(57)【要約】【課題】より高いポンプ出力に適した照明装置を、とりわけ投影用の照明装置を実現すること。【解決手段】第１の蛍光体ホイールの第１の蛍光体領域がポンプ光源の光路を通って回転するように、かつ、当該第１の蛍光体ホイールの第１の透光領域が当該ポンプ光源の光路を通って回転するように、かつ、第２の蛍光体ホイールの第２の蛍光体領域は当該第１の蛍光体ホイールの第１の透光領域より後方に、当該ポンプ光源の光路を通って回転するように、前記両蛍光体ホイールは相互に、かつ前記ポンプ光源の光路に対して配置されている照明装置。【選択図】図１
2014170749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．ポンプ光源（２）と、
ｂ．i．前記ポンプ光源（２）のポンプ光が照射され、かつ、当該ポンプ光の少なくとも一部を波長変換して放射する少なくとも１つの第１の蛍光体領域（Ｇ，Ｙ）、および、ii．少なくとも１つの第１の透光領域（Ｄ）を有する第１の蛍光体ホイール（４）と、
ｃ．i．前記ポンプ光源（２）のポンプ光が照射され、かつ、当該ポンプ光の少なくとも一部を波長変換して放射する少なくとも１つの第２の蛍光体領域（Ｒ）を有する第２の蛍光体ホイール（５）と、
を有する照明装置（１）であって、
ｄ．前記両蛍光体ホイール（４，５）は回転軸（８，９）を中心として回転するように構成されており、
ｅ．前記両蛍光体ホイール（４，５）は相互に直接並べられて配置されており、かつ、
i．前記第１の蛍光体ホイール（４）の第１の蛍光体領域（Ｇ，Ｙ）が前記ポンプ光源（２）の光路を通って回転するように、かつ、
ii．前記第１の蛍光体ホイール（４）の第１の透光領域（Ｄ）が前記ポンプ光源（２）の光路を通って回転するように、かつ、
iii．前記第２の蛍光体ホイール（５）の第２の蛍光体領域（Ｒ）は前記第１の蛍光体ホイール（４）の第１の透光領域（Ｄ）より後方において、前記ポンプ光源（２）の光路を通って回転するように、
前記両蛍光体ホイール（４，５）は相互に、かつ前記ポンプ光源（２）の光路に対して配置されている
ことを特徴とする照明装置（１）。
【請求項２】
前記第１の蛍光体領域（Ｇ，Ｙ）は、第Ｉ種の群の少なくとも１つの蛍光体を有し、
前記第２の蛍光体領域（Ｒ）は、第 II 種の群の少なくとも１つの蛍光体を有し、
前記第Ｉ種の群に属する蛍光体（Ｇ、Ｙ）の変換効率の温度依存性は、前記第 II 種の群に属する蛍光体（Ｒ）の変換効率の温度依存性より低い、
請求項１記載の照明装置（１）。
【請求項３】
前記第１の蛍光体ホイールは、前記第２の蛍光体ホイールの変換光をスペクトルフィルタリングする機能を有するフィルタ領域を有する、
請求項１または２記載の照明装置（１）。
【請求項４】
前記照明装置（１）は、前記ポンプ光源と前記第１の蛍光体ホイール（５）との間に配置された集光光学系（３）を有し、
前記集光光学系（３）は、前記第１の蛍光体ホイール（４）により放出された変換光と、前記第２の蛍光体ホイール（５）により放出された変換光とを集光するように設けられている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項５】
前記ポンプ光の焦点（ＦＢ）が前記第１の蛍光体ホイール（４）と前記第２の蛍光体ホイール（５）との間に来るように、前記集光光学系（３）は構成されている、
請求項４記載の照明装置（１）。
【請求項６】
前記集光光学系（３）はクロマティック対物レンズ（１１）を有し、
前記第２の蛍光体ホイール（５）の第２の蛍光体領域（Ｒ）により波長変換された光に対する前記クロマティック対物レンズ（１１）の焦点距離（ＦＲ）は、前記第１の蛍光体ホイール（４）の第１の蛍光体領域（Ｇ，Ｙ）により波長変換された光に対する当該クロマティック対物レンズ（１１）の焦点距離（Ｆ）より長い、
請求項４または５記載の照明装置（１）。
【請求項７】
前記第１の蛍光体領域（Ｇ，Ｙ）と前記第１の透光領域（Ｄ）とは回転方向に連続して、前記第１の蛍光体ホイール（４）に設けられている、
請求項１から６までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項８】
前記第１の蛍光体ホイール（４）の第１の蛍光体領域（Ｇ，Ｙ）は分割されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項９】
前記両蛍光体ホイール（４，５）の各回転軸（８，９）が相互にずれて、かつ平行に方向調整され、前記回転軸（８，９）の方向で見て両蛍光体ホイール（４，５）が部分的に重なり合うように、前記両蛍光体ホイール（４，５）は配置されている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１０】
前記照明装置（１）はさらに第３の蛍光体ホイール（３３）を有し、
前記３つの蛍光体ホイール（３１〜３３）の各回転軸（３７〜３９）は相互にずれて、かつ平行に方向調整されており、
前記回転軸（３７〜３９）の方向で見て、前記３つの蛍光体ホイール（３１〜３３）は同一の部分領域にて重なり合う、
請求項１から８までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１１】
前記蛍光体ホイールのうち少なくとも１つは、前記ポンプ光線に入れたり出したりできるように構成されている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の、特に請求項１０記載の照明装置（１）。
【請求項１２】
前記第１の蛍光体ホイール（２０４）と前記第２の蛍光体ホイール（２０５）とは、同一の回転軸（２０８）に取り付けられている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１３】
前記両蛍光体ホイール（２０４，２０５）はそれぞれ、前記同一の軸（２０８）に固定的に結合されており、
前記第２の蛍光体領域（Ｒ）の少なくとも一部が、前記第１の蛍光体ホイール（２０４）の透光領域（Ｄ）を直線投影させた場所に来るように、前記第２の蛍光体領域（Ｒ）は前記第２の蛍光体ホイール（２０５）に配置されている、
請求項１２記載の照明装置（１）。
【請求項１４】
前記蛍光体ホイールのうち少なくとも１つの蛍光体ホイールは、当該少なくとも１つの蛍光体ホイールの回転軸の方向にスライド可能である、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の照明装置（１）。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の照明装置（１）の動作方法において、
・前記ポンプ光線を通るように前記第１の蛍光体ホイール（４）を回転させることにより、第１の変換光を生成するステップと、
・前記ポンプ光線を通るように前記第２の蛍光体ホイール（５）を回転させることにより、第２の変換光を生成するステップと、
・前記ポンプ光源（２）と前記第１の蛍光体ホイール（４）との間に配置された集光光学系（３）を用いて、前記第１の変換光と前記第２の変換光とを集光するステップと
を有することを特徴とする、動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ光源と、ポンプ光の少なくとも一部を変換光に変換するための蛍光体ホイールとを備えた照明装置に関する。このような形式の照明装置はとりわけ、たとえばビデオプロジェクタまたはデータプロジェクタ用等、光生成ユニットとしてプロジェクタ内に組み込むことができる。
【背景技術】
【０００２】
たとえば米国特許出願公開ＵＳ２０１０／０２４５７７７等の従来技術から、１つまたは複数の蛍光体を有する蛍光体ホイールを備えた投影用照明装置が公知である。このような照明装置はポンプ光源を有し、このポンプ光源は、ポンプ光波長と異なる波長を有する光を放出する蛍光体を励起させる（蛍光体を用いたポンプ光の波長変換）。通常、複数のこの蛍光体は回転ホイールの回転方向に並べられて配置されることにより、各蛍光体によって放出される光（変換光）が時間的に順次生成されて画像出力システムへ供給される。
【０００３】
前記ポンプ光源としては、有利にはレーザが、たとえばレーザダイオードが用いられる。このような技術はＬＡＲＰ（"Laser Activated Remote Phosphor"）との名称でも知られている。より大きな面にレーザ出力を時間平均的に分布させ、このような分布によりとりわけ、蛍光体ホイールの熱クエンチを少なくするためには、通常、前記少なくとも１つの蛍光体を、動作中に回転するホイールの表面に設ける。このような蛍光体ホイールに蓄積される損失パワーはポンプ出力と共に上昇していく。この損失パワーの大部分は、吸収された光と放出される光との間に光子のエネルギー差が生じることに起因するものである（ストークスシフト）。通常、ポンプ光は短波長スペクトル領域の光、たとえば青色スペクトル領域の光であるから、赤色スペクトル領域を放出する蛍光体（赤色蛍光体）の損失パワーは、緑色スペクトル領域を放出する蛍光体（緑色蛍光体）の損失パワーより高くなる。この損失パワーは、蛍光体ホイールの加熱の原因となる。動作温度が安定的になるように調整するため、この熱は、表面放射や周辺媒質（たとえば空気）の対流により、また、たとえば回転軸等を介しての熱伝導により放熱される。動作温度が上昇すると変換効率が低下する蛍光体は数多く存在し、たとえば、赤色スペクトル領域の窒化物蛍光体が挙げられる。出力パワー（光出力）をより高くするために必要とされる、ポンプ出力ないしは出力密度の上昇を行うと、損失熱が高くなったり、ないしは熱集中が高くなる。このような損失熱や熱集中の一部は、蛍光体ホイールの直径を大きくすることにより補償することができる。というのも、このように直径を大きくすると放熱面積が大きくなるからである（当初の直径は３３ｍｍであり、その後に４０ｍｍになり、現在は５５ｍｍとなり、将来的には最大８５ｍｍになる）。しかし、所要スペースやホイールモータの出力に課される要求により、上述のようなパワー比例調整方式には制限が課される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開ＵＳ２０１０／０２４５７７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、より高いポンプ出力に適した照明装置を、とりわけ投影用の照明装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、ポンプ光源と、少なくとも１つの第１の蛍光体領域を有する第１の蛍光体ホイールと、少なくとも１つの第２の蛍光体領域を有する第２の蛍光体ホイールとを有する照明装置であって、前記第１の蛍光体領域に前記ポンプ光源のポンプ光が照射されて、当該第１の蛍光体領域は当該ポンプ光の少なくとも一部を波長変換して放射し、前記第１の蛍光体ホイールは少なくとも１つの第１の透光領域を有し、前記第２の蛍光体領域に前記ポンプ光源のポンプ光が照射されて、当該第２の蛍光体領域は当該ポンプ光の少なくとも一部を波長変換して放射し、両蛍光体ホイールは当該蛍光体ホイールの回転軸を中心として回転するように構成されており、両蛍光体ホイールは相互に直接前後に並べられて配置されており、前記第１の蛍光体ホイールの第１の蛍光体領域が前記ポンプ光源の光路を通って回転するように、かつ、当該第１の蛍光体ホイールの第１の透光領域が当該ポンプ光源の光路を通って回転するように、かつ、前記第２の蛍光体ホイールの第２の蛍光体領域は当該第１の蛍光体ホイールの第１の透光領域より後方に、すなわち当該第１の透光領域に後置されて、当該ポンプ光源の光路を通って回転するように、前記両蛍光体ホイールは相互に、かつ前記ポンプ光源の光路に対して配置されている照明装置によって解決される。従属請求項に特に有利な実施形態が記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】２つの蛍光体ホイールを有する本発明の一実施例の照明装置を示す。
【図２】図１の照明装置の両蛍光体ホイールの第１の実施形態を示す。
【図３】２つの蛍光体ホイールを有する本発明の他の１つの実施例の照明装置を示す。
【図４】図３の照明装置の両蛍光体ホイールの一実施形態を示す。
【図５】回転軸が同一である２つの蛍光体ホイールの１実施形態を示す。
【図６】相互に重なり合う３つの蛍光体ホイールの１実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
したがって本発明の基本的思想は、ポンプ光が照射される蛍光体を、相互に直接前後に並べられた２つ以上の蛍光体に分配することである。このような構成により、複数の蛍光体ホイールを介して損失熱を放熱することができ、このように放熱を行えることにより、ＬＡＲＰ方式のパワー比例調整を最大数ｋｌｍ領域にまで実現することができる。現在のところ、この方式は特に、１０ｋｌｍを上回る光に適していると考えられる。
【０００９】
このポンプ光に対して透明な領域（透光領域）を、前方の蛍光体ホイールに設けることにより、ポンプ光を波長変化無しで後方の蛍光体ホイールへ到達させることができる。前記透明な領域は、たとえばスリットまたは透明材料領域とすることができる。したがって、これら両蛍光体ホイールは同一のポンプ光路を通って回転する。本発明のこのような構成はさらに、複数の蛍光体ホイールを動作させるためにビーム成形光学部品を追加する必要がないという利点も奏する。とりわけ、両蛍光体ホイール間のスペースには、他に別個の集光光学系や集束光学系が設けられることはない。
【００１０】
その上、とりわけ複数の異なる蛍光体のそれぞれ異なる温度依存性を考慮して、これら複数の蛍光体ホイールに蛍光体を分配することもできる。こうするためには、第Ｉ種の群のうち少なくとも１つの蛍光体を有する第１の蛍光体領域を、第１の蛍光体ホイールに設けることができる。また、第 II 種の群のうち少なくとも１つの蛍光体を有する第２の蛍光体領域を、第２の蛍光体ホイールに設けることもできる。第Ｉ種の群に属する蛍光体の変換効率の温度依存性は、第 II 種の群に属する蛍光体の変換効率の温度依存性より低い。このことにより、温度に影響をより受けやすい蛍光体（第 II 種）が、他方の蛍光体（第Ｉ種）の損失熱により加熱されることがなくなる。第Ｉ種の群には、黄色、緑色および青色の複数の蛍光体が属することができ、たとえば、黄色スペクトル領域でも緑色スペクトル領域でもあるＣｅｒドープされたガーネット蛍光体が属することができる。第 II 種の群には、とりわけ窒化物赤色蛍光体等である大部分の赤色蛍光体が属することができ、また、たとえばオルトケイ酸塩ベースやバリウム‐アルミニウム‐マグネシウムベース等の緑色蛍光体や青色蛍光体が属することもできる。
【００１１】
第１の蛍光体ホイールおよび第２の蛍光体ホイール双方の蛍光体が放出した変換光は、本発明では、ポンプ光源と第１の蛍光体ホイールとの間に設置された集光光学系により集光される。集光光学系が変換光を集光する効率が許容できないほど下降しないようにするためには、第１の蛍光体ホイールと第２の蛍光体ホイールとを相互に非常に近接させて並べて、集光光学系の焦点距離の近傍に配置する。典型的には、第１の蛍光体ホイールと第２の蛍光体ホイールとの距離は数ｍｍであり、とりわけ１０ｍｍ未満であり、有利には５ｍｍ未満であり、特に有利には２ｍｍ未満である。
【００１２】
有利には前記集光光学系は、光の波長が長くなると当該光に対する焦点距離が長くなるクロマティック対物レンズとして構成される。それゆえ、変換光を集光する効率を最大限にするためには、より長い波長の変換スペクトルを有する蛍光体を、すなわち、とりわけ赤色蛍光体（Ｒ）を、有利には「より後方の」第２の蛍光体ホイールの第２の蛍光体領域に設置し、より短い波長の変換スペクトルを有する蛍光体を、すなわち、たとえば黄色蛍光体（Ｙ）または緑色蛍光体（Ｇ）または青色蛍光体（Ｂ）を、「より前方の」第１の蛍光体ホイールの第１の蛍光体領域に設置する。
【００１３】
したがって、本発明の照明装置は原理的に、以下の方法の各ステップにより動作する：
ポンプ光線を通るように前記第１の蛍光体ホイールを回転させて第１の変換光を生成するステップ。
前記ポンプ光線を通るように前記第２の蛍光体ホイールを回転させて第２の変換光を生成するステップ。
ポンプ光源と前記第１の蛍光体ホイールとの間に設置された集光光学系により前記第１の変換光と前記第２の変換光とを集めるステップ。
【００１４】
第２の変換光を生成するときには、ポンプ光線は第１の蛍光体ホイールの透過領域を透過するので、第１の変換光と第２の変換光とは時間的にずれて生成される。
【００１５】
集光光学系により集められた変換光は、適切な波長選択性の光学部品を用いて、たとえばポンプ光源と当該集光光学系との間に設置されたダイクロイックミラーを用いて、ポンプ光路から取り出し、たとえば画像出力ユニットへ供給することができる。
【００１６】
集光光学系の焦点距離を適切に選択することにより、第１の蛍光体ホイールと第２の蛍光体ホイールとの間におけるポンプ光の焦点の位置を調整することもできる。このことにより、ポンプ光スポットの所望の大きさを、および／または、各蛍光体ホイールにおける強度分布を、所期の通りに調整することもでき、たとえば、両蛍光体ホイールにおける各ポンプ光スポットの大きさが同じまたは異なるようにすることもできる。
【００１７】
複数の異なる蛍光体変換期間が時間的に連続するシーケンスを実現するため、第１の蛍光体領域と第１の透光領域とは第１の蛍光体ホイールに、有利には回転方向に連続して配置されている。前記第１の蛍光体領域と第１の透光領域とは、たとえば円弧状に形成されている。第１の蛍光体ホイールに設けられた第１の蛍光体領域は、第Ｉ種の異なる蛍光体をそれぞれ有する複数の円弧を含むこともできる。さらに、第１の蛍光体ホイールに第２の透光領域を設けることもできる。この第２の透光領域は、第１の透光領域に直接接するか、または非透光性の円弧部分により、とりわけ蛍光体円弧部分により、第１の透光領域から分離することができる。後者の場合には、第１の蛍光体領域は一続きにならずに、複数の分離した部分領域に分割される。
【００１８】
さらに、１つまたは複数または全ての蛍光体ホイールが、それぞれの回転軸の方向にスライド可能であるように構成すること、ないしは、各軸が同一直線上にない場合には、入射するポンプ光線の光軸の方向に蛍光体ホイールがスライド可能であるように構成することもできる。このような構成により、たとえば上記で述べた、蛍光体ホイールにおける各ポンプ光スポットの直径を、および／または、集光光学系が各変換光を集光する効率を変化させることができる。
【００１９】
ポンプ光が第１の蛍光体ホイールの透過領域を通って第２の蛍光体ホイールの蛍光体領域に当たるようにするためには、両蛍光体ホイールが少なくとも部分的に重なり合うように配置することができる。その際には、両蛍光体ホイールの回転軸は相互にずれるように、かつ平行になるように方向調整される。入射するポンプ光線の領域において、両回転軸の方向で見て両ホイールの蛍光体領域ないしは透光領域は相互に、後者はラップアラウンドで重なり合う。
【００２０】
上記実施形態に代えて択一的に、両蛍光体ホイールを同一の回転軸上に配置することもできる。両ホイールがこの同一の回転軸に固定的に結合されている場合には、蛍光体領域の少なくとも一部は、第１の蛍光体ホイールの透光領域を直線投影させたものに包含されるように、当該蛍光体領域は第２の蛍光体ホイールに配置しなければならない。このように構成した場合だけ、第１の蛍光体ホイールの透光領域がポンプ光線を通る場合、第２の蛍光体ホイールの蛍光体領域にポンプ光線が当たるようになる。変換光を集光する効率が許容できないほど低下しないようにするためには、両蛍光体ホイールは有利には相互に相対的に近接して配置され、かつ、少なくとも、波長依存性の両焦点の近傍に配置される。クロマティック対物レンズの、波長依存性の実現可能な焦点距離差に起因して、両蛍光体ホイールは典型的には、数ｍｍの間隔を置いて配置される。損失熱の放熱を、とりわけ（ポンプ光線の入射を基準として）後方の蛍光体ホイールの損失熱の放熱を改善するためには、両蛍光体ホイール間に内側通気部を設けるのが有利である。
【００２１】
それぞれの回転軸が別個である場合には、第３の蛍光体ホイールを追加して設けることもできる。上記３つの蛍光体ホイールが相互に直接前後に並べられ、かつ、同一の部分領域において重なり合うように、かつ、この重なり領域において３つの蛍光体ホイールがポンプ光線を通って回転するように、これら３つの蛍光体ホイールの各回転軸は相互にずらされてかつ平行になるように方向調整される。
【００２２】
さらに、第１の蛍光体ホイールは、第２の蛍光体ホイールが放出した変換光をスペクトルフィルタリングする作用を有するフィルタ領域を備えることもできる。もちろん、それと同時に通過するポンプ光に対しては、フィルタ領域は透明でなければならない。具体的には、前記変換光をスペクトル変換させ、かつ、ポンプ光は変化させずに透過させるスペクトルフィルタとして、透過領域を構成する。たとえば、第２の蛍光体ホイールに黄色蛍光体を設け、第１の蛍光体ホイールに、たとえば緑色蛍光体等である他の蛍光体と、複合フィルタとして構成された透過領域とを設けることができる。この複合フィルタは、ポンプ光波長前後の透過帯域（たとえば４５０±１０ｎｍ）をロングパスフィルタに追加して統合したものである。このような複合フィルタにより、ポンプ光はスペクトル変化無しでフィルタ領域を透過することができ、かつ、前記ロングパスフィルタは長波長成分のみを、すなわち、黄色蛍光体が放出した変換光のうち赤色スペクトル成分のみを透過させることができる。このような構成により、温度に影響を受けやすい赤色蛍光体を省略できるという利点が奏される。このようにして、実際の条件下において、赤色蛍光体の変換効率の温度依存性が格段に高いことにより、赤色蛍光体により生成できる光束よりも多くの光束を生成できることが判明した。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例を参酌して本発明を詳細に説明する。以下、簡略化するため、同一または同種類の構成要件には、同一の参照符号を付している場合がある。
【００２４】
図１は、本発明の１実施例の照明装置１を示す概略図である。この照明装置１は、ポンプ光源としてレーザ装置２を有する。このレーザ装置２は、青色スペクトル領域のレーザ光を放出するように構成されている。というのも、このようなレーザ光は大部分の蛍光体にとって適した励起波長だからであり、また、たとえばＲＧＢプロジェクションユニット用に、未変換の青色レーザ光を青色光チャネル（Ｂ）として使用できるからでもある。詳細については、図３に示した他の実施例を参照されたい。有利には、青色レーザ光ＩＢの放出波長はたとえば約４００〜４７０ｎｍの領域内にある。
【００２５】
青色レーザ光ＩＢ（＝ポンプ光）は光学レンズ系３により、第１の蛍光体ホイール４と、その直後に配置された第２の蛍光体ホイール５とに結像される。両蛍光体ホイール４，５はそれぞれ、円形の支持板６，７と、その中心に配置された回転軸８，９とを有する。概観しやすくするため、各蛍光体ホイールを回転させるためのモータ、および、両蛍光体ホイールの回転を同期制御するための制御ユニットは図示されていない。
【００２６】
以下の記載では、図２ａ〜２ｃも参照する。これらの図は、３つの異なる回転位置にある場合の両蛍光体ホイール４，５を概略的に示す。各蛍光体ホイール４，５の各支持板６，７の、レーザ装置２を向いている面は、円環形の領域を有し、第１の蛍光体ホイール４では、この円環形領域は３つの円弧部分に分かれている。第１の円弧部分Ｇには緑色蛍光体がコーティングされており、第２の円弧部分Ｙには黄色蛍光体がコーティングされており、第３の円弧部分Ｄは透光円弧部分として形成されている。すなわち、第３の円弧部分Ｄはポンプ光ＩＢを透過させる。こうするためには、透光円弧部分Ｄはたとえば貫通開口として形成される。この貫通開口には、ポンプ光ＩＢに対して透明な材料を充填することもできる。第１の蛍光体ホイール４の分割された円弧状領域がポンプ光線ＩＢを通って回転するように（概略的なポンプレーザビームスポットｂで図示されている）、当該第１の蛍光体ホイール４は設置されている。したがって、各円弧部分Ｇ，Ｙ，Ｄには時間的に順次、ポンプ光ＩＢが照射される。ここで２つの蛍光体円弧部分Ｇ，Ｙは、波長変換された光を放出するように励起され、しかも、緑色光や黄色光を放出する。図２ａには蛍光体ホイール４，５の緑色光の期間を示しており、図２ｂには黄色光の期間を示している。各色の光の期間ないしは各色の光束の時間および順序は、各蛍光体円弧部分の順序および円弧長により定まり、各期間をそれぞれ、矢印ＩＧおよびＩＹにより示している。第２の蛍光体ホイール５の円環状領域Ｒには途切れることなく、すなわち円弧に分割されることなく、赤色蛍光体がコーティングされている。さらに、第２の蛍光体ホイール５の円環形の赤色蛍光体領域Ｒの一部が、ポンプ光スポットｂの領域において、第１の蛍光体ホイール４の円弧に分割された円環形領域の一部と重なるように、当該第２の蛍光体ホイール５は設置されている。第１の蛍光体ホイール４が回転して透光期間にある間、すなわち、ポンプ光ＩＢが透光円弧部分Ｄを通過する間、このポンプ光ＩＢは、この透光円弧部分Ｄより後方で回転する、第２の蛍光体ホイール５の赤色蛍光体領域Ｒに当たる。その際には、赤色蛍光体はポンプ光ＩＢにより励起されて赤色光を放出する。図２ｃに、蛍光体ホイール４，５のこの赤色光の期間を示しており、矢印ＩＲにより記号表示している。図１には、各カラー光束の順序および期間を、それぞれ対応する矢印によって記号表示している。すなわち、緑色光（ＩＧ）、黄色光（ＩＹ）、赤色光（ＩＲ）、緑色光（ＩＧ）、黄色光（ＩＹ）、赤色光（ＩＲ）、以下同様、と入れ替わっていく様子を示している。
【００２７】
有利にはレンズ系３は、ポンプ光ＩＢの焦点ＦＢ（＝レーザビームウェスト）を、両蛍光体ホイール４，５間の狭い空隙において生成するように構成されている。さらにレンズ系３は、各蛍光体ホイールがポンプ光スポットｂ内にて放出したカラー光を集光する。すなわち、変換光を集光するための集光光学系としても機能する。こうするためには、レンズ系３は集光レンズ１０およびクロマティック対物レンズ１１を有する。効率の観点から、クロマティック対物レンズ１１の、赤色光に対する比較的長い焦点距離ＦＲが、当該クロマティック対物レンズ１１から第２の蛍光体ホイール５の赤色蛍光体領域Ｒまでの距離にほぼ一致するように、当該クロマティック対物レンズ１１を構成するのが有利である。このことにより、クロマティック対物レンズ１１は、第２の蛍光体ホイール５の赤色蛍光体領域Ｒが放出した赤色光を特に高効率で集光できるようになる。同じような理由により、第１の蛍光体ホイール４が放出する黄色光および緑色光に対する、クロマティック対物レンズ１１の平均焦点距離Ｆが、第１の蛍光体ホイール４の円弧分割された蛍光体領域からクロマティック対物レンズ１１までの距離にほぼ一致するように構成される。
【００２８】
ポンプ光スポットＢを目下通過中である蛍光体から放射された、波長変換後のカラー光（変換光）は、レンズ系３（クロマティック対物レンズ１１および集光レンズ１０）によってコリメートされ、ダイクロイックミラー１２により反射されることによって、ポンプ光路から取り出される。こうするためには、ダイクロイックミラー１２はポンプ光源２とレンズ系３との間に、ポンプ光路に対して、ないしは、これと逆方向の変換光路に対して４５°傾けて配置される。ダイクロイックミラー１２はさらに、青色スペクトル領域の光（青色ポンプ光）は透過させるのに対し、非青色スペクトル領域の光（変換光）は反射するように構成されている。このような構成により、青色のポンプ光ＩＢはダイクロイックミラー１２を通過して両蛍光体ホイール４，５にまで達する一方、ダイクロイックミラー１２は、時間的に順次入射する波長変換された光、すなわち緑色光ＩＧ、黄色光ＩＹないしは赤色光ＩＲ（＝変換光）をポンプ光路から垂直方向に取り出す。ここではダイクロイックミラー１２は、ポンプ光を透過させて変換光を反射させる、波長選択性のビーム偏向器としても機能する。光学的構成の幾何特性に課される要求に応じて、ポンプ光２の位置と、取り出される光の出射部の位置とを入れ替えることもできる。こうするためにはダイクロイックミラーの変更は、ダイクロイックミラーが青色ポンプ光ＩＢを反射して変換光を透過させるように行えばよい。
【００２９】
図３は、本発明の第２の実施例の照明装置１０１を示す概略図である。この照明装置１は、複数のレーザダイオード２１を含むレーザダイオードマトリクスとして構成されたポンプ光源２を有する（各レーザダイオード２１は１次レンズも含む）。レーザダイオード２１に対して設けられた偏向ミラー２２により、これらのレーザダイオード２１の青色レーザ光ＩＢは光学レンズ系６（図１に示したレンズ系に相当する）へ偏向され、この光学レンズ系６により、第１の蛍光体ホイール１０４と、その直後に配置された第２の蛍光体ホイール１０５とに結像される。
【００３０】
以下の記載では、図４ａ〜４ｃも参照する。これらの図は、３つの異なる回転位置にある場合の両蛍光体ホイール１０４，１０５を概略的に示す。第１の蛍光体ホイール１０４の円環状領域は、緑色蛍光体円弧部分Ｇと、２つの透光円弧部分Ｄ１，Ｄ２とを有する。第２の蛍光体ホイール１０５の円環状領域は、赤色蛍光体円弧部分Ｇと、１つの透光円弧部分Ｄ３とを有する。第１の蛍光体ホイール１０４の第１の透光円弧部分Ｄ１と第２の蛍光体ホイール１０５の第３の透光円弧部分Ｄ３とが同時にレーザ光スポットｂを通るように、両蛍光体ホイール１０４，１０５は相互に同期制御される。第１の蛍光体ホイール１０４の緑色蛍光体円弧部分Ｇがポンプレーザ光線ＩＢを通る間（概略的なレーザビームスポットｂにより示している）、青色レーザ光ＩＢは緑色蛍光体により緑色光ＩＧに変換される。図４ａに、両蛍光体ホイール１０４，１０５のこの緑色光の期間を示しており、矢印ＩＧにより記号表示している。
【００３１】
その次の、第１の蛍光体ホイール１０４の第１の透光円弧部分Ｄ１が、ポンプレーザ光線ＩＢを通る間、同期制御される第２の蛍光体ホイール１０５の透光円弧部分Ｄ３もポンプレーザ光線ＩＢを通っている。したがって、青色ポンプ光線ＩＢは両蛍光体ホイール１０４，１０５を通過するときに変化しない。図４ｂに、両蛍光体ホイール１０４，１０５のこの青色光の期間を示しており、矢印ＩＢにより記号表示している。
【００３２】
両蛍光体ホイール１０４，１０５の透光円弧部分Ｄ１，Ｄ３を透過した青色ポンプ光ＩＢは別の光学系１３によりコリメートされ、３つの偏向ミラー１４，１５，１６を介していわゆる「ラップアラウンド」分岐に偏向され、ダイクロイックミラー１２へ戻される。青色光期間中に「ラップアラウンド」分岐から来た未変換の青色ポンプ光線ＩＢは、このダイクロイックミラー１２を通過する。それに対し、時間的に順次、緑色光期間中と赤色光期間中とにダイクロイックミラー７の他面に当たった変換後の（波長変換された）緑色光ＩＧや赤色光ＩＲは、ダイクロイックミラー１２により反射される。ダイクロイックミラー１２におけるポンプ光線ＩＢの入射面と、時間的に連続する各変換光線ＩＧ，ＩＲ（緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、以下同様の順序）のダイクロイックミラー１２における入射面とは相互に反対側であり、ポンプ光線ＩＢと各変換光線ＩＧ，ＩＲとは相互に垂直に、かつダイクロイックミラー１２の両面に対してそれぞれ４５°の角度で入射するので、上述のような構成により、最終的には両光路が同一直線上にまとめられ、かつ、別の集束レンズ系１７を介して両光路は集束されて、たとえばＲＧＢプロジェクションモジュールのインテグレータ１８に空間的重畳（混合）される。
【００３３】
蛍光体により波長変換された光の、通常は非常に幅広くなるスペクトルを狭めたりないしは変化させて、たとえば、実際にプロジェクション用に用いるために色空間を最適化するため、集束レンズ系１７とインテグレータ１８との間にはさらに、フィルタホイールを配置することもできる（図示されていない）。さらに、両蛍光体ホイール１０４，１０５の各蛍光体における青色レーザ光ＩＢのパワー密度分布を可能な限り均質にするためのホモジェナイザ１９が、レーザダイオードマトリクス２に後置接続されている。これは、いわゆるクエンチを可能な限り回避ないしは最小化するためのものである。クエンチとは、パワー密度の上昇（intensity quenching）および／または温度上昇（thermal quenching）に起因して生じる、蛍光体の変換効率の低下である。蛍光体におけるポンプ光の理想的なパワー密度分布は台形状である。さらに、ラップアラウンド分岐の青色ポンプ光ＩＢを変換光ＩＧ，ＩＲと組み合わせる前にさらに均質化するために、ないしは、使用時にスペックルパターンが生じた場合にはこれを低減させるために、第３の偏向ミラー１６とダイクロイックミラー１２との間に第２のホモジェナイザ２０が設けられている。両ホモジェナイザは、ビーム成形を行う光学部品を含むこともできる。
【００３４】
図５ａ，５ｂは、回転軸２０８が同一である２つの蛍光体ホイール２０４，２０５の実施形態の概略的な上面図（図５ａ）および側面図（図５ｂ）であり、この回転軸２０８は固定されている。第１の蛍光体ホイール２０４は、円形の支持板６の露出した表側面に円環状領域を有し、この円環状領域は１つの透光円弧部分Ｄと２つの蛍光体円弧領域ＹおよびＧとに分割されている。透光円弧部分Ｄは貫通開口部として形成されている。蛍光体円弧部分ＹおよびＧには黄色蛍光体および緑色蛍光体がコーティングされている。第１の蛍光体ホイール２０４には第２の蛍光体ホイール２０５が、両蛍光体ホイール間に典型的には約１ｍｍの幅ｌの空隙２０９を空けるように後置されている。この空隙２０９内からの放熱を改善するため、内部通気部を設けることができる（図示されていない）。
【００３５】
第２の蛍光体ホイール２０５の円形の支持板７の、第１の蛍光体ホイール２０４を向いた面に、赤色蛍光体Ｒが、透光円弧部分Ｄを投影した場所に設けられている。両蛍光体ホイール２０４，２０５は同一の回転軸２０８に固定されているので、透光円弧部分Ｄがポンプ光スポットｂを通るたびに、ポンプ光線ＩＢは赤色蛍光体Ｒに当たる。したがって、図５ａに示した回転方向（時計回り）の場合には、カラー光の時間的順序は黄色（Ｙ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、以下同様、となる。その点では、たとえば図１に示した、回転軸が別々である２つの相互に重なり合う蛍光体ホイール４，５に代えて、この実施形態の、同一の固定軸を共用する２つの蛍光体ホイール２０４，２０５を、容易に設置することができる。
【００３６】
図６は、３つの重なり合う蛍光体ホイール３１，３２，３３の実施形態を示す概略図である。これらの蛍光体ホイール３１，３２，３３の円形の各支持板３４，３５，３６はそれぞれ、入射してくるポンプ光スポットｂを向いた面に円環状領域を有する。これらの蛍光体ホイール３１，３２，３３は、第１の蛍光体ホイール３１の円環状領域に入射したときのポンプ光スポットｂを投影させた場所において各円環状領域が相互に前後に重なるように配置される。こうするためには、各回転軸３７，３８，３９をそれぞれ、重心がポンプ光スポットｂの中心点にある仮想的な正三角形の各角の頂点に配置する。第１の蛍光体ホイール３１の円環状領域は、第１の透光円弧部分Ｄ１と、その次の第２の透光円弧部分Ｄ２と、緑色蛍光体円弧部分Ｇとに分割されている。緑色蛍光体円弧部分Ｇがポンプ光スポットｂを通過している間、緑色蛍光体が緑色光を放出する（緑色光期間）。
【００３７】
前記２つの透光円弧部分Ｄ１，Ｄ２のうちいずれかがポンプ光スポットｂを通過している間は、ポンプ光は遮られることなく、その後方に位置する第２の蛍光体ホイール３２に当たる。第２の蛍光体ホイール３１の円環状領域は、透光円弧部分Ｄ３と黄色蛍光体円弧部分Ｙとに分割されている。さらに、透光円弧部分Ｄ３は第１の蛍光体ホイール３１の第１の透光円弧部分Ｄ１と同期されている。第１の蛍光体ホイール３１の第２の透光円弧部分Ｄ２がポンプ光スポットｂを通る間は、ポンプ光は黄色蛍光体円弧部分Ｙに当たり、黄色蛍光体が黄色光を放出する（黄色光期間）。第１の蛍光体ホイール３１の第１の透光円弧部分Ｄ１がポンプ光スポットｂを通る間は、ポンプ光は、第２の蛍光体ホイール３２の同期する透光円弧部分Ｄ３も通過し、遮られることなく、その後方に位置する第３の蛍光体ホイール３３に当たる。第３の蛍光体ホイール３３の円環状領域は、環状の赤色蛍光体リングとして形成されている。したがって、変換光の時間的順序は、緑、黄色、赤、以下同様、となる。その点では、たとえば図１に示した２つの重なり合う蛍光体ホイール４，５に代えて、この実施形態の、相互に重なり合う３つの蛍光体ホイール３１〜３３を、容易に設置することができる。第３の蛍光体ホイール３３の適切な位置に第４の透光円弧部分（図示されていない）を設けると、青色光のラップアラウンド構成を実現することも可能になる。この変形態様は、図３に示した実施例に適している。
【００３８】
技術的に意義があれば、複数の異なる実施例や実施形態の特徴を組み合わせることも可能である。
【００３９】
励起光源は、複数の同様および／または異なるレーザ光源を含むことができ、たとえば、レーザ波長または偏光方向が異なる複数のレーザ光源を含むことができる。前記カラーホイールの各軸は必ずしも同一直線上に配置しなければならないわけではなく、相互に斜めにすることもできる。また、たとえば蛍光体ホイールをポンプ光線に入れたり出したりするために、蛍光体ホイールを可動に設置することができる。前記カラーホイールの各表面は、必ずしも相互に同一平面上になければならないわけではなく、たとえば通気を改善するために、各カラーホイールの表面を相互に斜めにすることもできる。各カラーホイールの表面を曲面とすることもでき、たとえば自由曲面とすることもできる。各カラーホイールの直径を異なる直径とすることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１      本発明の照明装置
２      レーザ装置／ポンプ光源
３      レンズ系
４，３１，１０４，２０４  第１の蛍光体ホイール
５，３２，１０５，２０５  第２の蛍光体ホイール
６      第１の蛍光体ホイール４の支持板
７      第２の蛍光体ホイール５の支持板
８，９，３７〜３９，２０８  回転軸
１０    集光レンズ
１１    クロマティック対物レンズ
１２    ダイクロイックミラー
３９    第３の蛍光体ホイール
Ｇ      緑色蛍光体を備えた円弧部分
Ｙ      黄色蛍光体を備えた円弧部分
Ｄ，Ｄ１〜Ｄ３  透光円弧部分
Ｒ      赤色蛍光体領域
ＩＢ    青色光
ＩＧ    緑色光
ＩＹ    黄色光
ＩＲ    赤色光
【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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