(57)【要約】  本発明は、プロジェクション光源（１１０）とカラーホイール（１２０）とを含むプロジェクションシステム（１００）を供給し、そのプロジェクション光源（１１０）は半導体光源（１１５）を含み、半導体光源ビーム断面を有する半導体光源ビーム（１１１）を生成するよう構成される。カラーホイール（１２０）の上流には、ビーム成形光学系（１６１）が配置され、半導体光源ビーム断面を矩形断面に成形するよう構成される。カラーホイール（１２０）は、異なる発光性材料（１７０）の領域（１２５）を含み、その発光性材料は半導体光源ビーム（１１１）により励起可能であり、その半導体光源ビーム（１１１）による励起に応じて、画像パネル（２９０）上のプロジェクションのため、可視光（１１６）を生成するよう構成される。その領域（１２５）は、カラーホイール（１２０）の回転軸（１２２）から異なる距離に配置される。
2013537642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクション光源とカラーホイールとを含むプロジェクションシステムであって、当該プロジェクションシステムは、半導体光源を含み、前記半導体光源は、半導体光源ビーム断面を有する半導体光源ビームを生成するよう構成され、前記カラーホイールの上流にビーム成形光学系が配置され、前記ビーム成形光学系は、半導体光源ビーム断面を所望の形状、好適には矩形断面に成形するよう構成され、そして、前記カラーホイールは発光性材料を含み、前記発光性材料は前記半導体光源ビームにより励起可能で、前記半導体光源ビームによる励起に応じて、画像パネル上のプロジェクションのため、可視光を生成するよう構成され、前記カラーホイールは、相互に異なる発光性材料を備えた少なくとも２つの領域を含み、前記半導体光源ビームによる励起に応じて、可視光の相互に異なるスペクトルを生成するよう構成され、前記領域は、前記カラーホイールの回転軸から異なる距離で配置される、
システム。
【請求項２】
前記ビーム成形光学系はフライアイ・インテグレーター又は回折光学素子を含む、請求項１記載のプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記半導体光源は、レーザーダイオードとＬＥＤとを含むグループから選択される、請求項１又は２記載のプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記発光性材料は、セラミック体の中又はその上に含まれる、請求項１乃至３の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記プロジェクションシステムは集光器、特に反射集光器を更に含み、前記集光器は前記カラーホイールの下流に配置され、前記発光性材料から可視光を集光するように構成され、前記可視光を前記画像パネルの方向に反射するよう構成され、前記画像パネルはデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）ユニットを含む、請求項１乃至４の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記発光性材料は、ストロークシフトが増加する順に前記回転軸から増加する距離に配置される、請求項１乃至５の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記カラーホイールの下流に集光器が配置され、前記集光器は前記半導体光源ビームの送信を可能にし、画像パネル上のプロジェクションのため、前記発光性材料から可視光を集光するよう構成される、請求項６記載のプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記集光器は合成二次曲面集光器（ＣＰＣ）を含む、請求項７記載のプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記プロジェクションシステムは３ＬＣＤベースのシステムである、請求項７又は８記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記発光性材料から集光された可視光を前記３ＬＣＤユニットに方向付けるよう構成される光学系を含む、請求項９記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記半導体光源は青色光を発生するよう構成される、請求項１乃至１０の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項１２】
プロジェクション光源ユニットと３ＬＣＤユニットとを含むプロジェクションシステムであって、前記プロジェクション光源ユニットは：
複数の半導体光源であって、それぞれが半導体光源ビームを生成するよう構成される、複数の半導体光源と、
複数の集光器であって、それぞれが第１端部と反対の第２開口部とを含む、複数の集光器と、
前記集光器にわたって半導体光源ビームを分配し、そして、前記第１端部の方向に、前記第２開口部を通って前記分配された半導体光源ビームを方向付ける、分配器と、
前記第１端部に配置される発光性材料と、を含み、前記発光性材料は、前記半導体光源ビームによる励起に応じて、可視光を生成するよう構成され、そして、前記集光器は、前記可視光を集光するよう構成されて発光ビームを形成し；
前記プロジェクション光源ユニットは複数の前記発光ビームを前記３ＬＣＤユニットに供給するよう更に構成される、
請求項１乃至１１の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項１３】
相互に異なる発光性材料を備えた少なくとも２つの領域を含むカラーホイールであって、前記半導体光源ビームによる励起に応じて、可視光の相互に異なるスペクトルを生成するよう構成され、そして、前記領域は前記カラーホイールの回転軸から異なる距離に配置され、前記発光性材料は、ストロークシフトが増加する順に前記回転軸から増加する距離に配置される、カラーホイール。
【請求項１４】
前記カラーホイールは、ＲＧＢ発光性材料をそれぞれ備えた３つの領域を含むか、又は、前記カラーホイールは、ＲＧ発光性材料をそれぞれ備えた２つの領域と、反射材料を備えた１つの領域とを含む、請求項１３記載のカラーホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＬＰベースのプロジェクションシステムや３ＬＣＤベースのプロジェクションシステムのようなデジタルプロジェクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションシステムは長い間知られており、そして、そうしたプロジェクションシステムを改良する要望が未だに存在する。
【０００３】
例えば、ＵＳ２００５１７４５４４（特許文献１）は、高温動作のためにパッケージされた１つ以上のＬＥＤを含むイメージプロジェクションシステムについて述べている。有利には、ＬＥＤダイは、１つ以上の下層の熱接続パッドと、下層の電気接続パッドとを含むセラミックコートされた金属ベースパッケージ上に配置され、各ＬＥＤダイは、その金属ベースを通じて熱接続パッドに熱的に接続され、そして、電気接続パッドに電気的に接続される。ＬＥＤは、基板の金属に直接取り付けられるか、又は、金属上の電気絶縁体の薄いコーティングに取り付けられる。従って、パッケージされたＬＥＤダイのアレイは、有利には、低温同時焼成セラミックオンメタル技術（ＬＴＴＣ−Ｍ）を用いて作製され、ＬＴＴＣ−Ｍパッケージアレイとして言及される。ＬＥＤは、ＬＥＤからの光を反射するテーパー側面を有する空洞アレイの中に有利には備え付けられる。高温ＬＥＤ光源は、広範囲の前方（フロント）・後方（リア）プロジェクションシステムやディスプレイにおいて、ＨＩＤランプに代替することができる。その高温ＬＥＤ光源は、リアプロジェクションシステムに特に有益である。
【０００４】
ＵＳ２０１００５３５６５（特許文献２）は、回折フィールドと画像フィールドのスペックルノイズを除去できるレーザ照明装置とイメージディスプレイ装置とについて述べる。レーザ照明装置はレーザ光源を含み、第１レンズは、面内方向に所定の開口数をそれぞれ有する複数のマイクロレンズを含み、そのマイクロレンズの各々は、レーザ光源から放射されたレーザ光を拡大するよう適合され、それによって、そのマイクロレンズの各々を通して透過されるレーザ光を重ね合わせ、そして、第２レンズは、第１レンズの有効径よりも大きな有効径を有し、その複数のマイクロレンズの各々によって拡大されたレーザ光の発散角を補償するために使用される。
【０００５】
ＵＳ２００９０６７４５９（特許文献３）は、特定の利得領域を備えたレーザ媒体を有するレーザ光源が供給される照明光源と、狭帯域の反射特性を有する反射器について述べる。レーザ光源から放射されるレーザ光の一部は反射され、その反射器によってフィードバックされ、そうして、レーザ光源の発振波長は反射波長に固定される。レーザ媒体の利得領域のピークは、レーザ光源の発振特性の変化によって、反射波長からシフトされ、そうして、レーザ光源の発振波長は反射波長から変化する。従って、レーザ光源の発振スペクトルは、スペックルノイズを低減するように広がる。
【０００６】
プロジェクションシステムには、２種類の画像パネル、即ち、ＤＬＰ（デジタルライトプロセッシング）タイプの画像パネルと、（３）ＬＣＤタイプの画像パネルとが特に関係し、例えば、ＵＳ２００６２７９８５８（特許文献４）及びＵＳ５１２２８７０Ａ（特許文献５）を参照のこと。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２００５１７４５４４
【特許文献２】ＵＳ２０１００５３５６５
【特許文献３】ＵＳ２００９０６７４５９
【特許文献４】ＵＳ２００６２７９８５８
【特許文献５】ＵＳ５１２２８７０Ａ
【特許文献６】ＷＯ２００７１４１６８８
【特許文献７】ＵＳ２００６１５２６８９
【特許文献８】ＷＯ９５１８９８４
【特許文献９】ＵＳ２００５／０２６９５８２
【特許文献１０】ＵＳ２００６／０２０２１０５
【特許文献１１】ＷＯ２００６／０９７８６８
【特許文献１２】ＷＯ２００７／０８０５５５
【特許文献１３】ＵＳ２００７／０１２６０１７
【特許文献１４】ＷＯ２００６／１１４７２６
【特許文献１５】ＷＯ２０１００３２１８０
【特許文献１６】ＷＯ２００７１０２９４０
【特許文献１７】ＷＯ２００９０７０４３５
【特許文献１８】ＵＳ２００４１３１１５７
【特許文献１９】ＥＰ１６０５１９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
情報プロジェクション産業は成長し発展し続けている。エンドユーザに付加的な実用性を与える革新的な光源は、とりわけ、業界関係者の主要な焦点である。エコフレンドリーな照明ソリューションに向けた世界の流れは、半導体照明技術を熱心に促進し、ガス放電ランプに代替する。デジタルプロジェクション産業は、現在、実現可能な代替案が存在しないので、水銀を含んだ光源の世界的な禁止から免除される。
【０００９】
そうしたＬＥＤ技術の促進は、こうした技術はより効率的であるものの、高輝度条件には好ましくないことがある。ＬＥＤベースのプロジェクション技術の展望も暗い。
【００１０】
レーザ技術も考慮されているが、コストと安全性の課題は、コンシューマのプロジェクション応用例については、まだ問題である。それでもなお、完全なレーザベースのプロジェクションは、そうした課題が解決されれば、２−３年後に利用可能になるかもしれない。
【００１１】
実用可能な代替例の、いわゆるハイブリッド光源は、或るソリューションかもしれない。ハイブリッド光源は、レーザと、レーザ励起発光性材料と、ＬＥＤ光源とを含む。そうした構成は理想的ではないかもしれないが、レーザ励起発光性光源を使用することで、今後は、革新的技術や応用例を誘引するかもしれない。レーザ励起発光性材料は、ＬＥＤよりもプロジェクションニーズに対して、ずっと効率的であることが可能であるので、そうしたソリューションは、直接レーザビームに関連する安全性の課題を有さず、むしろ、完全なレーザ（ＲＧＢ）ソリューションと比較して安価であることがある。
【００１２】
発光性半導体光源は、ＬＥＤを用いた照明装置に広く見られる。そうした光源の最も一般的な構成は：粉末又はセラミック・マイクロプレートの形態の、発光性材料（ルミネッセントマテリアル）でコートされた青色発光ダイオード（ＬＥＤ）である。そうした“ルミネッセントマテリアル”は、その化学組成に応じて、吸収された青色光を他の可視色（赤、緑、黄又は白）に変換することがある。これらの材料は、ＵＶ／青色ダイオードレーザによって励起されたとき、プロジェクションに必要なＲＧＢ色を放射することもできる。そうしたレーザは低コストでブルーレイデータ記憶装置に広く利用可能である。
【００１３】
デジタルプロジェクションの応用例で重要なパラメータの１つは、光源の輝度と簡潔さ（コンパクトネス）であり、従って、或る応用例では、より高い価値に繋がる。相手先商標製品メーカー（ＯＥＭ）及び光源メーカーは、輝度を向上させる方法を模索し、製品寿命、エネルギー消費、コスト、信頼性及びシステムの簡潔さといった他の特徴を維持しつつ行っている。エネルギー効率は光源の重要なパラメータである。プロジェクションの応用例の仕様は、光源に小さいエテンデュ（etendue）を要求し、それは、光源ボリュームサイズと発光角度の積である。
【００１４】
光源のエテンデュが小さいほど、光源はプロジェクションの応用例においてより効率的に使用することができる。ＬＥＤ光源は、本質的に非常に大きなエテンデュを有する；これが、ＬＥＤ光源がプロジェクションに殆ど使用されない理由である。レーザ光源は、非常に小さいエテンデュを有し、プロジェクションにとって最も良好な光源である。レーザ励起発光性材料（発光性材料セラミックス）は、非常に適した妥協的ソリューションになりうる。レーザ自体は非常に小さいエテンデュを有し、小さなスポットにフォーカスすることができたり、又は、大きな光損失なく所望の形状を形成することができる。しかし、レーザが発光性材料表面に衝突すると、その発光性材料表面はランバート拡散のように光を拡散することがある。そのように得られると、拡散は、むしろ大きくなる有限なエテンデュを有する。上記のエテンデュの定義から、そして、発光性材料の角放出特性を考慮して、エテンデュは、その発光性材料上のレーザスポットのサイズを低減することにより（＝よりフォーカスすることにより）、低減することができる。
【００１５】
その結果、そのスポットにおけるエネルギー密度の増加も実現されるだろう。スクリーン上で２０００Ｌｍ輝度に到達するためには、その輝度は主流プロジェクション製品の値であるが、発光性材料上にフォーカスされるべきパワーは〜１５Ｗであってもよい。２４Ｗのレーザを用いた発売中の幾つかのプロジェクタ（beamer）の最近の分析によれば、実質的に、どの発光性材料も、必要なスポットサイズにフォーカスされる、そうしたパワーを扱うことができないことを示している。発光性材料カラーホイール（ＰＣＷ）は或るソリューションであってもよい。そうした構成は、レーザスポットを小さく維持しつつ、非常に大きい発光性材料表面のパワーロードの分配を可能にする。ＷＯ２００７１４１６８８（特許文献６）に具体例が見られる。
【００１６】
単一のＤＬＰベースのプロジェクションシステムにおいてＰＣＷを使用することは、エネルギー効率の視点から、ほとんど不可欠であるように思われ、動作カラーシーケンシャルモードは、そうしたシステムには共通規格として適応される。ＰＣＷの使用は、大部分の発光性材料表面にわたるレーザ光源のエネルギーの分配の課題において、とても有効であり、そのパワー密度の劇的な低減を達成する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
それ故、エテンデュのため、発光性材料上の半導体光源ビーム、特に、レーザビームは、好適にフォーカスされるべきである。さらに、画像パネル、特にＤＬＰ上のプロジェクションを考慮して、半導体光源ビームは、好適に均一になるべきである。それ故、代替的なプロジェクションシステムを供給することが本発明の一側面であり、そのシステムは、更に、好適に、上述の欠点のうち１つ以上を少なくとも部分的に取り除く。
【００１８】
提案のソリューションは、例えば、レーザビームを典型的には円形状にフォーカスし、続いて、光のロッド又はトンネルによって放射を均一にしようとする代わりに（例えば、ＵＳ２００６１５２６８９（特許文献７）又はＣＰＣ（合成二次曲面集光器）を参照）、予め成形された(レーザ)ビームを含む。そのレーザビームは、例えば、均一の矩形に（比較的簡易に）予め成形することができる。そうした励起スポットからの（ルミネッセンス）放射は、同様に、実質的な矩形と認められる。
【００１９】
次に、するべきことは、発光性材料エミッタのイメージを拡大し、適切な角度特性でパネル、特にＤＬＰパネルに供給することだけである。これは、（反射型）集光器を用いて実現することができる。その反射器は、ＰＣＷ（好適には、光が通過できる環状のＰＣＷ）上に位置付けられる発光性材料によって放射される光を集光し、そして、ＤＬＰパネル（又は、３ＬＣＤイメージパネル）上にエミッタのイメージを作る。任意的に、追加の光学系が適応されてもよい。
【００２０】
従って、予め成形された（レーザ）励起スポットを備えた装置は、プロジェクションシステムの中の光学的、機械的要素の数を減らしてもよく、結果的に、全体のシステムのコストを減らす。また、カスタマーによる、プロジェクションシステムの現在のアーキテクチャの最小限の変更によって簡易に採用することも可能である。
【００２１】
従って、第１側面においては、本発明は、プロジェクション光源とカラーホイールとを含むプロジェクションシステムを供給し、そのプロジェクション光源は、半導体光源ビーム断面を有する半導体光源ビーム（特にレーザビーム）を生成するよう構成される半導体光源、特にレーザダイオードを含み、そして、カラーホイールの上流で、ビーム形成光学系が配置されて、半導体光源ビーム断面を矩形断面に形成するよう構成し、発光性材料を有する少なくとも２つの領域を含むカラーホイールは、半導体光源ビームによる励起に応じて、異なる放射波長で可視光を生成し、その領域は、カラーホイールの回転軸から異なる距離に配置される。こうして、光学系の柔軟な配置が可能になる。さらに、半導体光源の光によって照射されるべき発光性材料エリアに必要な平均時間が、低減されてもよく、それによって、発光性材料の寿命と特性をセーブする。従って、発光性材料からの可視光は、画像パネル上のプロジェクションに使用されてもよい。
【００２２】
本明細書では、“半導体光源”の用語は、詳しくは、ＬＥＤ又はレーザダイオードに関連してもよい。“半導体光源”の用語は、また、或る実施形態では、複数の半導体光源に関連してもよい。複数の半導体光源は、異なるタイプの半導体光源を含んでもよく、例えば、レーザダイオードとＬＥＤの組合せでもよい。或る特定の実施形態では、半導体光源はレーザダイオードを含む。
【００２３】
“画像パネル”の用語は、特に、ＤＬＰユニット（ＤＬＰパネルを含む）又は３ＬＣＤユニット（３つのＬＣＤパネルを含む）に関連する。画像パネルに対する他の用語は、例えば、空間光変調器であり、（３つの）ＬＣＤ、ＤＬＰ、ＬＣＯＳ及びＳＸＲＤを含んでもよい。“上流”及び“下流”の用語は、光生成手段（本明細書では半導体光源）からの光の伝播に関するアイテム又は構成要素の配置に関連し、光生成手段からのビーム光の範囲内の第１位置に関して、光生成手段により近いビーム光における第２位置は“上流”であり、光生成手段から更に離れたビーム光の範囲内の第３位置は“下流”である。
【００２４】
ビーム形成光学系は、一実施形態では、フライアイ・インテグレータを含んでもよい。他の実施形態では、ビーム形成光学系は、回折光学素子（ＤＯＥ）を含む。他の実施形態では、ビーム形成光学系は、ＷＯ９５１８９８４（特許文献８）で説明されるような光学装置を含み、本明細書に参照して組み込まれる。
【００２５】
特に、カラーホイールは発光性材料を含み、半導体光源により励起可能であり、半導体光源ビームによる励起に応じて可視光を生成するよう構成される。従って、この可視光は、画像パネル上のプロジェクションに使用される。
【００２６】
そうしたカラーホイールは、例えば、ＷＯ２００７１４１６８８（特許文献６）に説明され、本明細書に参照して組み込まれる。例えば、カラーホイールは、青や紫外線光を少なくとも２つのセクションを含む可視光に変換する色変換ユニットであってもよく、そのうちの少なくとも１つのセクションは、透明な又は半透明な色変換セクションであり、その色変換ユニットは、その少なくとも２つのセクションを、青又は紫外線光で代替的に照明するよう構成されており、その少なくとも１つの色変換セクションは、発光性材料を含み、好適には、その発光性材料は、ポリマー・マトリックスの発光性有機染料又は結晶性無機発光性材料である。特には、色変換ユニットは、或る回転周波数で回転されるべき回転発振器として設計されてもよい。より詳しくは、その回転発振器は、或る回転周波数で回転されるべきカラーホイールであり、少なくとも２つのセクションを含み、そのうちの少なくとも１つは、透明な又は半透明な色変換セクションである。一実施形態では、カラーホイールは、少なくとも４つのセクションを含み、回転毎に１つ以上のカラーサイクルを実行する。
【００２７】
一実施形態では、発光性材料はセラミック体の中に含まれる。例えば、カラーホイールは、セラミック部分を含んでもよい。さらに、カラーホイールは、好適には、ヒートシンク材料を含んでもよい。例えば、カラーホイールは、発光性材料（特に発光性セラミック）に物理的に接触するヒートシンク部分を含んでもよい。発光性材料用のセラミック体は、従来技術によって知られている。例えば、米国特許出願シリアル番号１０／８６１，１７２（ＵＳ２００５／０２６９５８２（特許文献９））、米国特許出願シリアル番号１１／０８０，８０１（ＵＳ２００６／０２０２１０５（特許文献１０））、ＷＯ２００６／０９７８６８（特許文献１１）、ＷＯ２００７／０８０５５５（特許文献１２）、ＵＳ２００７／０１２６０１７（特許文献１３）及びＷＯ２００６／１１４７２６（特許文献１４）が参照される。特にこれらの文書ではセラミック層の生成に関する情報が与えられ、これらの文書は参照して本明細書に組み込まれる。
【００２８】
好適には、カラーホイールは環状であり（少なくとも“リム”の部分に発光性材料を有し）、そうして、画像パネル上のプロジェクションのため、集光器によって反射される光のブロックを低減することができる（下記参照）。代替的に、ホイールは円盤状であり、その円盤の少なくとも部分は透明である。カラーホイールの或る特定の実施形態が本明細書では示される。
【００２９】
矩形の半導体光源ビームによって生成される放射は、画像パネル、特にＤＬＰパネル上に投影することができる。このために、特に、集光器が適応されてもよく、発光性材料からルミネッセンス(光)を集光する。そして、この集光された可視光が画像パネル上のプロジェクションに使用される。
【００３０】
従って、或る好適な実施形態では、プロジェクションシステムは集光器を更に含み、特には、反射型集光器であり、カラーホイールの下流に配置され、発光性材料からの可視光を集光するように構成され、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）のような画像パネルの方向にビーム光として可視光を反射するよう構成される。一実施形態では、集光器は、発光性材料を励起するため、半導体光源ビームがその集光器を通過できるよう構成されてもよく、そして、その集光器は可視光を集光するよう構成されてもよい。その集光器は、第１端部（底）（本明細書では“第１集光端部”としても示される）と、第２端部（集光器の開口部）とを向かい合って含んでもよい。集光器は、半導体光源ビームがその集光器を通過して発光性材料を励起することができるよう構成されてもよく、そして、集光器は可視光を集光するように構成されてもよい。一実施形態では、これは開いた第１端部によって実現されてもよい。従って、半導体光源は、集光器開口部の方向に第１端部の開口部を通過し、そして、発光性材料を照射する；その発光は、集光器の開口部を介して集光器に入り、そして、集光され反射される（例えばＤＬＰの方向に）。集光器は集光器開口部で断面を有し、その断面は、第１端部での集光器の断面よりも大きい；特に、凹型集光器（開いた第１端部を有する）であってもよい。
【００３１】
凹型集光器は先行技術において知られている（例えば、ＷＯ２０１００３２１８０（特許文献１５）を参照（この文献では、第１端部は少なくとも部分の光源を含み、第２端部は透明板を含む））。集光器（特に反射型集光器）は、球状、放物形、楕円形又は多項式凹型形状であってもよい。
【００３２】
本発明のプロジェクションシステムの有利な点は、カラーホイールの下流と画像パネル（特にＤＬＰ）の上流とに従来の光学系がこれ以上必要でなくてもよいことである。
【００３３】
上述したように、予め成形された半導体光源ビームは、ＤＬＰのコンセプトの中では、発光性材料を含むカラーホイールにとってとりわけ興味深い。従って、特に、プロジェクションシステムはデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）ベースのシステムである。従って、上述の実施形態は特にＤＬＰベースのプロジェクションシステムに適しており、比較的簡易に製作でき、コスト効率の良いソリューションである。さらに、その実施形態はレトロ・ソリューション又はレトロ・アプリケーションとして適用されてもよく、即ち、従来の光源と任意の光学系は本発明の実施形態に代替されてもよい。
【００３４】
任意的に、他の応用例、例えば、娯楽用プロジェクションシステムでは、ビーム成形光学系は、半導体光源ビームの断面を他の形状、例えば星形、円形、又は他の如何なる所望の形状にも成形するように構成されてもよい。
【００３５】
先行技術のシステムの不利な点はその強度、又は、強度を向上させるための柔軟性の無さである。これは、特に、３ＬＣＤシステム（即ち、３ＬＣＤベースのシステム）には問題である。３ＬＣＤベースのプロジェクションシステムのアレイスタティック設計は多くの利点を有するが、３０００ルーメンを越えるスクリーン輝度性能を備えた高輝度プロジェクションシステムへの拡張には未だ欠けるように見える。
【００３６】
従って、ここでは、新しいプロジェクションシステムが提案され、そのシステムは統合レーザ励起発光性光源を備え、特に３ＬＣＤに必要な常時オンの白色光源を形成してもよい。さらに、３ＬＣＤシステムの輝度スケーリングを可能にしてもよい。さらに、（発光性材料の）大部分の表面にわたるダイナミックなエネルギー分布のため、発光性材料に対して熱負荷の劇的な減少をもたらしてもよい。加えて、それは、光源の主要なアーキテクチャのわずかな変更／全くの変更無く、柔軟にアップグレードされたり、修正されたり、スケールアップ又はダウンされたりしてもよい。さらに、カスタマイズされた設計の場合は、多数のパラメータが柔軟に調整され得る。その上、集光光学系の簡易な再配置よって、白色光源を３色光源に変化させてもよい（その応用例が色混合や代替色を要しない場合に）。
【００３７】
或る特定実施形態では、増加するストロークシフトの順に、発光性材料は回転軸から離れて増加する距離に配置される。従って、熱的に最も課題を抱える発光性材料は、最大の距離に配置される。これは、この発光性材料は半導体光源によって相対的に少なく照射されていることを暗示しており、即ち、特定エリアが照射される時間が従来のシステムよりも短く、少なくとも、より少ないストロークシフトを有する発光性材料にとってはより短い。ストロークシフトの用語は、励起波長（エネルギー）と放射波長（エネルギー）における差に関連する。
【００３８】
一実施形態では、カラーホイールの下流に集光器（上記参照）が配置され、半導体光源ビームの送信を可能にし、発光性材料から可視光を集光するように構成される。従って、この集光された可視光は画像パネル上のプロジェクションに使用される。
【００３９】
より正確には、各領域に対して集光器が供給されてもよい。従って、カラーホイールの下流に集光器が配置されてもよく、半導体光源ビームの送信を可能にし、発光性材料から可視光をそれぞれ集光するよう構成される（異なる領域で）。例えば、集光器（群）は反射集光器（群）であってもよい。
【００４０】
従って、そうした集光器（群）は、カラーホイールの下流に配置されてもよく、発光性材料から可視光を集光し、そして、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）パネルのような画像パネルの方向にその可視光を反射させるよう構成される。例えば、集光器は、半導体光源ビームがその集光器を通過できるよう（集光器の開口部から、開いた第１端部へ）構成され、発光性材料を励起し、そして、集光器は可視光を集光するように構成されてもよい。凹型の集光器は先行技術において知られており、例えば、ＷＯ２０１００３２１８０（特許文献１５）で説明される。集光器（特に反射集光器）は球状、放物状、又は楕円状の形状でもよい。代替的に又は追加的に、集光器（群）は１つ以上のＣＰＣ（即ち、合成二次曲面集光器）を有してもよく、例えば、ＷＯ２００７１０２９４０（特許文献１６）、ＷＯ２００９０７０４３５（特許文献１７）、又は、ＵＳ２００４１３１１５７（特許文献１８）（下記参照）で説明され、それらの文献は参照されて本明細書に組み込まれる。そうしたＣＰＣは、特に、明るい照射、均一な光照射野、及びシャープなエッジコントラストを有するため、光ビームを集中するよう配置される。一実施形態では、ＣＰＣは多項式収差を有してもよい。
【００４１】
青色発光の半導体光源を使用するときは、発光性材料の少なくとも部分は反射材料によって代替されてもよく、即ち、特にこれらの実施形態では、カラーホイールは反射材料を含んでもよい。従って、そうした実施形態では、集光器は、半導体光源ビームが集光器を通過できるよう構成されてもよく（集光器開口部から、開いている第１端部へ）、反射材料を照射し、そして、集光器はその反射光を集光するよう構成されてもよい。特に、反射材料はランバート反射器である。
【００４２】
集光器は、半導体光源ビームの発光性材料への送信を可能にするよう構成されてもよいので、実際は、その集光器は半導体光源に関して、カラーホイールの下流に置かれ、一方で、発光（＝発光性材料の可視放射）の集光に関して、その集光器はカラーホイールの下流に配置される。集光器の機能は、特にルミネッセンスの集光であるので、これらの実施形態では、集光器はカラーホイールの下流に配置されるよう考えられる。集光器のエッジ（特に反射集光器）はカラーホイールから非ゼロの距離に配置される。好適には、その距離は０．０５から１０ｍｍの範囲内であり、特には０．１から５ｍｍである。
【００４３】
或る特定の実施形態では、プロジェクションシステムは光学系を含み、その光学系は少なくとも２つの領域（好適には３つの領域（ＲＧＢ））の上流の半導体光源ビームを、少なくとも２つ（好適には少なくとも３つ）の半導体光源ビームにスプリットするよう構成され、そして、その少なくとも２つの領域（好適には少なくとも３つ（ＲＧＢ））を方向付けるよう構成される。例えば、そうした光学系は、半導体光源光に対して部分的に透過し、そして、半導体光源光に部分的に反射するよう配置され構成されるプレートを含んでもよい。これは、例えば、半導体光源ビームに関する材料及び／又は角度に依存してもよい。
【００４４】
他の実施形態では、プロジェクションシステムは光学系を有し、その光学系は少なくとも２つの領域の可視光を単一ビームに組み合わせるよう構成される。例えば、この単一ビームは、３ＬＣＤへ向けられてもよい。他の実施形態では、プロジェクションシステムは光学系を有し、その光学系は、発光性材料から集められた（別々の）可視光を３ＬＣＤユニット、即ち、３ＬＣＤユニットの３つのＬＣＤそれぞれに方向付けるように構成される。
【００４５】
更に他の実施形態では、プロジェクションシステムはデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）ベースのシステムである。
【００４６】
別の側面では、本発明は、カラーホイールそれ自体を供給し、そのカラーホイールは、半導体光源ビームによる励起に応じて、異なる放射波長で可視光を生成するよう構成された発光性材料を備えた少なくとも２つの領域（即ち、その領域は異なる波長分布で発光する）を含み、そして、その領域はそのカラーホイールの回転軸から異なる距離に配置され、ストロークシフトが増加する順に、発光性材料はその回転軸から増加する距離に配置される。特に、ストロークシフトが増加する順に、発光性材料はその回転軸から増加する距離に配置される。代替的に、発光性材料は、発光性材料の価格が増加する順に、又は、温度抵抗が低下する順に、回転軸から増加する距離に配置されてもよい。
【００４７】
好適な実施形態では、カラーホイールは、ＲＧＢ（赤、緑、青）の発光性材料を備えた３つの領域をそれぞれ含む。しかし、カラーホイールは、少なくとも３色を備えた３つ以上の領域を含んでもよい。或る特定の実施形態では、１つ以上の発光性材料がセラミック体に含まれる。セラミック体を使用することの有利な点は、熱エネルギーがより簡単に伝えられることである。一実施形態では、発光性材料はヒートシンク材料によって構成される。例えば、カラーホイールは、ヒートシンクであってもよく、又は、ヒートシンク材料を含んでもよい。
【００４８】
或る特定の実施形態では、カラーホイールの部分は透過的であってもよい。他の実施形態では、特に、青色半導体光源が適応される実施形態では、発光性材料の代わりに、カラーホイール上に白色反射材料（半導体光源光に対して反射する）が適応されてもよい。カラーホイールは、例えば、（ＵＶ励起の）青色発光性材料、（ＵＶ励起の）緑色発光性材料、及び、（ＵＶ励起の）赤色発光性材料をそれぞれ含んでもよい。他の実施形態では、カラーホイールは、（青色光照射の）青色光反射材料、（青色励起の）緑色発光性材料、及び、（赤色励起の）赤色発光性材料をそれぞれ含んでもよい。
【００４９】
従って、青色発光半導体光源が適応される実施形態では、ＲＧＢ発光性材料の用語は、適用可能であれば、ＲＧ発光性材料（即ち、赤と緑の発光性材料）とＢ反射材料（即ち、青色光の反射材料）にも関連する。例えば、適応されてもよい反射材料は、ＢａＳＯ４、ＭｇＯ及びＡｌ２Ｏ３から成るグループから選択することができる。
【００５０】
特にこれらの実施形態により、さらに特には３ＬＣＤシステムに関して、高輝度が実現されてもよく、３ＬＣＤベースのプロジェクションシステム（＞３０００ＬＭ）に対するソリューションを可能にする。さらに、コスト的に有効なソリューションが提供されてもよい。そのうえ、既存のシステムを簡単にアップグレード（レトロ・アプリケーション）したり、修正したり、拡大・縮小してもよい。さらに、実施形態は、発光性材料上の熱的負荷を劇的に低減することにより、長期の寿命を供給してもよい。そのソリューションはコンパクト性を供給してもよい。実施形態は、色の組合せが白色光の生成を可能にするが、また、２つ以上の色、特には３つの別個の色への分離をも可能にする。従って、或る特定の実施形態では、３ＬＣＤシステムが示され、上記で定義したようにカラーホイールを含む。
【００５１】
発光性材料からの光の放射は、ＤＬＰや３ＬＣＤのような画像パネルに効果的に伝達されるように、適切に管理される必要がある。発光性材料上の放射スポットからの光の放射は、好適には、ＤＬＰユニットのＤＬＰパネルや、３ＬＣＤユニットのＬＣＤパネルのサイズを有する均一な矩形スポットに投影される。ＵＨＰランプを利用した標準的なプロジェクション構成では、これは幾つかの光学要素、例えば、光トンネル、レンズ、及びミラーによって実現される。
【００５２】
発光性材料からの光を均一にし、それを３ＬＣＤユニットやＤＬＰユニットに投影する他の方法も本明細書では示される。ここでは、或る光学部品が示され、その光学部品は、発光性材料から放出される光の集光と均一化のため、単一部品の全ての利点を利用しつつ、初期光源と色変換材料（発光性材料、発光性セラミックなど）との遠隔配置を可能にする。代替的に、光学部品は、特にＤＬＰ用に、カラーホイールと組み合わされてもよい。
【００５３】
従って、他の側面では、本発明は、プロジェクション光源、光学系、及び発光性材料を含むプロジェクションシステムを供給し、そのプロジェクション光源は、半導体光源ビームを生成するよう構成される半導体光源を含み、その発光性材料は、半導体光源ビームによる励起に応じて、可視光を生成するよう構成され、その光学系は集光器を含み、そして、その集光器は、半導体光源ビームがその集光器を通過して発光性材料を励起するよう構成され、画像パネル上のプロジェクションのため、発光性材料により放射される可視光を均一化するよう構成される。従って、集光器の一端では、半導体光源光が導かれ、そして、集光器の他端へ進み、そこに発光性材料が配置される。その放射は集光され均一化され、そして、半導体光源光が集光器に導かれた同じ端部で、集光器を再び離れる。集光された可視光は、画像パネル上のプロジェクションに使用される。
【００５４】
或る特定の実施形態では、その集光器は反射型ホモジェナイザーであり、好適には、合成二次曲面集光器（ＣＰＣ）（上記の特定の参考文献を参照）である。一実施形態では、ＣＰＣは多項式収差を有してもよい。
【００５５】
一実施形態では、上記で示したように、発光性材料はヒートシンク材料を含んでもよい。或る特定の実施形態では、ヒートシンク材料と集光器とは統合ユニットである。そうしたユニットは本明細書では“反射及び色変換ホモジェナイザー（ＲＣＣＨ）”とも言われる。従って、他の側面では、本発明は、合成二次曲面集光器を供給し、その合成二次曲面集光器は、その第１端部（底）（本明細書では“第１の集光器端部”としても示される）に配置される発光性材料を含み、第２端部（集光器開口部）と反対にある。集光器（それ自体）がヒートシンク材料（熱伝導体のような）を含んでもよい。従って、集光器は、熱エネルギーの散逸を容易にするヒートシンク材料を含んでもよい。
【００５６】
それ故、或る特定の実施形態では、プロジェクションシステムは、異なる発光性材料を有する３つの集光器を含み、さらに、その３つの集光器から集光された（別々の）光を、３ＬＣＤユニットのような画像パネルに方向付けるよう構成される光学系を含み、即ち、ＬＣＤユニットの３つのＬＣＤに方向付ける。これは、半導体光源がＵＶ光を生成するよう構成されているとき、特に適応される。
【００５７】
例えば、集光器は、（ＵＶ励起の）青色発光性材料、（ＵＶ励起の）緑色発光性材料、及び、（ＵＶ励起の）赤色発光性材料をそれぞれ含んでもよい。他の実施形態では、集光器は、（青色光照射の）青色光反射材料、（青色励起の）緑色発光性材料、及び、（青色励起の）赤色発光性材料、それぞれを含んでもよい。前の実施形態では、３つのＲＣＣＨが適応され、後者では、２つのＲＣＣＨと１つの反射型ホモジェナイザーが適応される。
【００５８】
一実施形態では、発光性材料は集光器に含まれず、しかし、そこから少し離れている（即ち、そうした実施形態では、第１端部の少し後方であり、そこは開いている）。これは、例えば、この実施形態をカラーホイールと組み合わせることを可能にしてもよい。従って、他の実施形態では、発光性材料がカラーホイールに含まれ、そして、その集光器（特に反射ホモジェナイザー）は、そのカラーホイールから非ゼロの距離に配置される（上記参照）。
【００５９】
例えば、カラーホイールは、（ＵＶ励起の）青色発光性材料、（ＵＶ励起の）緑色発光性材料、及び、（ＵＶ励起の）赤色発光性材料をそれぞれ含んでもよい。他の実施形態では、カラーホイールは（青色光照射の）青色光反射材料、（青色励起の）緑色発光性材料、及び、（青色励起の）赤色発光性材料をそれぞれ含んでもよい。また、カラーホイールの或る特定の実施形態が本明細書では示される。
【００６０】
一実施形態では、プロジェクションシステムは３ＬＣＤベースのシステムである。さらに他の実施形態では、プロジェクションシステムはデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）ベースのシステムである。
【００６１】
ＲＣＣＨのような革新的な部品は、多数の有利な点を有し、例えば、発光性材料の励起のため、異なる光源を組み合わせて使用を可能にすること、初期の色を所望の色へ変換すること、放射光の効果的な集光、配光の均一化、正しい（必要な）スポット形状（矩形、正方形、円形、楕円形の出口孔）を形成することである。上述の利点に加えて、ＲＣＣＨを固体単一体部品として、高熱伝導性材料（例えば、Ａｌ、ＡＬＮ、Ｃｕ、銀、金等）から作ることは、発光性材料から熱負荷を効果的に除去することがあり、非常に明るい光源の形成を可能にする。集光器ユニット（ＲＣＣＨ）は、非常にコンパクトであってもよく、そして、例えば、必要な出力に応じて、約５−１０ｘ５−１０ｘ２０−４０ｍｍの寸法を有してもよい。
【００６２】
プロジェクションの仕様に対する、レーザ励起発光性光源の開発の際に遭遇する課題は、複数光放射を、特に、効率的で、適応可能な、コスト的に有効な、プロジェクション光学システムに統合することに関連する。ここでは、或るソリューションが提案され、そのソリューションは統合型レーザ励起発光性光源の形成のためのプラットフォームであり、現在のプロジェクションシステム、３ＬＣＤとＤＬＰベース（特に３ＬＣＤ）の両方、の設計で容易に統合することができ、より高い熱安定性と関連寿命とを有してもよく、コスト的に有効であってもよく、光源の主要なアーキテクチャを殆ど又は全く変更せずに、柔軟に、アップグレード、修正、スケールアップ又はダウンでき、カスタマイズされた設計の場合は、多数のパラメータが柔軟に調整される。
【００６３】
従って、他の側面では、本発明は、プロジェクション光源ユニットと、画像パネル、特に３ＬＣＤユニットとを含み、そのプロジェクション光源ユニットは：
ａ  複数の半導体光源、特に複数のレーザダイオードであって、それぞれ、半導体光源ビームを生成するよう構成され、
ｂ  複数の集光器であって、それぞれ、第１端部と、反対の第２開口部（集光器開口部）とを有し、
ｃ  半導体光源ビームを集光器にわたって分配する分配器であって、その分配された半導体光源ビーム光を、第１端部の方向に第２集光器開口部を介して方向付け、
ｄ  第１端部に配置された発光性材料であって、その発光性材料は、半導体光源ビームによる励起に応じて、可視光を生成するよう構成され、その集光器は、その可視光を放射ビームに集光するよう構成され；
そのプロジェクション光源ユニットは、複数の放射ビームを画像パネル、特に３ＬＣＤユニットに供給するよう更に構成される。
【００６４】
そうした光源ユニットは、複数の集光器から複数の放射ビームを供給する。半導体光源光は集光器にわたって分配されてもよいので、半導体光源の数は集光器の数よりも少なくてもよい。一般に、分配器の数は集光器の数と同じでもよい。
【００６５】
或る特定の実施形態では、プロジェクションシステムは、インテグレータレンズを更に含み、複数の放射ビームを統合するよう構成される。例えば、これはフライアイの第２レンズ（ホモジェナイザー）であってもよい。
【００６６】
上述したように、或る特定の実施形態では、発光性材料はヒートシンク材料に含まれる。さらに、発光性材料は一実施形態ではセラミック体の中に含まれてもよい。
【００６７】
或る特定の実施形態では、プロジェクションシステムは２つ以上のセットの光源ユニットを含んでもよく、それぞれの光源ユニットは複数の放射ビームを（３ＬＣＤユニットの）対応するＬＣＤユニットに供給するよう構成される。特に、プロジェクションシステムは、３つのセットの光源ユニットを含んでもよく、その光源ユニットはＲＧＢ光をそれぞれ供給するよう構成される。こうして、３ＬＣＤシステムが簡易に供給されてもよい。
【００６８】
そうしたアーキテクチャは高い熱安定性を有してもよく、なぜなら、発光性材料プレート及び各プレートの熱負荷は互いに離れており、有効な受動ヒートシンク材料の上に配置されるからである（実験データは、２００ｍＷのレーザビームを５０μｍのスポットにフォーカスする性能を示し、そのスポットで１００℃の温度を有する）。インテグレーションに使用されるレーザダイオードは、一般的に且つ広く入手可能である。レーザダイオードはしばしば特別に設計されたヒートシンク材料に取り付けられ、互いの熱の影響を最少化し、良好な動作安定性を可能にする。製品パラメータ、例えば、改善された色性能、輝度等の柔軟性は、発光性材料プレートの１チャンネルを除去し、部分的に拡散するミニミラーを配置し、インテグレーションのため直接レーザ光源を使用することにより実現できるだろう。
【００６９】
再び、これらの実施形態はむしろ容易に製造することができ、そして、コスト的に有効なソリューションであってもよい。さらに、容易にアップグレードし（レトロ・アプリケーション）、修正し、及び、拡張してもよい。
【００７０】
一実施形態では、本明細書で示される半導体光源は、ＵＶ光を生成するよう構成される。そうした例では、発光性材料は、特にＲＧＢ発光性材料を含んでもよい。他の実施形態では、本明細書で示される半導体光源は青色光を生成するよう構成される。そうした例では、発光性材料は、特にＲＧ発光性材料を含んでもよい。ＬＥＤが青色光を生成するよう構成されるときは、幾つかの実施形態では、発光性材料の部分は反射材料（半導体光源光に対して反射する）（上記参照）に代替されてもよい。
【００７１】
半導体光源の用語は、特に光発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードに関連する。上述したように、それらはＵＶ又は青色光を生成するよう特に構成される。
【００７２】
本明細書で“実質的に”の用語は、例えば、“実質的に全ての放射”又は“実質的に含む”のように使用されるが、当業者には理解されるだろう。“実質的に”の用語は、また、“全体に”、“完全に”、“全部の”等を用いた実施形態を含んでもよい。従って、幾つかの実施形態では、形容詞“実質的に”は削除されてもよい。適用可能なところでは、“実質的に”の用語は、９０％以上、例えば９５％以上、特には９９％以上、さらに特には９９．５％以上に関連してもよく、１００％を含む。“含む（comprise）”の用語は、“comprise”の用語が“consist of”を意味する実施形態も含む。
【００７３】
さらに、本説明や請求項中の第１、第２、第３、及び類似の用語は、類似の要素間で区別するために使用され、連続的又は時間的な順序を述べるのに必要ではない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、本明細書で説明される発明の実施形態は本明細書で説明され例示される以外の順序で動作可能であることが理解されるべきである。
【００７４】
本明細書の装置は、とりわけ、動作中で説明される。当業者には明りょうだろうが、本発明は動作方法や動作中の装置には限定されない。
【００７５】
上述の実施形態は本発明を限定するのではなく、例示するものであり、当業者は付属の請求項の範囲から逸脱することなく多数の代替実施形態を考案することができることは留意すべきである。請求項では、カッコ内の如何なる参照符号もその請求項を限定するものとして解釈してはならない。動詞“含む（to comprise）”とその活用形の使用は、或る請求項で述べられる以外の要素やステップの存在を除外するものではない。或る要素の前に来る冠詞“a”や“an”は、そうした要素の複数形の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの異なる要素を含むハードウェアによって、及び、適切にプログラムされたコンピュータによって実現されてもよい。幾つかの手段を列挙する装置クレームでは、幾つかのそうした手段は、１つの同じハードウェアアイテムによって実施されてもよい。或る手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、こうした手段の組合せが有利には使用できないということを示すものではない。
【００７６】
ＥＰ１６０５１９９（特許文献１９）は、異なる発光性材料の異なる領域を備えたカラーホイールを有するプロジェクションシステムについて述べ、その異なる発光性材料の異なる領域は、そのカラーホイールの回転軸から等しい距離にある。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
本発明の実施形態は、単に例示の目的で、付属の概略的な図を参照して説明され、その図では、対応する参照記号は対応する部分を示し、その図は：
【図１ａ】図１ａは、ＤＬＰ技術に基づくプロジェクションシステムを概略的に表す。
【図１ｂ】図１ｂは、カラーホイールの一バージョンを概略的に表す。
【図１ｃ】図１ｃは、３ＬＣＤ技術に基づくプロジェクションシステムを概略的に表す。
【図２ａ】図２ａは、予め成形された半導体光源ビームに関する実施形態を（概略的に）示す。
【図２ｂ】図２ｂは、予め成形された半導体光源ビームに関する実施形態を（概略的に）示す。
【図２ｃ】図２ｃは、予め成形された半導体光源ビームに関する結果を（概略的に）示す。
【図２ｄ】図２ｄは、予め成形された半導体光源ビームに関する結果を（概略的に）示す。
【図２ｅ】図２ｅは、予め成形された半導体光源ビームに関する実施形態を（概略的に）示す。
【図３ａ】図３ａは、回転軸から異なる距離で配置される発光性材料を備えたカラーホイールの実施形態を概略的に表す；
【図３ｂ】図３ｂは、回転軸から異なる距離で配置される発光性材料を備えたカラーホイールの実施形態を概略的に表す；
【図３ｃ】図３ｃは、回転軸から異なる距離で配置される発光性材料を備えたカラーホイールの実施形態を概略的に表す；
【図３ｄ】図３ｄは、回転軸から異なる距離で配置される発光性材料を備えたカラーホイールの実施形態を概略的に表す；
【図４ａ】図４ａは、或る特定の集光器ユニット、特にはＣＰＣの実施形態を概略的に表す；
【図４ｂ】図４ｂは、或る特定の集光器ユニット、特にはＣＰＣの実施形態を概略的に表す；
【図４ｃ】図４ｃは、或る特定の集光器ユニット、特にはＣＰＣの実施形態を概略的に表す；
【図５ａ】図５ａは、プロジェクション光源ユニットの実施形態を概略的に表す；
【図５ｂ】図５ｂは、プロジェクション光源ユニットの実施形態を概略的に表す；
【図５ｃ】図５ｃは、プロジェクション光源ユニットの応用例を概略的に表す；
【図５ｄ】図５ｄは、プロジェクション光源ユニットの応用例を概略的に表す；
【発明を実施するための形態】
【００７８】
一般には、２つの種類のプロジェクションシステムがあり、ＤＬＰベースと３ＬＣＤベースである。そのプロジェクションシステムは、参照符号１００で表される。
【００７９】
図１ａは、ＤＬＰベースのプロジェクションシステム１００を概略的に表し、そのプロジェクションシステムは、ここでは、光ビーム１１１を生成する光源（ＵＨＰベース）１００と、その下流にカラーホイール１２０と、その下流に光学系１３０とを含み、その光学系は、一般的に、光トンネル、統合ロッド、又はフライアイのようなホモジェナイザー１３１と、１つ以上のレンズ又はミラー１３２を含む。その下流には、ＤＬＰユニット１４０が、画像パネル２９０の一例として配置される。その下流には、再び、幾つかの光学系があってもよく、例えば１つ以上のレンズ１３３である。そのプロジェクションシステム１００は、プロジェクションビーム１１２を供給する。
【００８０】
図１ｂは、カラーフィルタ１２１を備えたカラーホイール１２０の一バージョンを概略的に表す。そのカラーホイールは、１つ以上のそうしたフィルタを含んでもよいが、無色透明な部分を有してもよい。ここでは、そのホイールは円盤状の形状を有する。
【００８１】
図１ｃは、３ＬＣＤベースバージョンのプロジェクションシステム１００を概略的に表し、主な違いは、画像パネル２９０の他の例として、ＤＬＰユニットが３ＬＣＤユニット１５０に代替されている点であり、そして、その上流に光学系１３０が例えば負レンズ１３５を含み、光源１１０の下流に配置され、その下流にホモジェナイザー１３６（フライアイ・インテグレーターのような）、その下流にポラライザー１３７、その下流に１つ以上のレンズ１３８、そして、その下流にスプリッター１３９が光ビーム１１１を異なる色の３つのビームにスプリットするよう配置される。
【００８２】
以下では、本発明の実施形態が表され、光源１１０は、参照符号１１５で表されるレーザダイオードのような半導体光源を含み、光ビーム１１１は半導体光源ビームであり（又は、いずれにせよ半導体光源ベースの光源１１５によって生成される光ビーム）、そして、利用可能であれば、カラーホイール１２０は発光性セラミックスのような発光性材料を含む。
【００８３】
図２ａは一実施形態を概略的に表し、カラーホイール１２０の下流にビーム成形光学系１６１が配置され、半導体光源ビームの断面を矩形の断面に成形するよう構成される。カラーホイール１２０は発光性材料１７０（特にはセラミック）を有し、半導体光源ビーム１１１により励起可能であり、半導体光源ビーム１１１による励起に応じて、可視光１１６を生成するよう構成される。そのビーム成形光学系１６１は、例えば、フライアイ・インテグレーター又は回折光学素子を含んでもよい。
【００８４】
カラーホイール１２０の下流には、集光器３００、特には反射集光器が配置される。その集光器３００は発光性材料１７０から可視光１１６を集光するよう構成され、そして、その可視光（ビーム１１３として）を、デジタルライトプロセッシングＤＬＰ１４０のような画像パネル２９０の方向に反射するよう構成される（図示されるように）。
【００８５】
ここでは、集光器は第１端部３０１で開いており、半導体光源ビーム１１１が発光性材料１７０を照射することを可能にする。それ故、この集光器３００はカラーホイール１２０の上流に配置されるものと考えられてもよい（半導体光源ビームは第１端部３０１から第２端部３０２へ通過するからである）。
【００８６】
カラーホイール１２０は回転軸１２２を有する。さらに、カラーホイール１２０はヒートシンク材料１８０を含んでもよく、とくに、発光性材料からの熱を放散する。図２ｂは、図２ａと同様の実施形態を概略的に表すが、異なる視点から表している。カラーホイール１２０は、発光性材料１７０を有する複数の領域１２５（時にはセクションとしても示される）を含む。発光性材料１７０は、異なる特性を有してもよい。例えば、カラーホイール１２０は、ＲＧＢ発光性材料を含んでもよい。ここでは、カラーホイール１２０は、環状の形状を有する特定の実施形態である。カラーホイールのそうした環状の実施形態は、“スポーク”４２１を備えた“リム”４２０を有する。さらに、この実施形態は、１つ以上のホイール開口部４２２を含む。従って、カラーホイール１２０の或る特定の実施形態は、１つ以上の開口部４２２を含み、その開口部は、ビーム（１１３）（の一部）が通過できるように特に構成されてもよい。これは、図２ａ―２ｂでも概略的に表される。当業者には明らかだろうが、ビーム（１１３）（の一部）が通過できるように構成される、１つ以上の開口部４２２を備えたカラーホイール１２０の他の形状が考慮されてもよい。
【００８７】
図２ｃと２ｄは、ＤＬＰユニット１４０上に表示されるビームの均一性を示す（それぞれ、ｘ軸とｙ軸に沿って）。
【００８８】
図２ｅは一実施形態を表し、その実施形態では、ビーム成形光学系１６１がプロジェクションシステム１００に組み込まれ、ここでは好適にはＤＬＰベースのシステムである。ビーム成形光学系１６１と集光器３００との導入は、カラーホイール１２０とＤＬＰユニット１４０との間の従来光学系１３０を減少、或いは、完全に除去することにつながることがある。
【００８９】
図３ａ―３ｃはカラーホイール１２０の実施形態を概略的に示し、そのカラーホイール１２０は、（好適には異なる）発光性材料１７０を備えた少なくとも２つの領域１２５を含み、その発光性材料は、半導体光源ビーム１１１による励起に応じて、異なる発光波長で可視光を生成するよう構成される。その領域１２５は回転軸１２２から異なる距離に配置される。異なる種類の発光性材料１７０を仮定すれば、その領域１２５は、発光性材料１７０のストロークシフトの増加する順に好適には配置され、そうして、増加するストロークシフトを備えた発光性材料は、回転軸１２２から増加する距離に配置されるようになる。例えば、回転軸１２２に近接して青色発光性材料が存在し、離れて緑色発光性材料が、さらに離れて赤色発光性材料が存在する。
【００９０】
発光性材料１７０はセラミック体の中に含まれてもよい。さらに、カラーホイール１２０はヒートシンク材料１８０を含んでもよい。
【００９１】
カラーホイール１２０の下流には集光器３００が配置され、半導体光源ビーム１１１の透過を可能にし、そして、発光性材料１７０から可視光をそれぞれ集光するよう構成される。集光器３００は、合成二次曲面集光器（ＣＰＣ）１９０（上記参照）、レンズ、又は、反射器とレンズとの組合せを含んでもよい。これらの実施形態では、集光光学系は第１端部３０１で開いており、半導体光源ビーム１１１が発光性材料１７０を照射することを可能にする。集光器３００はカラーホイール１２０から非ゼロの距離に配置される。こうして、カラーホイール１２０は回転してもよい（軸１２０に沿って）。
【００９２】
さらに、半導体光源ビーム１１１をスプリットするよう構成された光学系１８１が領域１２５の上流に配置され、そうして、半導体光源ビームを少なくとも２つの半導体光源ビーム１１１にスプリットする。こうして、領域１２５はアドレスされ得る。光学系１８１は、例えば、ガラスプレートを含み、そのガラスプレートは適切な角度で配置され、そうして、半導体光源ビーム１１１の部分の反射と、半導体光源ビーム１１１の透過部分とを可能にする。図から見て取れるように、ルミネッセンスに関して、集光器３００はカラーホイール１２０の下流に配置される；（半導体光源１１１による）励起に関して、集光器３００は実際にはカラーホイール１２０の上流に配置される。
【００９３】
さらに、図３ａに概略的に表されるように、光学系１８２は領域１２５の可視光を単一ビームに合成するように構成される。再び、例えば、光学系１８２はガラスプレートを含み、そのガラスプレートは適切な角度で配置され、そうして、集光器３００の下流で集光された発光の反射と半導体光源ビーム１１１の透過とを可能にする。図３ｂは、異なる発光が別々に維持されている一実施形態を概略的に表す。これは、３ＬＣＤベースのプロジェクションシステムの実施形態では有利であることがある。例えば、異なる色の発光が３ＬＣＤユニットのＬＣＤに直接向けられてもよい。
【００９４】
例えば、発光性材料１７０の部分は、反射材料に代替されてもよく、特には半導体光源１１５が青色光を生成するように構成されるときである。ここで、発光性材料１７０ａ、１７０ｂ及び１７０ｃをそれぞれ含む領域１２５を参照すると、例えば、発光性材料１７０ａ（最少半径）の代わりに、反射材料が適応されてもよい。他の２つの領域１２５は、緑色発光性材料のような発光性材料１７０ｂと、赤色発光性材料のような発光性材料１７０ｃとを含んでもよい。
【００９５】
図３ｃでは、領域１２５は環形状である。しかし、その環は必ずしも閉じた環である必要はない。例えば、領域１２５は複数の環状に配置された領域として構成されてもよい。
【００９６】
図３ｄは、カラーホイール１２０と集光器３００とがプロジェクションシステム１００に組み込まれた一実施形態を概略的に表し、ここでは、プロジェクションシステムは好適には３ＬＣＤベースのシステムである。カラーホイール１２０と集光器３００の導入は、光源と３ＬＣＤユニット１５０の間の従来光学系１３０を減少するか、又は、完全に除去することにつながってもよい。この図の変形例が図４ｃに概略的に表される。
【００９７】
図４ａは、集光器３００の一実施形態を概略的に表し、その集光器は好適には合成二次曲面集光器１９０のような反射ホモジェナイザーであり、集光器３００の集光開口部３０２（ここでは、好適には、矩形開口部であるが、開口部３０２は正方形、円形、又は、楕円形等でもよい）の反対で、その合成二次曲面集光器の第１端部３０１に配置される発光性材料１７０を含む。発光性材料１７０は単一ユニットに統合されてもよく、又は、カラーホイールの部分であってもよい（ここでは図示されないが、例えば図３ａ―３ｄを参照）。後者の実施形態では、発光性材料１７０はカラーホイール１２０に含まれ、集光器３００はカラーホイール１２０から非ゼロの距離に配置される。図４ａで概略的に表される実施形態では、発光性材料１７０はヒートシンク材料（１８０）に含まれ、そのヒートシンク（材料）１８０と集光器３００とは統合ユニット２００である。従って、この実施形態では、集光器３００は、第１端部３０１で第２開口部により充分には透過されない；ここでは、第１端部３０１は閉じており発光性材料１７０を含む。図４ｂは、そうした反射及び色変換ホモジェナイザー（第１集光端部３０１に統合された、発光性材料の単一ユニット）の動作原理を概略的に表す。複数のラインは、発光性材料１７０から発光された光線と、集光器３００の本体内部の伝播経路とを示す。集光開口部３０２は四角形でも、矩形でも、楕円でも、円形等でもよいが、本応用例では好適には矩形であることに留意されたい（図４ｃを参照）。
【００９８】
図４ｃはプロジェクションシステム１００、ここでは３ＬＣＤベースのシステムにおける統合の一実施形態を示す。プロジェクションシステム１００は、プロジェクション光源（１つ以上の半導体光源１１５）、光学系１３０、及び発光性材料１７０を含む。その光学系１３０は集光器３００を含む。ここでは、３つの集光器３００が表され、それぞれが３ＬＣＤのＬＣＤをアドレスする。ここでは、統合されたユニット２００が適応される。しかし、例えば図３ａ―３ｃで概略的に表されるようなカラーホールの例が適応されてもよい。従って、その特定の集光器３００、ここではＣＰＣ１９０が、３ＬＣＤベースのシステムとデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）ベースのシステムとの両方に適応されてもよい。
【００９９】
発光性材料１７０の部分は反射材料に代替されてもよく、特に半導体光源１１５が青色光を生成するように構成されるときである。ここでは、発光性材料１７０ａ、１７０ｂ、及び、１７０ｃをそれぞれ参照すると、例えば発光性材料１７０ａの代わりに、反射材料が適応されてもよい。他の集光器３００は、緑色発光性材料のような発光性材料１７０ｂのルミネッセンスと、赤色発光性材料のような発光性材料１７０ｃのルミネッセンスをそれぞれ集光するように使用されてもよい。
【０１００】
図４ｃの変形例が図３ｄである（図３ａ―３ｃに概略的に表された１つ以上の実施形態と組み合わせて）：その発光性材料は集光器３００には統合されないが、カラーホイールに統合される（例えば図３ａ―３ｃ参照）。そうした実施形態では、集光器３００はカラーホイールから非ゼロの距離に配置される。
【０１０１】
図５ａ―５ｃは、光源ユニット２１５の一実施形態であり、その光源ユニットは、複数の半導体光源１１５であって、それぞれの半導体光源は、半導体光源ビーム１１１を生成するよう構成される、複数の半導体光源と；複数の集光器３００であって、それぞれ第１端部３０１と反対の第２開口部３０２とを有する、複数の集光器と；その集光器３００にわたって半導体光源ビーム１１１を分配し、第１端部３０１の方向に、第２集光開口部３０２を通って、その分配された半導体光源光ビームを方向付ける、分配器１８１と；第１端部３０１に配置される発光性材料１７０と、を含み、その発光性材料１７０は、半導体光源ビーム１１１による励起に応じて、可視光を生成するよう構成され、そして、その集光器３００は、その可視光を集光するよう構成されて発光ビーム１１３を形成する。一実施形態では、集光器３００はＣＰＣ集光器を含む（上記参照）。
【０１０２】
図５ｃは、プロジェクションシステムの一具体例を概略的に表し、そして、プロジェクション光源ユニット２１５と３ＬＣＤユニット１５０とを含むプロジェクションシステム１００を表し、そのプロジェクション光源ユニット２１５は、複数の発光ビーム１１３を３ＬＣＤユニット１５０に供給するよう更に構成される。
【０１０３】
図５ｂは、３つのセットの光源ユニット（２１５）を含む一実施形態を概略的に表し、その光源ユニット（２１５）はＲＧＢ光をそれぞれ供給するよう構成される。図５ｃは、２つ以上のセットの光源ユニット２１５を含む一実施形態を概略的に表し、それぞれの光源ユニット２１５は、複数の発光ビーム１１３を３ＬＣＤユニット１５０の対応するＬＣＤユニットに供給するよう構成される。
【図１ａ】
2013537642.tif 000003
【図１ｂ】
2013537642.tif 000004
【図１ｃ】
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【図２ａ】
2013537642.tif 000006
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
2013537642.tif 000009
【図２ｅ】
2013537642.tif 000010
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
2013537642.tif 000013
【図３ｄ】
2013537642.tif 000014
【図４ａ】
2013537642.tif 000015
【図４ｂ】
2013537642.tif 000016
【図４ｃ】
2013537642.tif 000017
【図５ａ】
2013537642.tif 000018
【図５ｂ】
2013537642.tif 000019
【図５ｃ】
2013537642.tif 000020
【図５ｄ】
2013537642.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月9日(2013.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクション光源とカラーホイールとを含むプロジェクションシステムであって、当該プロジェクションシステムは、半導体光源を含み、前記半導体光源は、半導体光源ビーム断面を有する半導体光源ビームを生成するよう構成され、前記カラーホイールの上流にビーム成形光学系が配置され、前記ビーム成形光学系は、半導体光源ビーム断面を所望の形状、好適には矩形断面に成形するよう構成され、そして、前記カラーホイールは発光性材料を含み、前記発光性材料は前記半導体光源ビームにより励起可能で、前記半導体光源ビームによる励起に応じて、画像パネル上のプロジェクションのため、可視光を生成するよう構成され、前記カラーホイールは、相互に異なる発光性材料を備えた少なくとも２つの領域を含み、前記半導体光源ビームによる励起に応じて、可視光の相互に異なるスペクトルを生成するよう構成され、前記領域は、前記カラーホイールの回転軸から異なる距離で配置され、環状の形態を有する、
システム。
【請求項２】
前記ビーム成形光学系はフライアイ・インテグレーター又は回折光学素子を含む、請求項１記載のプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記半導体光源は、レーザーダイオードとＬＥＤとを含むグループから選択される、請求項１又は２記載のプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記発光性材料は、セラミック体の中又はその上に含まれる、請求項１乃至３の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記プロジェクションシステムは集光器、特に反射集光器を更に含み、前記集光器は前記カラーホイールの下流に配置され、前記発光性材料から可視光を集光するように構成され、前記可視光を前記画像パネルの方向に反射するよう構成され、前記画像パネルはデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）ユニットを含む、請求項１乃至４の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記発光性材料は、ストロークシフトが増加する順に前記回転軸から増加する距離に配置される、請求項１乃至５の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記カラーホイールの下流に集光器が配置され、前記集光器は前記半導体光源ビームの送信を可能にし、画像パネル上のプロジェクションのため、前記発光性材料から可視光を集光するよう構成される、請求項６記載のプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記集光器は合成二次曲面集光器（ＣＰＣ）を含む、請求項７記載のプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記プロジェクションシステムは３ＬＣＤベースのシステムである、請求項７又は８記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記発光性材料から集光された可視光を前記３ＬＣＤユニットに方向付けるよう構成される光学系を含む、請求項９記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記半導体光源は青色光を発生するよう構成される、請求項１乃至１０の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項１２】
プロジェクション光源ユニットと３ＬＣＤユニットとを含むプロジェクションシステムであって、前記プロジェクション光源ユニットは：
複数の半導体光源であって、それぞれが半導体光源ビームを生成するよう構成される、複数の半導体光源と、
複数の集光器であって、それぞれが第１端部と反対の第２開口部とを含む、複数の集光器と、
前記集光器にわたって半導体光源ビームを分配し、そして、前記第１端部の方向に、前記第２開口部を通って前記分配された半導体光源ビームを方向付ける、分配器と、
前記第１端部に配置される発光性材料と、を含み、前記発光性材料は、前記半導体光源ビームによる励起に応じて、可視光を生成するよう構成され、そして、前記集光器は、前記可視光を集光するよう構成されて発光ビームを形成し；
前記プロジェクション光源ユニットは複数の前記発光ビームを前記３ＬＣＤユニットに供給するよう更に構成される、
請求項１乃至１１の何れか１つに記載のプロジェクションシステム。
【請求項１３】
相互に異なる発光性材料を備えた少なくとも２つの領域を含むカラーホイールであって、前記半導体光源ビームによる励起に応じて、可視光の相互に異なるスペクトルを生成するよう構成され、そして、前記領域は前記カラーホイールの回転軸から異なる距離に配置され、前記発光性材料は、ストロークシフトが増加する順に前記回転軸から増加する距離に配置される、カラーホイール。
【請求項１４】
前記カラーホイールは、ＲＧＢ発光性材料をそれぞれ備えた３つの領域を含むか、又は、前記カラーホイールは、ＲＧ発光性材料をそれぞれ備えた２つの領域と、反射材料を備えた１つの領域とを含む、請求項１３記載のカラーホイール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
従って、第１側面においては、本発明は、プロジェクション光源とカラーホイールとを含むプロジェクションシステムを供給し、そのプロジェクション光源は、半導体光源ビーム断面を有する半導体光源ビーム（特にレーザビーム）を生成するよう構成される半導体光源、特にレーザダイオードを含み、そして、カラーホイールの上流で、ビーム形成光学系が配置されて、半導体光源ビーム断面を矩形断面に形成するよう構成し、発光性材料を有する少なくとも２つの領域を含むカラーホイールは、半導体光源ビームによる励起に応じて、異なる放射波長で可視光を生成し、その領域は、カラーホイールの回転軸から異なる距離に配置され、環状の形態を有する。こうして、光学系の柔軟な配置が可能になる。さらに、半導体光源の光によって照射されるべき発光性材料エリアに必要な平均時間が、低減されてもよく、それによって、発光性材料の寿命と特性をセーブする。従って、発光性材料からの可視光は、画像パネル上のプロジェクションに使用されてもよい。
【国際調査報告】
2013537642.tif 000022
2013537642.tif 000023
2013537642.tif 000024