(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムであって、
複数のレーザ出力ビームを生成するための複数のレーザ源装置であり、各レーザ源装置が個別にアドレス指定可能である、複数のレーザ源装置と、
組み合わされた蛍光体変換出力ビームパターンを生成するために前記レーザ出力ビームが向けられる蛍光体スクリーン装置であり、当該蛍光体スクリーン装置は、複数の表面領域を有し、各表面領域が、前記複数のレーザ源装置のうちの１つから光を受けるように構成される、蛍光体スクリーン装置と、
所定の出力パターンを持つ蛍光体変換出力ビームパターンを前記蛍光体スクリーン装置から生成するために、前記複数のレーザ源装置を選択的にアドレス指定するコントローラであり、前記蛍光体変換出力ビームパターンは、協働する複数のコンポーネントビーム部分で形成され、各コンポーネントビーム部分が、前記蛍光体スクリーン装置の前記複数の表面領域のうちのそれぞれの１つから生成される、コントローラと
を有し、
前記蛍光体変換出力ビームパターンは、前記蛍光体スクリーン装置から、１つ以上の光学素子を介して、ピクセル化ディスプレイユニット上に投射され、前記光学素子は、前記蛍光体スクリーン装置と前記ピクセル化ディスプレイユニットとの間に配置され、且つ、前記複数のコンポーネントビーム部分の各々が前記ピクセル化ディスプレイユニットのそれぞれの受光部上に結像されるように、前記蛍光体変換出力ビームパターンを前記ピクセル化ディスプレイユニット上に投射するように適応される、
照明システム。
【請求項２】
前記蛍光体スクリーン装置は、空間的に分離された複数の蛍光体スクリーン素子を有し、各蛍光体スクリーン素子が、前記複数の表面領域のうちのそれぞれの１つ以上を提供する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記ピクセル化ディスプレイユニットは、前記蛍光体変換出力ビームパターンを入力として受け取り、第２の所定の出力パターンを持つ二次出力ビームを出力として生成するように適応される、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記ピクセル化ディスプレイユニットは、ピクセルのアレイを有し、各ピクセルは、高光出力モード状態と低光出力モード状態との間で個別に切り換え可能であり、前記第２の所定の出力パターンは、前記ピクセルの前記出力モード状態に依存する、請求項３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記蛍光体変換出力ビームパターンの前記所定の出力パターンは、前記ピクセルのアレイの前記出力モード状態に応じて前記コントローラによって決定される、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記蛍光体変換出力ビームパターンの前記所定の出力パターンは、前記ピクセルのアレイのうち低出力モード状態にあるピクセルで受け取られる光の量を最小化するように前記コントローラによって決定される、請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
前記ピクセル化ディスプレイユニットは、ピクセルのアレイを有し、前記ピクセルは各々、或る範囲の出力モード状態にわたって個別に調整可能である、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項８】
各レーザ源装置が、個別に制御可能な光出力強度を有する、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項９】
前記レーザ出力ビームのうちの２つ以上が、前記蛍光体スクリーン装置において重なり合うように配置される、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１０】
各レーザ源装置が、１つ以上のレーザダイオードを有する、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記ピクセル化ディスプレイユニットは、デジタルミラーディスプレイ、デジタルミラーデバイス、又は反射型若しくは透過型のＬＣＤである、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記コンポーネントビーム部分が上に結像される前記ピクセル化ディスプレイユニットの前記それぞれの受光部が重なり合っており、前記ピクセル化ディスプレイユニットは、そのような重なり合いによって生じる輝度効果を補償するように適応される、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１３】
請求項１又は２に記載の照明システムを有する車両ヘッドライト。
【請求項１４】
光ビームを生成する方法であって、
所定のパターンで複数のレーザ出力ビームを生成するように複数のレーザ源装置を制御し、
前記複数のレーザ出力ビームを、受光する蛍光体スクリーン装置の複数の表面領域へと方向付け、それにより、前記蛍光体スクリーン装置から、所定の出力パターンを持つ蛍光体変換出力ビームパターンを生成し、前記蛍光体変換出力ビームパターンは、協働する複数のコンポーネントビーム部分で形成され、各コンポーネントビーム部分が、前記蛍光体スクリーン装置の前記複数の表面領域のうちのそれぞれの１つから生成され、且つ
前記蛍光体変換出力ビームパターンを、１つ以上の光学素子を介して、ピクセル化ディスプレイユニット上に投射し、前記光学素子は、前記蛍光体スクリーン装置と前記ピクセル化ディスプレイユニットとの間に配置され、且つ、前記複数のコンポーネントビーム部分の各々が前記ピクセル化ディスプレイユニットのそれぞれの受光部上に結像されるように、前記蛍光体変換出力ビームパターンを前記ピクセル化ディスプレイユニット上に投射するように適応される、
ことを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明システム及び照明方法に関し、特に、レーザダイオード及びレーザダイオード出力の蛍光体変換を使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードに基づく照明の使用が増加している。
【０００３】
例えば、今の自動車ヘッドライト照明では、配光を動的に変化させることができる適応照明システムに向かう傾向がある。ダイオード及びレーザダイオードの制御性は、動的で知的な照明に関する多くの機会を提供する。
【０００４】
例えば、自動車ヘッドライト照明に関する１つの望ましい特徴は、高輝度ビームを有することであるが、眩しさを避けるために、対向車への光出力を低減するために、明確に定められて移動する暗部を有することである。あるいは、所与の道路標識又は車両の車載カメラによって検出された障害物を照らす照明が望ましいことがある。
【０００５】
技術的に、そのような動的システムは、異なるレベルの性能対複雑さを持つ異なるアプローチで実現され得る。例は、切り換え可能な機械的アパーチャ、ＬＥＤ若しくはレーザダイオードのマトリクス照明、マイクロディスプレイ、又はレーザスキャナである。例えば、マトリクス照明に関連するアプローチについては、フォトルミネセンス材料を照らす制御可能な光ビームが光学系によって遠方に結像されることを開示するＵＳ２０１４０３６２６００Ａ１（特許文献１）を、マイクロディスプレイに基づくアプローチについては、ＵＳ２０１５０１９１１１５Ａ１（特許文献２）を参照されたい。
【０００６】
本発明は、特に、マイクロディスプレイに基づくアプローチに関する。
【０００７】
図１は、既知のマイクロディスプレイベースの照明システムを模式的な形態で示している。
【０００８】
各々がおよそ２−４Ｗの光パワーの複数（例えば、６つ）の青色レーザビーム１２が、蛍光体スクリーン１８上の共通のターゲット領域１６の方に向けられ、それにより、ターゲット領域に高輝度の白色光スポットが生成される。スポットは小さくされることができるので、ビデオプロジェクタ（このようなプロジェクタは典型的に、不変の白色光ではなく、異なる色の光を時系列で生成するために蛍光体ホイールを更に有するが）と同様の方法でマイクロディスプレイ２４（例えば、デジタルミラーディスプレイ、デジタルミラーデバイス、又は反射型ＬＣＤ）を照らすために使用され得る。生成された白色光は、蛍光体から、コリメート用の素子１９（この場合は全内部反射コーン）及びディスプレイ光学系２０を介して、マイクロディスプレイ２４の表面上に送られる。マイクロディスプレイ２４は、光が所望の点からのみ反射されることを可能にする複数の制御可能な反射ピクセル２６を有する。斯くして、所望の出力パターン及び強度分布を有する出力ビーム２８が、マイクロディスプレイの表面から生成され、投射レンズ３０を介して、照明のターゲット（例えば道路）に向けて投射され得る。
【０００９】
ピクセル２６の適切な制御により、多様なビームパターン、形状又は画像をマイクロディスプレイから作り出すことができ、非常に用途の広い適応照明システムが可能になる。
【００１０】
しかしながら、このアプローチに伴う１つの問題は、低い光効率である。光源は、マイクロディスプレイ２４の表面からの反射について、出力ビームパターン２８の最も明るい部分を照らすのに十分な強度で動作されなければならない。出力ビームパターンのより暗い点又は領域は、適切なピクセル２６を、それらに入射する光の一部又は全てを吸収するように制御することによって作り出される。これは、しかし、生成された光のうち相当量を無駄にする。ディスプレイの全ての領域が単一の共通光スポットによって照らされるので、そんなに高い強度の光が必要とされないピクセルにむけて、高強度の光が生成されて導かれる。故に、マイクロディスプレイを照らすに際して、余分な光を生成しなければならず、（レーザ光源による）全体的な電力消費が増大し、発熱の点での難しさがもたらされる。
【００１１】
１つの提案されたソリューションは、不均一な固定パターン又は分布の光を生成し、次いでそれがマイクロディスプレイに向けて伝播されるように、整形光学系を介して、蛍光体プレート位置における光源を予め整形するものである。例えば、レーザビーム１２が、不均一な出力強度を持つ光スポットを蛍光体にて形成するように構成又は適応され得る。例えば、出力ビームパターンがその真ん中の領域で最も明るいことが望ましい場合、光スポットは、斯くして、より多くの光をディスプレイの中心に向けるように整形／適応され得る。あるいは、蛍光体とマイクロディスプレイとの間に配置される光学素子が、光分布の形状を変えるように適応され得る。
【００１２】
しかしながら、そのようなソリューションは、特に、生成されるビーム２８の出力パターンが広範囲の異なる特定形状及び強度分布の間で変更可能であることが望まれる適応照明用途の場合に、効率の点で問題が残る。そのような場合、光スポットの形状が、望まれる出力ビームパターンの全てを生成するのに適していなければならず、このことは必然的に、出力パターンのうち特定のものの暗めの領域に過剰な光が向けられることを伴うので、依然として多くの光が無駄になる。例えば、システムがハイビームパターン及びロービームパターンの双方を生み出すように設計されている場合、ロービーム生成への切り換えにおいて、ハイビームを生成するのに十分なソース光が蛍光体にて生み出されて、その後に捨てられなければならないことになる。また、ロービーム生成のために単純に光源全体を暗くすることは実行可能ではない。何故なら、そうすると、ロービームのうち明るい領域が弱くなり過ぎるからである。
【００１３】
故に、改善された光効率、ひいては、全体的な電力消費及び発熱の低減を可能にするマイクロディスプレイベースの照明システムが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３６２６００号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／０１９１１１５号明細書
【発明の概要】
【００１５】
本発明は請求項によって規定される。
【００１６】
本発明の一態様によれば、照明システムが提供され、当該照明システムは、
複数のレーザ出力ビームを生成するための複数のレーザ源装置であり、各レーザ源装置が個別にアドレス指定可能である、複数のレーザ源装置と、
組み合わされた蛍光体変換出力ビームパターンを生成するためにレーザ出力ビームが向けられる蛍光体スクリーン装置であり、当該蛍光体スクリーン装置は、複数の表面領域を有し、各表面領域が、上記複数のレーザ源装置のうちの１つから光を受けるように構成される、蛍光体スクリーン装置と、
所定の出力パターンを持つ蛍光体変換出力ビームパターンを蛍光体スクリーン装置から生成するために、上記複数のレーザ源装置を選択的にアドレス指定するコントローラであり、蛍光体変換出力ビームパターンは、協働する複数のコンポーネントビーム部分で形成され、各コンポーネントビーム部分が、蛍光体スクリーン装置の上記複数の表面領域のうちのそれぞれの１つから生成される、コントローラと
を有し、
蛍光体変換出力ビームパターンは、蛍光体スクリーン装置から、１つ以上の光学素子を介して、ピクセル化ディスプレイユニット上に投射され、該光学素子は、蛍光体スクリーン装置とピクセル化ディスプレイユニットとの間に配置され、且つ、上記複数のコンポーネントビーム部分の各々がディスプレイのそれぞれの受光部上に結像されるように、出力ビームパターンをディスプレイ上に投射するように適応される。
【００１７】
各レーザ源装置は、各々が単一のレーザ出力ビームを生成するように適応された１つ以上のレーザダイオードを有し得る。故に、単一のレーザ源装置が２つ以上のレーザ出力ビームを生成してもよい。単一のレーザ源装置の複数のレーザダイオードは、互いに個別に制御可能であってもよいし、そうでなくてもよい。
【００１８】
蛍光体スクリーン装置は、複数の表面領域又は表面素子を有し、それら各々が、個別に制御可能なレーザ源装置から光を受け取るように構成される。特に、例において、各々が、別個の専用の個別制御可能なレーザ源装置から光を受け取るように構成され得る。斯くして、各表面領域に向けられる光の量を独立に制御し得る。蛍光体スクリーン装置から生成される光の全体的な出力パターン又は分布は、この表面領域セットにわたる光出力の配置に依存する。各表面領域で生み出される光が個別に調整可能であるので、これは、複数のレーザ源装置の出力を調整することによって調整可能なパターン、形状又は強度分布を持つ出力ビームパターンを（ディスプレイユニット上への投射のために）蛍光体から生成することを可能にする。
【００１９】
なお、本文脈における‘投射’は、単に向けられること又は伝播されることを意味するとして、完全に一般的な意味で解釈されるべきであり、例えば何らかの形態の光学的操作又は整形に限定されるとして解釈されるべきではない。
【００２０】
故に、ディスプレイユニットのピクセルの反射パターンと相関のある規定の出力パターンを持つ出力ビームを、蛍光体から生成するように、レーザ源装置を制御することによって、光効率が改善され得る。斯くして、光は、それが必要とされるディスプレイユニット領域のみに向けられ、ディスプレイの表面から二次出力ビームを生成する際に犠牲にされることがない。
【００２１】
なお、これに代わる例では、同じ単一の個別制御可能なレーザ源装置からの光を、蛍光体領域のうちの２つ以上が受け取るように構成されてもよい。さらに、例において、蛍光体領域のうちの１つ以上が、レーザ源装置のうちの２つ以上から光を受け取るように適応されてもよい。
【００２２】
一部の例において、蛍光体スクリーン装置は、個別制御可能なレーザ源装置のうちの別々の１つから光を受け取るように各々が構成された一連の概念的な表面領域又はセグメントへと実効的に分割された、単一の一体的な蛍光体スクリーン素子を有していてもよい。このような場合、表面領域は必ずしも、物理的に有形的なやり方で、互いに分離されたりその他で区別されたりしていなくてもよい。多くの場合、これら領域は、単にそれらに入射する照明の供給源の理由のみで規定されて区別されるという意味で、単に概念的な領域とし得る。
【００２３】
しかしながら、他の例によれば、蛍光体スクリーン装置は、空間的に分離された複数の蛍光体スクリーン素子を有することができ、各蛍光体スクリーン素子が、複数の表面領域のうちのそれぞれの１つ以上を提供し得る。この場合、空間的に分離された複数の素子の出力を収集して、規定の出力パターンを持つ集合的な出力ビームパターンを生成するために、特定の光学素子が設けられ得る。
【００２４】
出力ビームパターンは、蛍光体からピクセル化ディスプレイユニット上に、これら２つの間に配置された１つ以上の光学素子を介して投射される。この光学素子は、例えば、ＴＩＲコリメータなどのコリメート素子、フレネルレンズなどのコリメートレンズ、又はその他の集束若しくは投射レンズを含み得る。この光学素子は、異なる表面部分から生成されたビーム部分がディスプレイに向かう途中で混合するのを防止し、それらが生み出すビームパターンが保存されて直接的にディスプレイユニットの表面上に結像されることを確保するために配設される。
【００２５】
例において、出力ビームパターンは、特定のプロファイル又は形状を持つ単一の組み合わされたビームを有し得る。そのプロファイル又は形状は、例えば、それを形成する複数の協働コンポーネントビーム部分によって画成され得る。他の例において、出力ビームパターンは、単一の組み合わされたビームを有していなくてもよく、むしろ、コンポーネントビーム部分が空間的に分離されている又は区別可能である光分布を有し得る。
【００２６】
ピクセル化ディスプレイユニットは、蛍光体変換出力ビームパターンを入力として受け取り、第２の所定の出力パターンを持つ二次出力ビームを出力として生成するように適応され得る。
【００２７】
ピクセル化ディスプレイユニットは、ピクセルのアレイを有することができ、各ピクセルは、高光出力モード状態と低光出力モード状態との間で個別に切り換え可能であり、第２の所定の出力パターンは、ピクセルの出力モード状態に依存する。高出力モード状態において、ピクセルは、それに入射する殆ど又は全ての光を反射（又は透過）するように適応され得る。低出力モード状態において、ピクセルは、それに入射する殆ど又は全ての光を吸収する又は犠牲にするように適応され得る。
【００２８】
蛍光体変換出力ビームパターンの所定の出力パターンは、ピクセルのアレイの出力モード状態に応じてコントローラによって決定され得る。特に、蛍光体変換出力ビームパターンの所定の出力パターンは、アレイのうち低出力モード状態にあるピクセルで受け取られる光の量を最小化するようにコントローラによって決定され得る。
【００２９】
例において、ピクセルは各々、或る範囲の出力モード状態にわたって個別に調整可能であるとし得る。例えば、反射される（又は透過される）のとは対照的に、犠牲にされる入射光の割合が、或る範囲の値にわたって調整可能であるとし得る。出力モード状態の範囲は、例えば各々が異なる比での吸収−反射に対応した、複数の出力状態の連続スペクトルを有し得る。それに代えて、出力モード状態の範囲は、一組の離散的な出力モード状態を有していてもよい。
【００３０】
各レーザ源装置が、個別に制御可能な光出力強度を有し得る。
【００３１】
レーザ出力ビームのうちの２つ以上が、蛍光体スクリーン装置において重なり合うように配置されてもよい。換言すれば、表面領域間の境界は鮮鋭である必要はなく、ある程度ぼやけていてもよい。ビーム形状又は分布の微調整はその後にディスプレイユニットによって実行されてもよいので、蛍光体変換された出力ビームパターンにおける高いコントラストは必ずしも必要でない。これは、レーザ源及び蛍光体ターゲットの特定の設計観点における単純化を可能にし得る。というのは、それらの光ビームに関して要求される公差が部分的に緩和され得るからである。
【００３２】
各レーザ源装置が、１つ以上のレーザダイオードを有し得る。
【００３３】
ピクセル化ディスプレイユニットは、例において、デジタルミラーディスプレイ、デジタルミラーデバイス、又は反射型若しくは透過型のＬＣＤ（液晶ディスプレイ）とし得る。
【００３４】
ピクセル化ディスプレイユニットは、特に、ピクセル化されたマイクロディスプレイとし得る。光源としてのレーザの使用は、蛍光体スクリーン装置から非常に小さい点光源を生成することを可能にし、それが代わって、例えばちょうど１つのＬＥＤ素子の典型的な出力ビーム幅よりも遥かに小さい全体寸法を持つマイクロディスプレイユニットの複数の異なるセクタ又は領域の独立した照射を可能にする。例えば、システムの実施形態は、例において、１インチ×１インチ未満の、そして更には例えば１ｃｍ×１ｃｍ未満の、マイクロディスプレイユニットを組み込み得る。
【００３５】
この照明システムは、車両ヘッドライトに使用され得る。
【００３６】
本発明の他の一態様に従った例は、光ビームを生成する方法を提供し、当該方法は、
所定のパターンで複数のレーザ出力ビームを生成するように複数のレーザ源装置を制御し、
上記複数のレーザ出力ビームを、受光する蛍光体スクリーン装置の複数の表面領域へと方向付け、それにより、蛍光体スクリーン装置から、所定の出力パターンを持つ蛍光体変換出力ビームパターンを生成し、蛍光体変換出力ビームパターンは、協働する複数のコンポーネントビーム部分で形成され、各コンポーネントビーム部分が、蛍光体スクリーン装置の上記複数の表面領域のうちのそれぞれの１つから生成され、且つ
蛍光体変換出力ビームパターンを、１つ以上の光学素子を介して、ピクセル化ディスプレイユニット上に投射し、該光学素子は、蛍光体スクリーン装置とピクセル化ディスプレイユニットとの間に配置され、且つ、上記複数のコンポーネントビーム部分の各々がディスプレイのそれぞれの受光部上に結像されるように、出力ビームパターンをディスプレイ上に投射するように適応される、ことを有する。
【００３７】
この方法の例は更に、第２の所定の出力パターンを持つ二次出力ビームをディスプレイユニットから生成するように、ピクセル化ディスプレイユニットのピクセルの光出力モード状態を調整することを有し得る。
【００３８】
複数のレーザ源装置は更に、ディスプレイユニットのピクセルの出力モード状態に依存する出力パターンを持つ蛍光体変換出力ビームパターンを、蛍光体スクリーン装置から生成するように制御され得る。
【００３９】
特に、複数のレーザ源装置は、ディスプレイユニットの低出力モード状態にあるピクセルで受け取られる光の量を最小化する出力パターンを持つ出力ビームパターンを、蛍光体スクリーン装置から生成するように制御され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
以下、以下の図を含む添付図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。
【図１】既知のマイクロディスプレイベースのレーザ源照明システムを示している。
【図２】既知のマイクロディスプレイベースのレーザ源照明システムのための蛍光体スクリーン装置を示している。
【図３】マイクロディスプレイベースのレーザ源照明システムのための改善された蛍光体スクリーン装置を示している。
【図４】改善された蛍光体スクリーン装置の第２の図を示している。
【図５】改善された蛍光体スクリーン装置を有するマイクロディスプレイベースのレーザ源照明システムの第１の例を示している。
【図６】改善された蛍光体スクリーン装置を有するマイクロディスプレイベースのレーザ源照明システムの第２の例を示している。
【図７】複数の空間的に分離された蛍光体スクリーン素子で形成された蛍光体スクリーン装置を有するマイクロディスプレイベースのレーザ源照明システムの第１の例を示している。
【図８】複数の空間的に分離された蛍光体スクリーン素子で形成された蛍光体スクリーン装置を有するマイクロディスプレイベースのレーザ源照明システムの第２の例を示している。
【図９】蛍光体スクリーンに向けられるレーザビームを生成するレーザダイオード装置の第１の例を示している。
【図１０】蛍光体スクリーンを照らす照射パターンの第１の例を示している。
【図１１】蛍光体スクリーンを照らす照射パターンの第２の例を示している。
【図１２】蛍光体スクリーンに向けられるレーザビームを生成するレーザダイオード装置の第２の例を示している。
【図１３】蛍光体スクリーンに向けられるレーザビームを生成するレーザダイオード装置の第３の例を示している。
【図１４】ロービーム及びハイビームのヘッドライト出力を交互に生み出すマイクロディスプレイ装置の第１の例を示している。
【図１５】ハイビームヘッドライト出力を生み出すマイクロディスプレイ装置の第２の例を示している。
【図１６】水平方向に調節可能なハイビームヘッドライト出力を生み出すマイクロディスプレイ装置の第３の例を示している。
【図１７】水平方向に調節可能なハイビームヘッドライト出力を生み出すマイクロディスプレイ装置の第４の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明は、ピクセル化ディスプレイユニット上への投射のために、パターン形成された蛍光体変換出力ビームを生成する照明システムを提供する。蛍光体スクリーン装置が、複数の別々の受光表面領域を有し、各領域が、個別にアドレス指定可能なレーザ源装置によって照らされる。表面領域の各々に向けられる光の相対強度を制御することにより、広範囲の異なる出力ビームパターンを蛍光体スクリーン装置から作り出すことができる。生成されるビームパターンは、非アクティブではなくアクティブであるピクセルのみに光が向けられるように、ディスプレイユニットのピクセル設定に一致するように制御され得る。これは、光を単に捨て去るように構成されるピクセルへの伝播を通じて光を無駄にする必要がないので、光効率の有意な改善を可能にする。
【００４２】
本発明の原理を、図２及び３によって示す。図２は、複数の青色レーザビーム１２が蛍光体スクリーン１８上の共通のターゲット領域１６に向けられる従来の蛍光体スクリーン装置１８を示している。複数のレーザビームがターゲット領域で組み合わさって高輝度白色光スポットを生成し、そして、それが、マイクロディスプレイユニット（図示せず）への伝播のために、ＴＩＲコリメータ１９を介して結像光学系（この場合、結像レンズ）２０に向けられる。蛍光体スクリーン１８からコリメータ１９を介して結像光学系２０までの光線２１の経路の一例が示されている。
【００４３】
本発明の態様によって具現化される改善された蛍光体スクリーン装置１８を図３に模式的に示す。蛍光体１８の表面が、別個の表面セクション又は領域３４のアレイへと分割され、図示の例では、各領域が、レーザビーム１２のアレイのうちの別個の１つによって照らされている。上述の説明から明らかなように、レーザ源“装置（アレンジメント）”の複数のレーザビームが各蛍光体領域と関連付けられてもよい。説明の容易さのため、以下の例では個々のレーザビームを考える。各レーザビームは、独立してオン又はオフに切り換えられることができ、故に、表面セクション３４のアレイの各々に向けられる光が個別に制御され得る。
【００４４】
コリメータの束（バンドル）３１及び結像光学系２０を介して受光マイクロディスプレイ上に投射されるとき、蛍光体スクリーンの各領域が、ディスプレイ上の異なる対応する領域を照らす。異なる蛍光体領域３４にわたる照射を選択的に制御することにより、広範囲の異なる所望パターンを生成するように、マイクロディスプレイ２４にわたる光の分布が変化され得る。
【００４５】
コリメータバンドル３１は、蛍光体スクリーン１８のそれぞれの表面領域３４の各々の個々の光出力が、マイクロディスプレイに向かうそれら旅程中に広がって相互に混ざり合う（その場合、蛍光体１８によって生成された出力パターンがぼやける又は失われることになり、その結果、マイクロディスプレイの受光領域上に適切にマッピングされないことになる）ことを防止するために設けられる。コリメータバンドル３１は、個別のコリメータユニット３２の組で形成され、各コリメータユニット３２が、互いに光学的にアイソレートされるとともに、それらのそれぞれの光入力窓及び光出力窓が協働してコリメータバンドル３１の共通の光入力及び光出力エリア３３を形成するように共に配列される。
【００４６】
蛍光体の表面領域３４の各々が、コリメータユニット３２のうちのそれぞれの１つの光入力窓とアライメントされる。各表面領域によって放たれた光は、共通の光出口エリア３３から放射されるまで、他の表面領域の光出力からアイソレーションしてコリメートされ、光出口エリア３３から、結像光学系２０に向かって、そして更にはマイクロディスプレイ（図示せず）に向かって伝播する。これら光出力の個別コリメーションは、蛍光体スクリーン装置１８によって生成された集合的な光出力パターンが、全体として、マイクロディスプレイ２４の表面上に忠実に結像されることを確実にする。
【００４７】
なお、図３に示される特定のシステム例は反射型マイクロディスプレイユニットを有するが、本発明はそのような実施形態に限定されず、代替例は、それに代えて、例えば透過型ＬＣＤディスプレイなどの透過型ディスプレイを使用し得る。
【００４８】
上述の原理に従った照明システムの一例の動作を、図４及び５に模式的に示す。図４は、図３の蛍光体スクリーン１８の拡大図を示しており、個々のレーザビーム１２によって照らされる表面領域３４のアレイが示されている。図５には、その蛍光体スクリーン例が、照明システム構成例の中に含まれるように示されており、蛍光体１８によって生成された白色光が、コリメータバンドル３１及びディスプレイ光学系２０を介して、ピクセル化されたマイクロディスプレイユニット２４の表面上に伝搬される。
【００４９】
図４に、蛍光体１８の表面領域３４ａの一サンプルが指し示されている。図５に示すように、レーザ源による領域３４ａの刺激を受けて、照らされた領域３４ａの対応する（反転された）像３６ａが、コリメータバンドル３１のうちのそれぞれのコリメータを介して、そして結像光学系２０を介して、マイクロディスプレイ２４の表面上に投射される。ディスプレイ上の、領域３４ａの投射された像３６ａが、図５にハイライトして示されている。理解されるように、アレイ状の蛍光体領域３４の各々が、レーザ源による照射を受けて、マイクロディスプレイのそれ自身の対応する領域にマッピングされることになる。故に、蛍光体領域の各々に送達される光を調節することにより、或る範囲の異なる光パターンをマイクロディスプレイ２４の表面にわたって作り出し得る。
【００５０】
マイクロディスプレイ２４は、個別にアドレス指定可能なピクセル２６のアレイを有しており、各ピクセルが、入射する光を反射する、又は入射光を吸収する若しくはその他で捨て去る、の何れかを行うように制御可能である。ピクセルのアレイにわたって反射モードを調整することにより、マイクロディスプレイは、その表面から可変形状及びパターンの出力ビームを生成するように制御され得る。出力パターンの明るい領域は、高反射モードのピクセルによって作り出される。出力パターンの暗い領域は、低反射モードのピクセルによって作り出される。
【００５１】
なお、低反射モードによって意味されるのは、その上に入射する光の一部又は全てを捨て去る又は逸らすように設定されるモードであり、ピクセルの固有の反射率それ自体が変化されることを意味するとして解釈されるべきでない。
【００５２】
低反射モードに切り換えられているピクセル上に導かれた光は、例えば吸収によって捨て去られる。故に、この光は無駄になる。従って、高反射モードにあるピクセルのみの上に光が生成されて導かれる場合に、照明システムの効率が有意に改善される。本発明の実施形態のセグメント化された蛍光体スクリーンは、そのような機能を可能にする。何故なら、蛍光体スクリーンの異なる領域３４を刺激することにより、それに対応して、マイクロディスプレイの表面上の異なる領域を照らし得るからである。ピクセル２６が高反射モードに切り換えられるマイクロディスプレイの領域上に結像する蛍光体１８の領域のみを刺激することにより、多くの光を節約し得る。これが、ひいては、システムの電力消費の低減につながるとともに、レーザによる全体的な発熱も少なくし、結果としての冷却問題を軽減する。
【００５３】
なお、図示の例では、蛍光体スクリーン１８の光出力パターンをマイクロディスプレイ２４上に（光学系２０を介して）結像するために、コリメータバンドルが使用されているが、他の例では、他の結像手段が代わりに使用されてもよい。例えば、表面領域の出力の各々の光アイソレートされたコリメーションを提供するために、コリメータバンドルと同様のやり方で、テーパ光ファイバの束を使用してもよい。あるいは、コリメートレンズを代わりに使用してもよく、例えば、フレネルレンズが、共通の平行な出力軸に沿って入力光線を投射するように適応され得る。
【００５４】
効率における有意な改善のために必要とされる固有の表面領域の数は、大きいものではない。実際、２つという少なさのセグメントでも有意な利益を実現することがある。これは、例えば、ハイビーム及びロービームの光出力モードを生成するヘッドライトモジュール内でこの照明システムが使用される場合に当てはまり得る。大抵の場合、８つの別個の表面セグメント３４で十分であり得る。
【００５５】
ディスプレイユニットは典型的に、蛍光体スクリーン１８が有する表面領域の数よりもずっと多くのピクセル２６（例えば、１０００００以上）を有し得る。ディスプレイユニット２４は、鮮鋭に画成された造形及び明るい領域と暗い領域との間の鮮鋭な光カットオフを有する高解像度の出力ビームの生成を可能にする。故に、高密度のピクセルが設けられ得る。
【００５６】
当初の蛍光体スクリーン出力ビームを高解像度にパターン形成する必要はないので、蛍光体スクリーン表面領域の密度は、マイクロディスプレイピクセルの密度よりもかなり低くし得る。単一の蛍光体表面部分が、かなりの数の個々のピクセルを含む比較的大きいマイクロディスプレイ表面エリア上にマッピングされる場合であっても、効率における有意な改善が達成され得る。
【００５７】
図６は、例えば３つのみの区別された表面領域を有する蛍光体スクリーンを有するシステム例を示している。ここでは、図３の例においてのように、３つの表面領域の各々に対して１つの区別されたコリメータを有して、ＴＩＲコリメータバンドルが設けられている。
【００５８】
例において、ディスプレイユニットのピクセルは、ある範囲の強度にわたる反射ピクセル出力を生成するために、或る範囲の異なる反射モードの間で調整可能とし得る。これは、例えば、適切なデューティサイクルで低反射モード及び高反射モードを実行するようにピクセルを制御することによって達成されることができ、そのようなサイクルの周波数を制御することによって強度を調節可能である。これは、より繊細で洗練された出力ビームパターンがディスプレイから生成されることを可能にする。この場合、ディスプレイの異なる受光領域に向けられる光の強度が、或る範囲の値の間で調節可能であることが望ましいことがある。
【００５９】
これら又は他の例において、或る範囲の出力強度にわたって動作可能なレーザ源が配設され得る。斯くして、蛍光体１８の個々の表面領域は、二値のＯＮ状態とＯＦＦ状態との間で制御可能であるだけでなく、或る範囲の輝度にわたって減光されることもできる。これは、ひいては、マイクロディスプレイ２４の対応する受光領域に異なる強度の光が供給されることを可能にする。
【００６０】
例において、表面部分は必ずしも、物理的に有形的なやり方で、互いに分離されたりその他で区別されたりする必要はない。多くの場合、これら領域は、単にそれらに入射する照明の供給源の理由のみで規定されて区別されるという意味で、単に概念的な領域とし得る。
【００６１】
複数の表面領域３４は、図４の例においてのように、連続したアレイ状の領域を有し得る。しかしながら、他の例において、表面領域は一緒になって、例えば蛍光体表面にわたるランダムな領域分布といった、あまり規則的でない配置を有していてもよい。また、表面領域は、互いに隣接している又は隣接していない、の何れであってもよい。
【００６２】
表面領域のうちの１つ以上は、一部のケースにおいて互いに重なり合っていてもよく、レーザビーム１２は、蛍光体の表面で幾らかの広がりに一致するように配される。
【００６３】
表面領域は、図４の例においてのようにグリッドパターンを形成し得るが、他の例では、以下に限られないが円形パターン、三角形パターン又は六角形パターンを含め、異なる規則的又は不規則な形状の構成を形成してもよい。
【００６４】
表面領域は、図４においてのように長方形の形状とし得るが、それに代えて、例えば、三角形、円形、楕円形又は六角形といった、その他の所望形状を有していてもよい。
【００６５】
表面領域は全て、均一なサイズ及び／又は形状のものであってもよいし、異なる形状及び／又はサイズを有していてもよい。
【００６６】
蛍光体表面領域３４間の境界は鮮鋭である必要はなく、蛍光体は、高コントラストの光源を生成する必要はない。ビーム形状又は分布の微調整はその後にディスプレイユニットによって実行されてもよいので、蛍光体変換された出力ビームにおける高いコントラストは必ずしも必要でない。これは、レーザ源及び蛍光体ターゲットの特定の設計観点における単純化を可能にし得る。というのは、光ビームに関して要求される公差が部分的に緩和され得るからである。
【００６７】
上述の例において、蛍光体領域は、単一の一体的な蛍光体スクリーン素子のセクション又はセグメントを有している。しかしながら、これは必須ではない。これに代わる一組の例によれば、蛍光体領域は、その代わりに、例えば空間的に互いに分離された、複数の別個の蛍光体素子の領域又は表面であってもよい。
【００６８】
図７は、そのような蛍光体スクリーン装置を有するシステムの第１の例を示している。このシステムは、各々が単一の蛍光体スクリーン表面部分３４を提供し且つ各々が別々の個別制御可能なレーザビーム１２によって照らされる４つの別個の蛍光体スクリーン素子３５を有している。これらの蛍光体スクリーン素子３５は、互いに空間的に分離されるとともに、共通の平面をわたるアレイ構成で配置されている。各蛍光体スクリーン素子は、それぞれのコリメータユニット３２の光入力窓とアライメントされており、これらコリメータは一緒になって、個々のコリメータ３２の各々の光出力窓の連続構成で形成された光出力エリア３３を有するコリメータバンドル３１を形成している。
【００６９】
第２の例を図８に示す。この例のシステムは、上述の図７の例と同じ蛍光体素子３５の組を有するが、これら蛍光体素子のうちの２つが、残りの素子を含む共通平面の外に変位されて、それぞれの側のそれぞれの点に置かれている。２つの変位された蛍光体素子の表面は、マイクロディスプレイ２４の方向に面していないが、残りの蛍光体スクリーン素子と同じ光出口面へとそれらのそれぞれの光出力を導いて向け戻す湾曲コリメータ素子３２を備えている。
【００７０】
そのような一実施形態は、システムの構成及び配置において、より大きい柔軟性を提供する。例えば、それは、より広いエリアにわたってレーザ源を配置して放熱を向上させることを可能にする。
【００７１】
なお、また、システムの例は、可動部分の必要なしで、改善された光効率で高解像度出力を提供することができる。これに代わる一部のシステムでは、例えば、マイクロディスプレイの異なる領域にわたる光出力が異なるものとなることを可能にするレーザ走査アプローチの使用によって、光効率の狙いが定められ得る。しかしながら、そのようなレーザ走査アプローチは、壊れやすいマイクロメカニカル走査ミラーの実装を必要とし、それが、設計及び動作の双方における複雑さを高めるとともに、長期にわたるシステムの信頼性を低下させる。本システムの実施形態は、根本的にソリッドステートな設計を用いて、同じ効率改善を達成することができる。
【００７２】
マイクロディスプレイユニットは、例によれば、デジタルミラーディスプレイ、デジタルミラーデバイス、又は反射型若しくは透過型のＬＣＤとし得る。
【００７３】
複数の個別にアドレス指定可能なレーザ源１２の生成及び配置には、様々なオプションが存在する。
【００７４】
第１の構成例を図９に示す。アセンブルされた青色レーザダイオード４０のアレイが、複数の青色レーザ光ビーム１２を生成し、それが、対応して配置された集束光学系４４のアレイを介して、蛍光体スクリーン１８のそれぞれの表面領域３４上に導かれる。ダイオードのアレイは、それぞれの表面領域より大きい間隔又はピッチを持って配列され、すなわち、集束光学系が、アレイの縮小像を蛍光体に提供する。
【００７５】
様々なレーザ源による蛍光体１８表面の放射照度は、図１０に例示するように均一とすることができ、レーザビーム１２のアレイは、均等に分布された蛍光体の表面上のそれぞれの点に向けられる。しかしながら、これに代わる例では、レーザビームは、不均一な放射照度パターンを作り出すように配置されてもよい。そのような構成の一例を図１１に示す。不均一な放射照度パターンは、マイクロディスプレイにわたる放射照度パターンが、（マイクロディスプレイからの）所望の出力ビームパターンと可能な限り良く一致するように、或る程度予め整形され得るという利点を有する。
【００７６】
図１２に示すように、蛍光体ターゲットはピクセル化されて、各ピクセルが、空間的に変位されたレーザダイオード４０のアレイのうちの１つから光を受け取るように構成されてもよい。しかしながら、（図１３に示すような）これに代わる例では、蛍光体は、空間的に離隔されたレーザダイオードによって照らされるのではなく、むしろ、一体化されたレーザダイオード４８によって各蛍光体セグメントが近接励起される複数の蛍光体セグメント３４のアレイで構成されてもよい。
【００７７】
なお、上述の例では、蛍光体ターゲット（すなわち、蛍光体スクリーン装置の表面領域）は、蛍光体変換された光が、レーザ源によって照らされる面とは反対側の蛍光体ターゲットの面から放たれる‘透過モード’で動作するように提供又は示されているが、本発明の実施形態はこの構成に限定されない。これに代わる例では、蛍光体スクリーン装置は、その代わりに、蛍光体変換された光が、レーザ源によって照らされるのと同じ蛍光体ターゲットの面から放たれる‘反射’モードで動作するように構成又は提供されてもよい。
【００７８】
本発明は、自動車ヘッドライト照明用途で特に関心あるものである。図１４−１７は、或る範囲の異なる出力ヘッドライト設定を生み出すシステムの一実施形態の適用例を示している。各図は、特定のビームプロファイルを持つヘッドライトビームを生み出すのに好適な反射出力分布を生成するマイクロディスプレイユニットのピクセル構成を模式的に描いている。
【００７９】
図１４は、角度のついた上側カットオフを有するロービームヘッドライト、又はハイビームヘッドライトを交互に生み出すマイクロディスプレイ装置の第１の例を示している。マイクロディスプレイ２４は、各々が高反射（‘オン’）モードと低反射（‘オフ’）モードとの間で切り換え可能な複数のリフレクタピクセルのアレイを有するデジタルミラーディスプレイ（ＤＭＤ）である。灰色のチェック模様のディスプレイ領域は、蛍光体装置の出力ビームパターンによって照らされるが、その中ではピクセルが低反射の‘オフ’モードに切り換えられる領域を示している。白色領域は、照らされるとともに、その中ではピクセルが高反射の‘オン’モードに切り換えられる領域を示している。黒色のチェック模様の領域は、蛍光体スクリーン装置によって照らされない領域を示している。
【００８０】
この単純な例では、ロービームを生成する第１の領域５２とハイビームを生成する第２の領域５４との２つの領域のみが構築されている。実線は、このシステムを有するヘッドライトユニットから前方に投射されるであろうビームの形状を示している。
【００８１】
第１のセグメント５２のみがオンに切り換えられるとき、ロービームのみが生成される。第１のセグメント５２のピクセルは、ロービームヘッドライトプロファイルの特徴的な角度の‘キンク’を生み出すように構成され、このキンクは、ビームを一方側で下方に角度付けて、道路の他方側の対向車両に対して眩しさを生じることを避けるように設計される。
【００８２】
ロービームのみを生成すべきとき、システムは、マイクロディスプレイの第１のセグメント５２にマッピングされる蛍光体スクリーン装置（図示せず）の表面領域のみが、そのそれぞれのレーザ源によって照らされ、そして、残りのレーザ源がオフに切り換えられるように構成される。斯くして、このビームモードでは全ての入射光を捨て去るように構成される第２のセグメントに照明を提供しないことによって、有意なエネルギーが節約される。
【００８３】
このシステムは更に、ディスプレイを介してロービームの具体的な形状を動的に変更することを可能にする（図１４の矢印を参照）。例えば、上側カットオフラインを上方／下方又は左／右に動かすことができ、又は更には、カットオフの角度を例えばもっと鋭角に又はあまり鋭角でないように形状変更することができる。これらの変更は、例えば、急な加速又は例えば凸凹への乗り上げに応答しての上側カットオフラインの超高速レベリングを提供するために、特定の運転状況に応答してリアルタイムで行われ得る。セグメント化された蛍光体スクリーン装置によって達成可能な解像度に応じて、これらの調節はまた、蛍光体スクリーン装置の出力パターンの調整を伴い得る。
【００８４】
なお、このディスプレイ２４によって生成されるロービーム出力は、完全なロービーム分布を形成しなくてもよく、例えば、完全なロービーム分布のうちの真ん中の部分のみを形成してもよい。完全なロービームパターンは、その大きいサイズのために、（実際的な方法では）マイクロディスプレイのみによってでは作り出すことが困難なことがあり、それ故に、実際の適用では、マイクロディスプレイシステムは、ロービームプロファイルの外側延在‘ウィング’を提供するように構成された１つ以上のＬＥＤ照射ユニットによって補完されることがある。
【００８５】
ハイビームを生成すべきとき、マイクロディスプレイの第１のセグメント５２及び第２のセグメント５４の双方がオンに切り換えられる。この場合、このシステムは、第１のセグメント５２及び第２のセグメント５４の双方にマッピングされる蛍光体スクリーン装置の表面領域が、それらそれぞれのレーザ源によって照らされるように構成される。
【００８６】
図１５は、そのようなハイビームモード用に構成されるときのＤＭＤを模式的に示している。この例において、ＤＭＤは、ハイビームの上の隅（コーナー）を、これらの隅を占めるピクセルを低反射モードに切り換えることによって切り取る（パターンを半台形にする）ために使用されている。さらに、（対向する交通への眩しさの防止を可能にするための）ビームの中心付近の動的に移動可能な暗領域５６と、（さもなければ運転者自身への眩しさを生じさせることになるであろう、接近する道路標識のフル照明を防止するための）ビームの辺に近い方の同様の暗領域５８とが作り出されている。
【００８７】
図１６に、このケースでは、動的に調節可能な全幅及び／又は側方形状を有するハイビームのみを生み出すための、マイクロディスプレイ装置の第２の例を示す。このマイクロディスプレイは、４つの異なる照明セグメント６０、６２、６４、６６に分割されて示されている。チェック模様のディスプレイ領域は、その中ではピクセルが低反射の‘オフ’モードに切り換えられる領域を示し、白色又は灰色の領域は、その中ではピクセルが高反射の‘オン’モードに切り換えられる領域を示している。
【００８８】
さらに、白色領域は、特に、蛍光体スクリーン装置によって全（フル）強度の光で照らされている領域を示し、灰色領域は、蛍光体スクリーン装置によって半（ハーフ）強度の光で照らされている領域を示している。この実施形態は、マイクロディスプレイにわたる所望の強度分布に応じて、蛍光体表面領域に提供される光の強度が変更され得るよう、蛍光体スクリーン装置の表面領域を照らすレーザ源が可変強度の光を生み出すように構成されることを必要とする。
【００８９】
図１６には、４つのセグメント全てがオンに切り換えられている構成が示されている。第２のセグメント６２及び第３のセグメント６４は、（明るい中心をビームパターンに提供するように）全強度の光で照らされており、第１のセグメント６０及び第４のセグメント６６は、次第に弱められる外縁をビームパターンに提供するように、半分のみの強度の光で照らされている。加えて、左上隅がＤＭＤを介して丸められている。さらに、先の例においてのように、２つの移動可能なダークゾーン５６、５８を生み出すようにＤＭＤが構成されている。
【００９０】
図１７は、変化する道路条件（例えば、左への道路の鋭い曲がり）に応じて照明パターンが再設定された、図１６の構成を示している。より高めの強度がビームの左側に必要とされ、故に、第１セグメント６０が全強度に切り換えられ、第３のセグメント６４が半強度に切り換えられている。第４のセグメント６６は更にいっそう暗くされている。その結果、ハイビームパターン全体が左に向けてシフトされている。
【００９１】
なお、これに代わる例では、ディスプレイ２４の複数の異なるセグメントにわたって照明の強度を異ならせることは、それぞれの蛍光体表面領域に提供される光の強度を変えることによってではなく、代わりに、或る範囲の異なる反射モードの間で切り換え可能なピクセルを有するＤＭＤを設けることによって作り出されてもよい。この場合、少なくとも一部の光を反射するディスプレイのセグメントの各々に均一レベルの光を提供してもよく、対応するピクセルの反射率レベルを選択的に制御することによって、出力強度を異ならせることが生成される。
【００９２】
この場合、隣接するセグメント間での強度の変化を‘平滑化’することにＤＭＤの強度調整が使用されないので、照明セクションの異なる強度レベルは、出力パターンに急な段差を作り出さないことになる。
【００９３】
更に留意されたいことには、マイクロディスプレイの照明セクションは、例において、重なり合うことがある。しかし、そのような重なり合いは、ＤＭＤの適切な制御によって補償されることができ、そのような重なり合いによって生じる過剰輝度は、単に、対応するディスプレイピクセルの反射率の強さを調節することによって‘修復’又は除去され得る。
【００９４】
本発明の実施形態の用途は、特に自動車ヘッドライト照明に関して記述されているが、理解されるべきことには、本発明は、レーザ光（例えば、青色）を蛍光体波長変換と組み合わせる他のマイクロディスプレイ投射用途への、より全般的な適用可能性を有する。
【００９５】
開示した実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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