(57)【要約】本発明は、光源システムおよび投影デバイスを提供する。光源システムは、励起光（２０１１）を生成する励起光源（３０１）と、波長変換デバイス（３０６）と、補助光を生成する補助光源と、補助光を波長変換デバイスに導く導光デバイスと、波長変換デバイスにより散乱および反射された補助光を集光する集光デバイスとを備える。導光デバイスおよび集光デバイスの相対的なサイズを設定することにより、導光デバイスが原因で失われる補助光の光束が、集光デバイスにより集光される補助光の光束の１／４以下とされる。したがって、波長変換デバイスにより反射される第１補助光を集光することにより、光源の光出力の効率が改善される。【選択図】図３
2015504241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源システムであって、
励起光を生成する励起光源と、
前記励起光を変換光に変換する波長変換デバイスと、
第１補助光を生成する第１補助光源と、
前記第１補助光を前記波長変換デバイスに導く第１導光デバイスとを備え、前記波長変換デバイスが、前記第１補助光を散乱するとともに少なくとも部分的に反射し、
当該光源システムがさらに、
前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第１補助光を集光する第１集光デバイスを備え、
前記第１導光デバイスが原因で失われる第１補助光の光束が、前記第１集光デバイスにより集光される第１補助光の１／４以下となるように、前記第１導光デバイスおよび前記集光デバイスの相対的なサイズが設定されていることを特徴とする光源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
前記第１補助光および前記変換光のスペクトル領域が少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とする光源システム。
【請求項３】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
前記波長変換デバイス上における前記励起光および前記第１補助光の照明領域が少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とする光源システム。
【請求項４】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
前記変換光と前記第１補助光の主波長の差が、２０ナノメートル未満であることを特徴とする光源システム。
【請求項５】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
前記第１補助光のスペクトル領域が、前記変換光のスペクトル領域よりも狭いことを特徴とする光源システム。
【請求項６】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
前記第１導光デバイスがさらに、前記励起光を前記波長変換デバイスに導き、前記第１集光デバイスがさらに、前記波長変換デバイスにより生成された変換光を集光することを特徴とする光源システム。
【請求項７】
請求項６に記載の光源システムにおいて、
前記第１補助光のスペクトル領域が、前記励起光のスペクトル領域とは異なり、当該光源システムがさらに、前記第１補助光および前記励起光が前記第１導光デバイスに入射する前に、前記第１補助光および前記励起光を結合する光結合デバイスを備えることを特徴とする光源システム。
【請求項８】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
前記第１補助光源と反対側の前記波長変換デバイスの面に配置されて、前記第１補助光を反射する光反射基板をさらに備えることを特徴とする光源システム。
【請求項９】
請求項８に記載の光源システムにおいて、
前記光反射基板がダイクロイックフィルタであり、前記励起光が、前記波長変換デバイスと反対側の前記ダイクロイックフィルタの面から前記ダイクロイックフィルタに入射し、前記ダイクロイックフィルタを透過した後に前記波長変換デバイス上に入射することを特徴とする光源システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
前記波長変換デバイスが前記第１補助光を部分的に透過し、
当該光源システムがさらに、前記波長変換デバイスを透過した第１補助光を集光する第２集光デバイスをさらに備え、前記第１集光デバイスが、前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第１補助光を集光して、前記波長変換デバイスに戻るように反射することを特徴とする光源システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光源システムにおいて、
前記第１集光デバイスが、前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第１補助光を反射する反射面を含み、前記第１導光デバイスが、前記反射面の開口部であり、この開口部を介して前記第１補助光が透過し、前記開口部の面積が、前記反射面の面積の１／４以下であることを特徴とする光源システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光源システムにおいて、
前記反射面が、平坦な反射面または湾曲した反射面であることを特徴とする光源システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光源システムにおいて、
前記反射面が、球状の反射面または楕円状の反射面であることを特徴とする光源システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光源システムにおいて、
前記反射面の開口部が、貫通孔または透明領域であることを特徴とする光源システム。
【請求項１５】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光源システムにおいて、
前記第１導光デバイスが、前記第１補助光を前記波長変換デバイスに反射する光反射デバイスであり、前記第１集光デバイス上における前記光反射デバイスの投影面積が、前記第１集光デバイスの面積の１／４以下であることを特徴とする光源システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光源システムにおいて、
前記第１集光デバイスが、レンズまたは光反射面であることを特徴とする光源システム。
【請求項１７】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
第２補助光を生成する第２補助光源をさらに備え、前記第１導光デバイスが、前記第２補助光を前記波長変換デバイスに導き、前記集光デバイスがさらに、前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第２補助光を集光することを特徴とする光源システム。
【請求項１８】
請求項１に記載の光源システムにおいて、
第２補助光を生成する第２補助光源と、
前記第２補助光を前記波長変換デバイスに導く第２導光デバイスとをさらに備え、
前記第１集光デバイスがさらに、前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第２補助光を集光し、
前記第２導光デバイスが原因で失われる第２補助光の光束が、前記第１集光デバイスにより集光される第２補助光の光束の１／４以下となるように、前記第２導光デバイスおよび前記第１集光デバイスの相対的なサイズが設定されていることを特徴とする光源システム。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の光源システムにおいて、
前記第２補助光のスペクトル領域が、前記第１補助光のスペクトル領域とは異なり、かつ、前記変換光のスペクトル領域と重なり合うことを特徴とする光源システム。
【請求項２０】
請求項１乃至１９の何れか一項に記載の光源を備える投影デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光技術の分野に関し、特に、光源システムおよび光源を用いた投影システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在のところ、舞台照明、投影ディスプレイおよびＲＧＢ（赤、緑および青）バックライト等を含む様々な用途において、高輝度カラー光源が必要とされている。伝統的には、高輝度光源として、ガス放電灯（例えば、超高圧水銀灯）が特殊照明およびディスプレイの分野において使用されている。しかしながら、水銀は環境汚染を引き起こす可能性があるため、産業界では、超高圧水銀灯に代わり得る環境に優しい光源が強く求められている。
【０００３】
図１は、現在の光源技術の構造図である。図１に示すように、光源システムは、励起光源１０１、光学レンズ１０２、カラーホイール（color wheel）１０３および駆動デバイス１０４を含む。励起光源１０１は、励起光１０６を生成するために使用される。光学レンズ１０２は、励起光１０６を収束してカラーホイール１０３に中継する。カラーホイール１０３は、異なる蛍光体によりそれぞれ覆われた異なるセグメントを有する。カラーホイール１０３が駆動デバイス１０４の駆動により回転軸１０５を中心に回転すると、励起光１０６により連続的に励起される蛍光体コーティングから、カラー光シーケンスが生成される。例えば、蛍光体コーティングは、赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体を含むことができる。このため、カラーホイール１０３の赤色蛍光体セグメントが励起光の伝播経路にあるときに、高輝度赤色光が、励起光１０６の励起下にある赤色蛍光体によって生成される。緑色光および黄色光の生成プロセスは、赤色光と同じである。
【０００４】
しかしながら、現在のすべての蛍光体コーティングのうち、赤色蛍光体の変換効率が、他の色彩の蛍光体よりも遥かに低い。そのため、赤色光を改善する追加的な光源が必要とされている。
【０００５】
図２は、現在の別の光源技術の構造図である。図２に示すように、光源システムは、励起光源２０１、補助光源２０２、赤色光を生成する光変換デバイス２０３、およびダイクロイックフィルタ２０４を備える。補助光源２０２により生成された赤色光２０７と、励起光源２０１により生成された励起光２０５（例えば、青色光）は、ダイクロイックフィルタ２０４で結合され、その後、赤色光２０７は、光変換デバイス２０３に入射して透過する一方、励起光２０５は、光変換デバイス２０３を励起して赤色変換光２０６を生成するために使用される。そのため、赤色変換光２０６は、赤色光２０７によって補われる。残念ながら、光変換デバイス２０３は、赤色光に対して、通常約５０％もの高い反射率を有し、このため、光変換デバイス２０３により反射された赤色光２０７は、補助光源２０２へと入射経路に沿って戻るように伝播し、その結果、光効率の低下をもたらすこととなる。さらに、光変換デバイス２０３により生成された赤色変換光２０６については、その一部のみが前方向に伝播することができ、残りは、ダイクロイックフィルタ２０４に向けて逆方向に伝播し、最終的に、励起光源２０１に到達するか、または補助光源２０２へと反射される。これも低光効率をもたらす。
【０００６】
結論として、現在の光源システムに通常存在する上記技術的課題を解決することができる光源システムおよび投影デバイスが望まれている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決して光源の効率を改善する光源システムおよび投影デバイスを提供する。
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、励起光源、波長変換デバイス、第１補助光源、第１導光デバイスおよび第１集光デバイスを含む光源システムを提供する。励起光源は、励起光を生成するために使用される。波長変換デバイスは、励起光を変換光に変換するために使用される。第１補助光源は、第１補助光（first supplemental light）を生成するために使用される。第１補助光のスペクトル領域は、変換光のスペクトル領域と重なり合う。第１導光デバイスは、第１補助光を波長変換デバイスに導くために使用され、波長変換デバイスは、第１補助光を散乱するとともに少なくとも部分的に反射する。第１集光デバイスは、第１補助光の散乱および反射された光を集光する。このシステムにおいて、第１導光デバイスおよび第１集光デバイスのサイズは、波長変換デバイスにより散乱および反射されて第１導光デバイスから漏れ出す第１補助光の光束（luminous flux）が、第１集光デバイスにより集光される第１補助光の光束の１／４以下であるという条件を満足する。
【０００９】
望ましくは、前記第１補助光および前記変換光のスペクトル領域が少なくとも部分的に重なり合う。
【００１０】
望ましくは、前記波長変換デバイス上における前記励起光および前記第１補助光の照明領域（illumination areas）が少なくとも部分的に重なり合う。
【００１１】
望ましくは、前記変換光と前記第１補助光の主波長の差が、２０ナノメートル未満である。
【００１２】
望ましくは、前記第１補助光のスペクトル領域が、前記変換光のスペクトル領域よりも狭い。
【００１３】
望ましくは、前記第１導光デバイスがさらに、前記励起光を前記波長変換デバイスに導き、前記第１集光デバイスがさらに、前記波長変換デバイスにより生成された変換光を集光する。
【００１４】
望ましくは、前記第１補助光のスペクトル領域が、前記励起光のスペクトル領域とは異なり、前記光源システムがさらに、前記第１補助光および前記励起光が前記第１導光デバイスに入射する前に、前記第１補助光および前記励起光を結合する光結合デバイスを備える。
【００１５】
望ましくは、前記光源システムがさらに、前記第１補助光源と反対側の前記波長変換デバイスの面に配置されて、前記第１補助光を反射する光反射基板を備える。
【００１６】
望ましくは、前記光反射基板がダイクロイックフィルタ（dichroic filter）であり、前記励起光が、前記波長変換デバイスと反対側の前記ダイクロイックフィルタの面から前記ダイクロイックフィルタに入射し、前記ダイクロイックフィルタを透過した後に前記波長変換デバイス上に入射する。
【００１７】
望ましくは、前記波長変換デバイスが前記第１補助光を部分的に透過し、前記光源システムがさらに、前記波長変換デバイスを透過した第１補助光を集光する第２集光デバイスをさらに備え、前記第１集光デバイスが、前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第１補助光を集光して、前記波長変換デバイスに戻るように反射する。
【００１８】
望ましくは、前記第１集光デバイスが、前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第１補助光を反射する反射面を含み、前記第１導光デバイスが、前記反射面の開口部であり、この開口部を介して前記第１補助光が透過し、前記開口部の面積が、前記反射面の面積の１／４以下である。
【００１９】
望ましくは、前記反射面が、平坦な反射面または湾曲した反射面である。
【００２０】
望ましくは、前記反射面が、球状の反射面または楕円状の反射面である。
【００２１】
望ましくは、前記反射面の開口部が、貫通孔または透明領域である。
【００２２】
望ましくは、前記第１導光デバイスが、前記第１補助光を前記波長変換デバイスに反射する光反射デバイスであり、前記第１集光デバイス上における前記光反射デバイスの投影面積（projection area）が、前記第１集光デバイスの面積の１／４以下である。
【００２３】
望ましくは、前記第１集光デバイスが、レンズまたは光反射面である。
【００２４】
望ましくは、前記光源システムが、第２補助光を生成する第２補助光源をさらに備え、前記第１導光デバイスが、前記第２補助光を前記波長変換デバイスに導き、前記集光デバイスがさらに、前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第２補助光を集光する。
【００２５】
望ましくは、前記光源システムが、第２補助光を生成する第２補助光源と、前記第２補助光を前記波長変換デバイスに導く第２導光デバイスとをさらに備え、前記第１集光デバイスがさらに、前記波長変換デバイスにより散乱および反射された第２補助光を集光し、前記第２導光デバイスが原因で失われる第２補助光の光束が、前記第１集光デバイスにより集光される第２補助光の光束の１／４以下となるように、前記第２導光デバイスおよび前記第１集光デバイスの相対的なサイズが設定されている。
【００２６】
望ましくは、前記第２補助光のスペクトル領域が、前記第１補助光のスペクトル領域とは異なり、かつ、前記変換光のスペクトル領域と重なり合う。
【００２７】
また、上記技術的課題を解決するため、本発明は、上記光源システムを含む投影デバイスも提供する。
【００２８】
本発明の利点は、補助光を波長変換デバイスに導くために導光デバイスが使用され、波長変換デバイスにより散乱および反射された補助光を集光するために集光デバイスが使用されることにある。導光デバイスおよび集光デバイスのサイズ設定により、波長変換デバイスにより反射および散乱されて導光デバイスから漏れ出す補助光の光束が、集光デバイスにより集光される補助光の光束の１／４以下となり、それにより、波長変換デバイスの反射により生じる補助光の損失を回避することができるとともに、その効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、従来の光源システムを示している。
【図２】図２は、従来の別の光源システムを示している。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る光源システムの構造を示している。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係る光源システムの構造を示している。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る光源システムの構造を示している。
【図６】図６は、本発明の第４実施形態に係る光源システムの構造を示している。
【図７】図７は、本発明の第５実施形態に係る光源システムの構造を示している。
【図８】図８は、本発明の第６実施形態に係る光源システムの構造を示している。
【図９】図９は、本発明の第７実施形態に係る光源システムの構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図３は、本発明の第１実施形態に係る光源システムの構造図である。図３に示すように、この実施形態の光源システムは、主に、励起光源３０１、補助光源３０２、光結合デバイス３０３、集光デバイス３０４、光反射デバイス３０５、波長変換デバイス３０６、反射基板３０７および光均質化デバイス３０８を含む。光反射デバイス３０５は、開口部３０５２に有する湾曲した反射面３０５１（例えば、球状の反射面または楕円状の反射面）を含む。開口部３０５２は、貫通孔または透明領域とすることができる。
【００３１】
励起光源３０１は、励起光３０１１を生成する。補助光源３０２は、補助光３０２１を生成する。励起光３０１１および補助光３０２１は、光結合デバイス３０３で結合され、その後、結合光は、集光デバイス３０４に入射する。集光デバイス３０４により集光および中継された後、結合光は、開口部３０５２を介して、波長変換デバイス３０６上に入射する。波長変換デバイス３０６は、入射励起光３０１１を吸収して、励起光３０１１とは異なる波長を有する変換光３０１２に変換する。波長変換デバイス３０６により生成された変換光３０１２は等方的であり、そのため、変換光３０１２の一部分は、励起光３０１１の反対方向に伝播する一方、変換光３０１２の他の部分は、前方に伝播することとなる。そして、波長変換デバイス３０６を透過する励起光３０１１の一部分は、励起光源３０１から見て外方に向く波長変換デバイス３０６の面に配置される反射基板３０７によって反射される。入射補助光は、波長変換デバイス３０６によってさらに散乱される。散乱した補助光３０２１の一部分は、波長変換デバイス３０６により直接反射されて、光反射デバイス３０５に向けて伝播し、一方、散乱した補助光３０２１の他の部分は、波長変換デバイス３０６を通過して、反射基板３０７により反射されて波長変換デバイス３０６に戻り、それを通過する。湾曲した反射面３０５１は、変換光３０１２の大部分と補助光３０２１の大部分を集めて、それらを均質化のために光均質化デバイス３０８に導く。
【００３２】
第１実施形態では、湾曲した反射面３０５１を楕円状とすることができ、それは、一方の焦点から他方に光を反射することができる。この場合、励起光３０１１および補助光３０２１の波長変換デバイス３０６上の入射位置は、一方の焦点の近傍に配置される一方、光均質化デバイス３０８の入力ポートは、他方の焦点の近傍に配置される。また、湾曲した反射面３０５１を球状とすることもでき、それは、球中心近傍の１地点から発せられた光を、球中心に関して最初の地点と対称な別の地点に反射することができる。この場合、励起光３０１１および補助光３０２１の波長変換デバイス３０６上の入射位置は、２つの対称地点のうちの一方の近傍に配置され、光均質化デバイス３０８の入力ポートは、他方の地点の近傍に配置される。
【００３３】
波長変換デバイス３０６から発せられる変換光３０１２および補助光３０２１のエタンデュ（Etendue）は、開口部３０５２を介して入射する励起光３０１１および補助光３０２１のエタンデュの４倍以上であるため、この実施形態では、開口部３０５２および湾曲した反射面３０５１のサイズを適切に設定することにより、開口部３０５２から漏れ出す変換光３０１２および補助光３０２１の光束は、湾曲した反射面３０５１により集光される変換光３０１２および補助光３０２１の光束の１／４以下となる。その結果、変換光３０１２および補助光３０２１を効率的に集光することができ、開口部３０５２に起因する過度の光損失を回避することができる。具体的に、この実施形態では、開口部３０５２の面積は、湾曲した反射面３０５１の面積の１／４以下である。
【００３４】
第１実施形態では、励起光源３０１および補助光源３０２をＬＥＤまたはレーザダイオードとすることができる。補助光３０２１のスペクトル領域は、励起光３０１１のスペクトル領域とは異なり、かつ、変換光３０１２と少なくとも部分的に重なるものであり、そのため、それは変換光３０１２の輝度に対する補完となる。望ましくは、変換光３０１２の主波長は、２０ナノメートル未満の範囲で補助光３０２１の主波長とは異なる。望ましくは、補助光３０２１のスペクトル領域は、変換光３０１２のスペクトル領域よりも狭く、そのため、補助光３０２１および変換光３０１２の混合光の彩度を改善することができる。さらに、励起光３０１１および補助光３０２１の照明領域は、補助光３０２１および変換光３０１２を適切に混合できるように、波長変換デバイス３０６上で少なくとも部分的に重なり合う。
【００３５】
容易に分かるように、補助光と変換光のスペクトル領域は重なり合わなくてもよい。例えば、波長変換デバイスは、励起下で緑色変換光を発し、補助光源は赤色ＬＥＤである。この場合も、緑色変換光および赤色補助光は、集光デバイス３０４により集光することができる。
【００３６】
この実施形態では、波長変換デバイス３０６は、波長変換材料が内部にドープされた透明基板、または表面が波長変換材料の層により覆われた反射基板３０７とすることができる。波長変換材料は、周知の蛍光粉体または量子ドット材料とすることができる。さらに、透明基板の内部、または透明基板または反射基板の表面には、波長変換デバイス３０６の散乱効果を改善するために、散乱粒子または散乱構造が与えられている。光結合デバイス３０３は、周知のダイクロイックフィルタまたは偏光ビームスプリッタとすることができる。集光デバイス３０４は、レンズまたはレンズ群であってもよい。光均質化デバイス３０８は、従来より知られているインテグレイティングロッド（integrating rod）であってもよい。従来より知られているように、光結合デバイス３０３、集光デバイス３０４、反射基板３０７および光均質化デバイス３０８は、本発明の目的を達成するうえで不可欠な構成要素ではなく、よって実際の状況に応じて、省略することができる。例えば、励起光３０１１および補助光３０２１が、並んで、または異なる入射角度から、開口部３０５２内に入射するときは、集光デバイス３０４を省略することができる。
【００３７】
上述した光源システムを使用することにより、励起光源３０１により生成された励起光３０１１および補助光源３０２により生成された補助光３０２１は、開口部３０５２によって波長変換デバイス３０６に導かれ、波長変換デバイス３０６から発せられた変換光３０１２および補助光３０２１の大部分は、湾曲した反射面３０５１により集光される。開口部３０５２および湾曲した反射面３０５１のサイズを適切に設定することにより、開口部３０５２から漏れ出す変換光３０１２および補助光３０２１の光束は、湾曲した反射面３０５１により集光される変換光３０１２および補助光３０２１の光束の１／４以下とすることができ、それにより、変換光３０１２および補助光３０２１の損失を回避することができ、光源システムの効率を改善することができる。
【００３８】
図４は、本発明の第２実施形態に係る光源の概略的な構造図である。図４に示すように、この実施形態の光源システムは、主に、励起光源４０１、第１補助光源４０２、光結合デバイス４０３、集光デバイス４０４、光反射デバイス４０５、波長変換デバイス４０６、反射基板４０７、光均質化デバイス４０８および第２補助光源４０９を含む。この実施形態では、光反射デバイス４０５は、湾曲した反射面４０５１を含む。さらに、それは、湾曲した反射面４０５１に配置された第１開口部４０５２および第２開口部４０５３を含む。励起光４０１１および第１補助光４０２１は、図３に示すものと同様に、第１開口部４０５２を介して波長変換デバイス４０６上に入射する。その後、波長変換デバイス４０６は、変換光および第１補助光（図示省略）を反対方向に放射する。湾曲した反射面４０５１は、それら２つの光の大部分を集光して光均質化デバイス４０８に導く。この実施形態の光源システムと図３に示す光源システムとの間の相違点は、この実施形態の光源システムがさらに、第２補助光源４０９を含み、湾曲した反射面４０５１に第２開口部４０５３が存在する点である。第２補助光源４０９によって生成される第２補助光４０９１は、第２開口部４０５３を介して波長変換デバイス４０６上に入射し、波長変換デバイス４０６によって散乱される。散乱された第２補助光４０９１の一部分は、波長変換デバイス４０６により反射され、入射補助光４０９１の反対方向に伝播する一方、散乱された第２補助光４０９１の他の部分は、波長変換デバイス４０６を通過して、波長変換デバイス４０７に戻るように反射基板４０７により反射され、それを再び通過する。第２補助光４０９１の大部分は、湾曲した反射面４０５１により集光されて、光均質化デバイス４０８に導かれて、変換光および第１補助光とともに内部で均質化される。
【００３９】
この実施形態では、第２開口部４０５３のサイズおよび湾曲した反射面４０５１のサイズを適切に設定することにより、波長変換デバイス４０６により散乱および反射されて第２開口部４０５３から漏れ出す第２補助光４０９１の光束は、湾曲した反射面４０５１により集光される第２補助光４０９１の光束の１／４以下とされる。その結果、第２開口部４０５３の面積は、湾曲した反射面のサイズの１／４以下とされる。さらに、第２補助光４０９１および第１補助光４０２１のスペクトル領域は、同じであるか、または互いに異なるが変換光のスペクトル領域で両者が重なる。例えば、変換光は黄色蛍光であり、第１補助光４０２１を、赤色レーザダイオードまたは赤色ＬＥＤからの赤色光とする一方、第２補助光４０９１を、緑色レーザダイオードまたは緑色ＬＥＤからの緑色光とすることができる。図１０は、典型的なＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の放射のスペクトルと、青色レーザ（これは励起光で使用され得る）、緑色レーザおよび赤色レーザのスペクトルを示している。別の実施形態では、第２補助光源４０９により生成された第２補助光４０９１は、第１開口部４０５２を通過して、波長変換デバイス４０６上に入射する。他の実施形態では、他の補助光源およびそれに対応する開口部を光源システムに追加することができ、それにより波長変換デバイス４０６により生成される変換光の光束をさらに改善することができる。
【００４０】
上述した光源システムにおいて、第１補助光源４０２および第２補助光源４０９を使用して、波長変換デバイス４０６により生成される変換光の光束を同時に補うとともに、湾曲した反射面４０５１を使用して、変換光、第１補助光４０２１および第２補助光４０９１を効率良く集光することにより、光源システムの出力効率を改善することができる。
【００４１】
図５は、本発明の第３実施形態に係る光源システムの概略的な構造図である。図５に示すように、この実施形態の光源システムは、主に、励起光源５０１、補助光源５０２、光結合デバイス５０３、集光デバイス５０４、光反射デバイス５０５、波長変換デバイス５０６および別の集光デバイス５０７を含む。この実施形態では、光反射デバイス５０５が、開口部５０５２を有する湾曲した反射面５０５１を含む。励起光源５０１により生成された励起光５０１１および補助光源５０２により生成された補助光５０２１は、図３に示すものと同様に、開口部５０５２を介して波長変換デバイス５０６上に入射する。
【００４２】
この実施形態の光源システムと図３に示すシステムとの間の相違点は、この実施形態の光源システムがさらに、励起光源５０１および補助光源５０２から見て外方を向く波長変換デバイス５０６の面に反射基板が存在しないことである。そのため、前方向に伝播する波長変換デバイス５０６により生成される変換光５０１２の一部分は、集光デバイス５０７（例えば、１または複数のレンズ）により集光されることとなる。後方向に伝播する波長変換デバイス５０６により生成される変換光５０１２は、湾曲した反射面５０５１上に入射し、波長変換デバイス５０６に戻るように反射し、それを再び通過し、その後、集光デバイス５０７により集光される。この実施形態では、湾曲した反射面５０５１が球状である場合に、波長変換デバイス５０６上の励起光５０１１および補助光５０２１の入射位置が、湾曲した反射面５０５１の中心の近傍に配置されている。
【００４３】
図６は、本発明の第４実施形態に係る光源システムの概略的な構造図である。図６に示すように、この実施形態の光源システムは、主に、励起光源６０１、補助光源６０２、光反射デバイス６０５、波長変換デバイス６０６、反射基板６０７および光均質化デバイス６０８を含む。この実施形態では、光反射デバイス６０５が、開口部６０５２を有する湾曲した反射面６０５１を含む。
【００４４】
この実施形態の光源システムと図３に示すシステムとの間の相違点は、この実施形態では、励起光源６０１および補助光源６０２が波長変換デバイス６０６の異なる側に配置され、反射基板６０７が、光反射デバイス６０５および補助光源６０２から見て外方を向く波長変換デバイス６０６の面上に配置されている。反射基板６０７はダイクロイックフィルタであり、このダイクロイックフィルタは、励起光源６０１により生成された励起光６０１１を透過し、補助光源６０２により生成された補助光６０２１を反射し、波長変換デバイス６０６により生成された変換光６０１２を反射することができる。励起光源６０１により生成された励起光６０１１は、波長変換デバイス６０６から見て外方を向く面からダイクロイックフィルタ６０７上に入射し、その後、それを透過して波長変換デバイス６０６に入射する。励起光の進行方向に伝播する変換光６０１２は、湾曲した反射面６０５１に直接入射し、一方、逆方向に伝播する変換光６０１２は、ダイクロイックフィルタ６０７により波長変換デバイス６０６に再び戻るように反射されて、それを透過し、その後、湾曲した反射面６０５１上に入射する。それら２つの変換光６０１２は、湾曲した反射面６０５１により反射されて、光均質化デバイス６０８により集光される。補助光源６０２により生成された補助光６０２１は、開口部６０５２を介して波長変換デバイスに入射する。波長変換デバイス６０６およびダイクロイックフィルタ６０７により散乱および反射される補助光６０２１は、湾曲した反射面６０５１に入射した後、光均質化デバイス６０８により集光される。
【００４５】
その他の実施形態では、ダイクロイックフィルタ６０７を、開口部を有する反射基板に置き換えることができる。この場合は、励起光源６０１により生成された励起光６０１１が開口部を介して波長変換デバイス６０６に入射する一方、補助光６０２１と、励起光源６０１に向かって伝播する変換光が、反射基板によって反射される。
【００４６】
また、ダイクロイックフィルタ６０７は、開口部を有する球状の反射基板に置き換えることもでき、それは、反射器６０５と同様に、波長変換デバイス６０６から分離されるが、励起光源６０１と波長変換デバイス６０６の間に配置される。励起光源６０１により生成された励起光６０１１は、開口部を介して波長変換デバイス６０６に入射し、励起光源に向けて伝播する変換光は、再び波長変換デバイス６０６に戻るように反射されて、それを透過する。
【００４７】
図７は、本発明の第５実施形態に係る光源システムの概略的な構造図である。図７に示すように、この実施形態の光源システムは、主に、励起光源７０１、補助光源７０２、光結合デバイス７０３、集光デバイス７０４、光反射デバイス７０５、波長変換デバイス７０６および反射基板７０７を含む。この実施形態の光源システムと図３に示すシステムとの間の相違点は、図３の光反射デバイス３０５が光反射デバイス７０５および集光デバイス７０４によって置き換えられていることである。光反射デバイス７０５は、開口部７０５２を有する平坦な反射面７０５１を含む。この実施形態では、励起光源７０１により生成された励起光７０１１と、補助光源７０２により生成された補助光７０２１とが、開口部７０５２を介して集光デバイス７０４に入射し、その後、集光デバイス７０４（例えば、１または複数のレンズ）により波長変換デバイス７０６に中継される。励起光源７０１から見て外方を向く波長変換デバイス７０６の面上に配置された反射基板７０７により、変換光７０１２および補助光７０２１は、励起光源７０１に向かう方向に伝播し、この光源システムの出力として、平坦な反射面７０５１により反射される。この実施形態では、開口部７０５２および平坦な反射面７０５１のサイズを適切に設定することにより、開口部７０５２から漏れ出す変換光７０１２および補助光７０２１の光束は、平坦な反射面７０５１により集光された補助光および変換光の光束の１／４以下とされる。その結果、この実施形態では、開口部７０５２の面積は、平坦な反射面７０５１の面積の１／４以下とされる。その他の実施形態では、平坦な反射面の面積が、変換光７０１２および補助光７０２１を完全に集光できるのに十分な大きさである場合に、集光デバイス７０４を省略することができる。
【００４８】
図８は、本発明の第６実施形態に係る光源システムの概略的な構造図である。図８に示すように、この実施形態の光源システムは、主に、励起光源８０１、補助光源８０２、光結合デバイス８０３、光反射デバイス８０４、集光デバイス８０５、波長変換デバイス８０６および反射基板８０７を含む。
【００４９】
この実施形態の光源システムと図３に示すシステムとの間の相違点は、光反射デバイス３０５が光反射デバイス８０４および集光デバイス８０５によって置き換えられていることである。この実施形態では、励起光源８０１により生成された励起光８０１１と、補助光源８０２により生成された補助光８０２１とが、光結合デバイス８０３によって結合された後に、結合光が、反射デバイス８０４により反射されて、集光デバイス８０５（例えば、１または複数のレンズ）に導かれて、波長変換デバイス８０６に中継される。波長変換デバイス８０６からの変換光８０１２および補助光８０２１は、集光デバイス８０５により集光されて、光反射デバイス８０４の周囲の領域を介して出力される。
【００５０】
この実施形態では、光反射デバイス８０４および集光デバイス８０５のサイズを設定することにより、光反射デバイス８０４によって遮断される変換光８０１２および補助光８０２１の光束は、集光デバイス８０５によって集光される変換光８０１２および補助光８０２１の光束の１／４以下とされる。その結果、集光デバイス８０５上における反射デバイス８０４の投影面積は、集光デバイス８０５の面積の１／４以下とされる。その他の実施形態では、集光デバイス８０５は、波長変換デバイス８０６と反対の反射デバイス８０４の側に配置された反射面（例えば、平坦な反射デバイスまたは湾曲した反射デバイス）であってもよい。この場合、集光面上における反射デバイス８０４の投影面積は、集光面の面積の１／４以下となる。
【００５１】
図９は、本発明の第７実施形態に係る光源システムの概略的な構造図である。図９に示すように、この実施形態の光源システムは、主に、励起光源９０１、補助光源９０２、光結合デバイス９０３、集光デバイス９０４、光反射デバイス９０５、波長変換デバイス９０６、反射基板９０７および光均質化デバイス９０８を含む。この実施形態の光源システムと図３に示すシステムとの間の相違点は、光反射デバイス９０５の反射面が、異なる直径を有する、２つの入れ子になった同心の球状反射面９０５１および９０５２により構成されていることにある。光反射デバイス９０５の役割は、上記実施形態の反射面３０５，４０５，５０５および６０５と同じである。その他の実施形態においては、反射デバイス９０５が、２以上の入れ子になった同心の球状反射面、または入れ子になった少なくとも２の楕円状の反射面を含むことができる。
【００５２】
上記実施形態では、波長変換デバイスは、背景技術の節（図１のカラーホイール１０３を参照）で述べたカラーホイール、または横方向に移動または回転するように駆動され得るカラーストリップまたはカラードラムのような従来のその他の構成要素上に支持されるものであってもよい。
【００５３】
本発明は、上述した実施形態で述べた光源システムを含む投影デバイスをさらに提供するものである。
【００５４】
本発明の様々な実施形態に係る光源システムおよび投影デバイスにおいて、補助光は、導光デバイスにより波長変換デバイスに導かれ、集光デバイスにより集光される前に、波長変換デバイスにより散乱および反射される。導光デバイスおよび集光デバイスの相対的なサイズを設定することにより、導光デバイスが原因で失われる波長変換デバイスからの補助光の光束は、集光デバイスにより集光される補助光の光束の１／４以下となり、それにより、波長変換デバイスによる反射に起因する補助光の損失を回避することができ、その結果、光源システムの効率を改善することができる。さらに、励起光は導光デバイスにより波長変換デバイスに導かれ、励起光源に向かって伝播する変換光は、集光デバイスにより集光され、それにより、変換光の損失を回避することができるとともに、光源システムの効率をさらに改善することができる。
【００５５】
当業者に明らかなように、本発明の趣旨または範囲から逸脱せずに、本発明の光源デバイスおよびシステムに様々な変更および修正を加えることが可能である。すなわち、本発明は、添付の請求項の範囲に含まれる変更および修正およびそれらの均等物に及ぶことが意図されている。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月19日(2014.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図９は、本発明の第７実施形態に係る光源システムの概略的な構造図である。図９に示すように、この実施形態の光源システムは、主に、励起光源９０１、補助光源９０２、光結合デバイス９０３、集光デバイス９０４、光反射デバイス９０５、波長変換デバイス９０６、反射基板９０７および光均質化デバイス９０８を含む。この実施形態の光源システムと図３に示すシステムとの間の相違点は、光反射デバイス９０５の反射面が、異なる直径を有する、２つの入れ子になった同心の球状反射面９０５１および９０５２により構成されていることにある。光反射デバイス９０５の役割は、上記実施形態の反射面３０５，４０５，５０５および６０５と同じである。その他の実施形態においては、反射デバイス９０５が、３以上の入れ子になった同心の球状反射面、または入れ子になった少なくとも２の楕円状の反射面を含むことができる。
【国際調査報告】
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