Ｘは蛍光体無し部分ＰＦにより分離される。しかしながら、他の実施形態では蛍光体サブ領域７１０−Ｘは相互に隣接してよい。
【００６１】
可動部材７０２の位置に関連した照射スポット７２４におけるパワーの制御と同期に依存して、多波長蛍光体領域構成７１０から様々な波長または波長の組み合わせを出射することができるものである。サブ領域７１０−Ｘ（例えば、固有ピーク波長λＸを有する制限されたまたは「単一帯域」出射光）の単一サブ領域から出射光を供給する第１の制御および同期方法によると、入射光源は、可動部材が回転されると照射スポット７２４がサブ領域７１０−Ｘの対応する角度範囲ＡＲＸ内のある位置と一致する場合だけ照射スポット７２４においてパワーを供給するように制御される。一制御方法では、ホストシステムの単一サンプリングまたは撮像期間に関連する照射パワー要件を満たすために、光源は単一の帯域光が可動部材の単一回転中に出射されるように制御される。別の制御方法では、光源は、単一帯域光が可動部材の複数の回転のそれぞれの期間に出力されるように照射スポット７２４に反復パルスパワーを供給するように制御され、そして複数の回転中に供給される電力が、ホストシステムの単一サンプリングまたは撮像期間に関連する照射パワー要件を満たすために積分される。別の制御方法では、複数の異なるサブ領域７１０−Ｘのそれぞれに対応する先に概説された動作を繰り返すことにより、複数の異なる単一帯域スペクトルを出射光に連続して供給することができる。複数の異なる単一帯域スペクトルにより供給される出射光がホストシステムの単一サンプリングまたは撮像期間に関連する照射パワー要件を満たすために積分されると出射光スペクトルはそのサンプリングまたは撮像期間中の異なる単一帯域スペクトルの組み合わせを効果的に含むものである。
【００６２】
様々な実施形態では、多波長蛍光体領域構成７１０が角速度ω（例えば、単一の利用可能な角速度として、またはある範囲の制御可能角速度の１つとして）で可動部材７０２を回転させる能力を含む光源と共に使用されると、ＡＲＸ／ω未満であるパルス持続時間ＴＸの間入射光Ｌ1をパルス化する能力を提供しかつ、照射スポット７２４がそのサブ領域７１０−Ｘ’内に入るように入射光Ｌ1を同期させることにより、任意のそれぞれのサブ領域７１０−Ｘから単一帯域光を供給することができる。
【００６３】
一実施形態では、固有ピーク波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５およびλ６は、約４４８ｎｍ、４９２ｎｍ、５５８ｎｍ、５７１ｎｍ、６２０ｎｍおよび６５２ｎｍの値をそれぞれ有してよい。それらのスペクトルの半値帯域幅はそれぞれ約５３ｎｍ、９７ｎｍ、１０４ｎｍ、７４ｎｍおよび８５ｎｍであってよい。これらの値を生じることができる例示的蛍光体材料は、Phosphortech Inc. (Lithia Springs, GA USA)などの市販供給源から入手可能である。このような材料の例示的組成物は、米国特許第７，１１１，９２１号に開示されている。
【００６４】
図８Ａは、本発明による光源構成における可動部材８０２上に含まれる第２の多波長蛍光体領域構成８１０の図８００である。図８Ｂは、可動部材８０２上に含まれる第２の多波長蛍光体領域構成８１０の斜視側面図８００’を示す図８００’である。図６の６ＸＸ系の数字と同じ「ＸＸ」添字を有する図８の８ＸＸ系の数字は特記ある場合を除き類似または同一の素子を示す。したがって、多波長蛍光体領域構成８１０の動作は、先の図の説明からの類推によってほぼ把握され、動作のいくつかの態様だけがここでは説明される。多波長蛍光体領域構成８１０を含む可動部材８０２は、先に説明した可動部材（例えば、図２、図３または図６に示す可動部材）で置き換えることができる。
【００６５】
図７Ａと図７Ｂを参照して先に概説されたサブ領域７１０−Ｘに使用されたリングセグメントのパターンとは対照的に、多波長蛍光体領域構成８１０は、可動部材８０２上の同心リングまたはトラックとして配置された蛍光体サブ領域（または組成物）８１０−１、８１０−２、８１０−３、８１０−４、８１０−５および８１０−６を含む。一実施形態では、サブ領域８１０−Ｘのそれぞれ（例えば、サブ領域８１０−１、８１０−２など）は、入射光により照射されると固有ピーク波長λＸ（例えば、λ１、λ２など）を有する帯域制限された出射光を生成するように構成される。しかしながら、別の実施形態では、サブ領域８１０−Ｘの少なくとも１つは広帯域出射光を放射する蛍光体混合物または組成物を含むことができる。図８Ａに示すように、発光蛍光体サブ領域８１０−１、８１０−２、８１０−３、８１０−４、８１０−５、および８１０−６はそれぞれ、サブ領域リングまたはトラック幅ＳＲＷ１、ＳＲＷ２、ＳＲＷ３、ＳＲＷ４、ＳＲＷ５およびＳＲＷ６をその中に含む。図８Ａと図８Ｂに示す特定の実施形態では、サブ領域８１０−Ｘは蛍光体無し部分ＰＦにより分離される。しかしながら、他の実施形態では蛍光体サブ領域８１０−Ｘは相互に隣接してもよい。さらに、様々なサブ領域８１０−Ｘはほぼ等しい幅ＳＲＷＸで図示されるが、他の実施形態ではサブ領域８１０−Ｘはほぼ等しい面積または他の所望のパターン関係を与える幅で構成されてよい。一実施形態では、「等面積」構成は、例えば様々なサブ領域において同様な光退色寿命を与えるために、適切に制御された照射スポット位置またはトラックと共に使用されてもよい。
【００６６】
蛍光体領域構成７１０と同様に、可動部材８０２の位置と関連した照射スポット８２４におけるパワーの制御と同期に依存して、多波長蛍光体領域構成８１０から様々な波長または波長の組み合わせを出力することができる。しかしながら、本実施形態では、出射光波長の判断に関係する同期と制御は、回転角よりむしろ照射スポットの半径方向位置を制御する（例えば、図２を参照して先に概要を述べたようにリニアアクチュエータ２０８により制御されるように）。サブ領域８１０−Ｘのうちの単一領域（例えば、制限されたまたは固有ピーク波長λＸを有する「単一帯域」出射光）から出射光を供給する第１の制御および同期方法によると、入射光源は、照射スポット８２４がサブ領域８１０−Ｘの対応するサブ領域幅ＳＲＷＸ内の位置と一致する場合だけ、照射スポット８２４にパワーを供給するように制御される。蛍光体領域構成８１０は、可動部材８０２の回転の一部および／または任意の回転数のいずれかに対し固有ピーク波長λＸを有する光を連続的に出射することができるという点で蛍光体領域構成７１０より好ましい。しかしながら、欠点は、異なる単一帯域の波長間の切り替えが可動部材８０２または照射スポット８２４の半径方向運動により実現されるということであり、これは蛍光体領域構成７１０と共に使用することができる波長切り替え方法より遅いかもしれない。図９には、この欠点を緩和することができる実施形態を示す。
【００６７】
図９は、本発明による光源構成９００の図である。図６の６ＸＸ系の数字または図８Ａおよび８Ｂの８ＸＸ系の数字と同じ「ＸＸ」添字を有する図９の９ＸＸ系の数字は特記ある場合を除き類似または同一の素子を示す。したがって、光源構成９００の動作は、先の図の説明からの類推によってほぼ把握され、動作のいくつかの態様だけがここでは説明される。
【００６８】
一般には、光源構成９００は、発光蛍光体領域９１０から２つの異なる出射光を生じさせる２つの異なる入射光を供給するための手段を含む。具体的には、図９に示す実施形態では、第１の光源９１２Ａは、出射光Ｌ2Aを放射する照射スポット９２４Ａにおいて、発光蛍光体サブ領域９１０−１、９１０−２および９１０−３の１つ（例えばサブ領域９１０−１）を入射光Ｌ1Aで照射するように構成され、第２の光源９１２Ｂは、出射光Ｌ2Bを放射する照射スポット９２４Ｂにおいて、蛍光体サブ領域９１０−１、９１０−２および９１０−３の１つ（例えばサブ領域９１０−２）を入射光Ｌ1Bで照射するように構成される。入射光および出射光の各場合に関連する動作は同様であって、先の図の同様の素子の説明からの類推によって把握される。図９に示す実施形態では、光源９１２Ａは蛍光体サブ領域９１０−１を照射し、第２の光源９１２Ｂは蛍光体サブ領域９１０−２を照射する。可動部材９０２は図８Ａと図８Ｂの可動部材８０２と類似であってよく、サブ領域９１０−１、９１０−２、９１０−３は、先に概要を述べたように、異なるピーク波長を有する光のそれぞれの単一帯域スペクトルを放射する、異なる蛍光体組成物を含むことができる。したがって、光源構成９００は半径方向運動を必要とせずに（例えば、リニアアクチュエータ９０８を使用せずに）異なるサブ領域から出射光Ｌ2AとＬ2Bを好ましくは供給することができる。これは、アクティブな入射を入射光源９１２Ａから９１２Ｂへまたはその逆に切り替えることにより急速に光の波長を切り替えることができる。いくつかの実施形態では、所望の合成スペクトルプロフィールを生成するために出射光Ｌ2Aと出射光Ｌ2Bを同時照射により合成することができる。パワーセンサ９１７Ａと９１７Ｂからの信号は、所望のレベルおよび／または所望の関係に従って、関連する出射光Ｌ2AとＬ2Bのパワーを制御するために使用されてよい。いくつかの実施形態では、出射光Ｌ2Aと出射光Ｌ2Bは同じスペクトルを有してよく、ホストシステム光アプリケーション９２０’に供給されるパワーを増加させる目的のために組み合わせられてよい。他の実施形態では、３つ以上の出射光が異なる蛍光体サブ領域から供給されるように、追加の異なる入射光と出射光を供給することができる。他の実施形態では、個別の光学チャネルまたはファイバ（図示せず）を介し２つ以上の異なる出射光をホストシステム光アプリケーション９２０’に供給することができる。
【００６９】
図１０は、複数の入射光源と光ファイバ束１０１２’の入射端への入射のために集められる出射光を反射する集光鏡１０２８とを含む本発明による光源構成１０００の図である。図９の９ＸＸ系の数字と同じ「ＸＸ」添字を有する図１０の１０ＸＸ系の数字は特記ある場合を除き類似または同一の素子を示す。したがって、光源構成１０００の動作は、先の図の説明からの類推によってほぼ把握され、動作のいくつかの態様だけがここでは説明される。
【００７０】
簡潔には、光源構成１０００と光源構成９００および／または他の前述の実施形態との主な違いは光源構成１０００が集光鏡１０２８を含むということであり、出射光路１０２０は単一の光ファイバまたは図１０に示すファイバ束１０１２’のいずれかを含んでよい。先に概要を述べたように、集光鏡１０２８は、放射光出射結合領域１０１６Ａと１０１６Ｂから様々な方向に放射される出射光を集めるとともに入射される出射光を反射し光ファイバ束１０１２’に集光するように構成される。したがって、この構成は、前述のいくつかの実施形態との比較では、浪費される蛍光体放射光および／または電力を低減することができる。図１０に示す特定の実施形態では、出射光はレンズ１０２２に集光され、レンズ１０２２はさらにこの光を光ファイバ束１０１２’の入射端に集束させる。しかしながら、他の実施形態ではレンズ１０２２は省略されてもよい。ファイバ束１０１２’は単一光ファイバより大きな入射端を提供することができ、出射光をファイバ束１０１２’内に集めるのをより容易にできることが分かる。また、ファイバ束１０１２’の出射（図示せず）は、必要に応じ複数の照射出射チャネルに容易に細分化することができる。集光鏡１０２８は図１０に概略的に示される。実際上、可動部材１００２だけでなく様々な光源とそれらの光路に対するアクセスまたはクリアランスは、集光鏡１０２８内のスロットなどにより与えられてもよい。集光鏡と出射光路要素は、必要に応じ、可動部材１００２に対し図示されたものと異なって配向されてもよい。
【００７１】
一実施形態では、集光鏡装置１０２８は、楕円面の第１の焦点に近接した位置の放射光出射結合領域１０１６Ａ、１０１６Ｂを有する楕円形状の一部と楕円面の第２の焦点に近接した位置の光ファイバ束１０１２’の入射端とに追随するように、成形され配置されてよい。動作中、出射光Ｌ2A、Ｌ2Bは放射光出射結合領域１０１６Ａ、１０１６Ｂから放射するので、楕円状集光鏡装置１０２８は効率的な集光装置でもって出射光Ｌ2A、Ｌ2Bを光ファイバ束１０１２’の入射端上に反射し集束させることができる。別の実施形態では、集光鏡は、照射スポットの像を出射光路光学素子の入射開口部へ転送するように配置された軸外し放物面鏡を含む。所望の倍率（例えば、小型システムおよび／または単独出射ファイバに対しては１の倍率、または出射ファイバ束に対しては１０の倍率）で照射スポットを形成するように様々な異なる集光鏡を構成することができる。いずれにせよ、集光鏡は、可動部材から放射された光の大部分が入射開口部を通して集められ導かれるようにする。
【００７２】
いくつかの実施形態では、照射スポット１０２４Ａと１０２４Ｂ間の分離距離（例えば中心間距離）は、放射光出射結合領域１０１６Ａと１０１６Ｂが互いに隣接して配置されるように短くされる。このような実施形態では、集光鏡１０２８は、放射光出射結合領域１０１６Ａと１０１６Ｂの両方から光を効率的に集めて集光することができる。いくつかの好ましい実施形態では、分離距離は最大でも５００ミクロン、２５０ミクロン、またはそれ以下であってもよい。集光鏡装置は本明細書に開示された他の様々な実施形態の特徴と組み合わせられてもよい。例えば、ファイバ束１０１２’は単一ファイバで置き換えてもよい、および／または３つ以上または１つ以下の入射光源が使用されてもよい。したがって、図１０に示す実施形態は単に例示であって、限定するものではない。
【００７３】
図１１は、出射光Ｌ2’を受光するための複数の光ファイバ端を含む多重ファイバ集光装置１１１３を含む本発明による光源構成１１００の図である。図６の６ＸＸ系の数字と同じ「ＸＸ」添字を有する図１１の１１ＸＸ系の数字は特記ある場合を除き類似または同一の素子を示す。したがって、光源構成１１００の動作は、先の図の説明からの類推によってほぼ把握され、動作のいくつかの態様だけがここでは説明される。
【００７４】
簡潔には、多重ファイバ集光装置１１１３は、放射光出射結合領域１１１６から様々な方向に放射される出射光Ｌ2’を受光するように構成された複数の光ファイバ端を含み、複数の光ファイバを介しこの光を出射光ファイバ１１１２に結合する。したがって、光源構成１０００と同様に、この構成は、前述のいくつかの他の実施形態との比較では、浪費される蛍光体放射光および／または電力を低減することができる。多重ファイバ光収集配置１１１３は図１１に概略的に示される。実際上、多重ファイバ光収集配置１１１３は必要に応じ、可動部材１００２に対し図示されたものと異なって構成および／または配向されてよい。あるいは、多重ファイバ束（例えば、ぎっしり詰まった多数の光ファイバを含む）の端は同様な機能を与えるように構成されてよい。このようなファイバ束は、複数のファイバからの光をホストシステム光アプリケーション１１２０’への出射のためのよりコンパクトなファイバまたは一組のファイバ内に合成するために、先細にされるおよび／またはその出射端に近接して融合されてよい。多重ファイバ集光装置は、必要に応じ、本明細書に開示された他の様々な実施形態の特徴と組み合わせられてもよいものである。したがって、図１１に示す実施形態は単に例示であって、限定するものではない。
【００７５】
本発明の様々な例示的実施形態について図示し説明してきたが、図示され説明された特徴の配置と動作の順序における多くの変形は本開示に基づき当業者には明らかであろう。例えば、可動部材２０２の形状および／または構成は軸の回りを回転するディスクに制限されず、軸のまわりを回転できる他の任意の形状および／または入出射光位置に対して直線的に移動させることができる（例えば、往復運動する可動部材）他の任意の形状を含むことができる。別の例として、発光蛍光体領域の様々な実施形態は光の合成波長および／または広帯域光を生成するのに好適であるが、いくつかの実施形態では光の合成波長および／または広帯域光のある部分は、ＵＶ、青色、緑色、赤色または近赤外線ＬＥＤなどの入射光源２１２とは異なる別の光源からの光から発生させてもよいし、あるいはそれらにより補足されてもよい。このような光は、公知の技術による（例えば、光ファイバ結合器などを使用することによる）蛍光体領域により放射される光と組み合わせられてもよい。別の例として、いくつかの実施形態では、より高い輝度を経済的に実現するために、複数の入射光源（例えば複数のダイオードレーザー）が、放射光出射結合領域に対し固定された隣接するまたはオーバーラップする照射スポットにおいて発光蛍光体領域を照射するように構成されてもよい。さらに、先に概説した様々な例示的寸法は小さな光ファイバ径、コンパクトな構造および極めて短いパルス持続時間の恩恵を受けるシステムに特に好適である。しかしながら、他の実施形態では、ファイバ端はより大きな直径（例えば２５０〜２０００ミクロン程度）を有してもよく、照射スポットはより大きな直径（例えば１０〜２０００ミクロン程度）を有してもよい。発光蛍光体領域は、照射スポットより大きくかつそれを囲む励起蛍光体スポット（例えば、１５０〜２０００＋ミクロンの励起スポット径を有する）から光を放射してもよい。照射スポットおよび／または一組の出射光路光学素子の入射開口部（例えば、集光光学レンズまたは出射ファイバ端により定義される開口部）に最も近い放射光出射結合領域の部分からの距離は、２ミリメートル、１ミリメートル程度、またはそれ以下に設定されてよい。しかしながら、他のシステムは先に概説されたもの以外の寸法を使用してもよい。さらに、パルス照射動作について強調されてきたが、様々な実施形態においては連続照射が行われてもよい。したがって、本明細書における教示による様々な変更は本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく先に概説された様々な特定の実施形態に対しなし得るということが理解される。
【符号の説明】
【００７６】
１００・・・クロマティックポイントセンサ、１０５・・・入射／出射光ファイバサブアセンブリ、１０８・・・光ファイバコネクタ、１１０・・・取り付け用ねじ、１１２・・・光ファイバケーブル、１１２Ａ、１１２Ｂ・・・光ファイバ、１１２Ａ’・・・光ファイバ、１２０・・・光学ペン、１２０’・・・ホストシステム光アプリケーション、１３０・・・筐体、１５０・・・光学系部、１６０・・・電子部分、１６１・・・光ファイバ結合器、１６２・・・波長検出器、１６３・・・検出器アレイ、１６４・・・光源、１６６・・・信号処理装置、１６６’・・・ホストシステム制御装置、１６８・・・メモリ部、１８０・・・取り付け用素子、１９０・・・加工物表面、１９５・・・開口部、２００、２００’、２００’’・・・光源構成、２０２・・・可動部材、２０４・・・可動部材アクチュエータ、２０６・・・ロータリーアクチュエータ、２０７・・・軸、２０８・・・リニアアクチュエータ、２１０・・・発光蛍光体領域、２１２・・・入射光源、２１４、２１４’・・・ファイバ端、２１６・・・放射光出射結合領域、２１８・・・光源制御装置、２１９、２２２・・・焦点光学系、２２０・・・出射光路光学素子、２２２’・・・オプションレンズ、２２３・・・レンズ、２２４・・・照射スポット、２４０、２４１・・・信号線、２４２・・・電力および／または信号線、２４５・・・信号線、３１２ａ、３１２ｂ・・・光ファイバセグメント、３１７・・・光ファイバ結合器、５０２・・・移動基板部、５１０・・・発光蛍光体領域、５１２ｂ・・・光ファイバ、５１４・・・ファイバ端、５１６・・・放射光出射結合領域、５２４・・・照射スポット、５２８・・・励起蛍光体スポット、５４０・・・出射光、５５０・・・クロスハッチ領域、６００・・・光源構成、６０２・・・可動部材、６１０・・・発光蛍光体領域、６１０−Ｘ、６１０−１、６１０−２、６１０−３・・・蛍光体サブ領域、６１２・・・入射光源、６１５・・・ビームスプリッタ、６１６・・・光出射結合領域、６１７・・・パワーセンサ、６１８・・・光源制御装置、６４３・・・信号線、７０２・・・可動部材、７１０・・・多波長蛍光体領域構成、７１０−Ｘ、７１０−Ｘ’、７１０−１、７１０−２、７１０−３、７１０−４、７１０−５、７１０−６・・・蛍光体サブ領域、７２４・・・照射スポット、８００、８００’・・・図、８０２・・・可動部材、８１０・・・多波長蛍光体領域構成、８１０−Ｘ、８１０−１、８１０−２、８１０−３、８１０−４、８１０−５、８１０−６・・・蛍光体サブ領域、８２４・・・照射スポット、９００・・・光源構成、９０８・・・リニアアクチュエータ、９１０・・・発光蛍光体領域、９１０−１、９１０−２、９１０−３・・・蛍光体サブ領域、９１２Ａ・・・第１の光源、９１２Ｂ・・・第２の光源、９１７Ａ、９１７Ｂ・・・パワーセンサ、９２０’・・・ホストシステム光アプリケーション、９２４Ａ、９２４Ｂ・・・照射スポット、１０００・・・光源構成、１０１２’・・・光ファイバ束、１０１６Ａ，１０１６Ｂ・・・放射光出射結合領域、１０２０・・・出射光路、１０２２・・・レンズ、１０２８・・・集光鏡、１１００・・・光源構成、１１１２・・・出射光ファイバ、１１１３・・・多重ファイバ集光装置、１１１６・・・放射光出射結合領域、１１２０’・・・ホストシステム光アプリケーション、ＣＲｌｏｗ、ＣＲｍｅｄ、ＣＲｈｉｇｈ・・・光寄与領域、ＥＳＬ・・・放射面位置、ＥＰＴ・・・励起蛍光体トラック、Ｌ1、Ｌ1A、Ｌ1B・・・入射光、Ｌ2、Ｌ2A、Ｌ2B、Ｌ2’・・・出射光、ＬＲ１、ＬＲ２・・・限界光線、λＸ、λ１、λ２・・・固有ピーク波長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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