(57)【要約】  偏光された多色光ビーム２５を発生させる多段照明デバイス１が開示される。当該多段照明デバイス１は、集光器５、１５に入る光を、より長い波長を有する光に変換する波長変換器８、１９をそれぞれ有する２つ以上の集光器５、１５と、１つの集光器５、１５から出力された変換済み光を、異なる偏光状態を有する２つの光ビームに分割する少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ１０とを含み、光ビームの一方は、異なる集光器５、１５に伝送され、他方の光ビームは、偏光された多色光ビーム２５の１つの色成分を形成する。異なる集光器５、１５の波長変換器８、１９によって変換される光は、異なる波長を有し、集光器５、１５は、変換済み光の波長が大きくなる順序で配列され、第１の集光器５は、少なくとも１つの光源２、１７から光を受け取る。偏光された多色光ビーム２５を発生させる方法も開示される。
2017535031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光された多色光ビームを発生させる多段照明デバイスであって、
集光器に入る光を、より長い波長を有する光に変換する波長変換器をそれぞれ有する２つ以上の集光器と、
１つの集光器から出力された変換済み光を、異なる偏光状態を有する２つの光ビームに分割する少なくとも１つの偏光ビームスプリッタと、
を含み、
前記２つの光ビームの一方は、異なる集光器に伝送され、他方の光ビームは、前記偏光された多色光ビームの１つの色成分を形成し、
異なる集光器の波長変換器によって変換される光は、異なる波長を有し、
前記集光器は、変換済み光の波長が大きくなる順序で配列され、第１の集光器は、少なくとも１つの光源から光を受け取る、多段照明デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光源は、固体光源である、請求項１に記載の多段照明デバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光源は、青色光、紫色光又は紫外光を放出する、請求項１又は２に記載の多段照明デバイス。
【請求項４】
前記２つ以上の集光器は、少なくとも１つの対応する光源から光を受け取る、請求項１乃至３の何れか一項に記載の多段照明デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも１つの対応する光源は、すべて、同じ色を有する光を放出する、請求項４に記載の多段照明デバイス。
【請求項６】
前記波長変換器は、発光材料を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の多段照明デバイス。
【請求項７】
前記発光材料は、蛍光体である、請求項６に記載の多段照明デバイス。
【請求項８】
前記波長変換器は、幾つかの量子ドットを含む、請求項１乃至７の何れか一項に記載の多段照明デバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つの偏光ビームスプリッタは、直線偏光ビームスプリッタである、請求項１乃至８の何れか一項に記載の多段照明デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの偏光ビームスプリッタは、円偏光ビームスプリッタである、請求項１乃至９の何れか一項に記載の多段照明デバイス。
【請求項１１】
集光器から偏光ビームスプリッタへと光を伝送する少なくとも１つの出力光学要素を更に含む、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の多段照明デバイス。
【請求項１２】
偏光ビームスプリッタから集光器へと光を伝送する少なくとも１つの入力光学要素を更に含む、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の多段照明デバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの偏光ビームスプリッタは、２つの連続する集光器と一体化される、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の多段照明デバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の多段照明デバイスを含む、照明システム。
【請求項１５】
偏光された多色光ビームを発生させる方法であって、
対応する集光器内で、光を、より長い波長に変換する波長変換器をそれぞれ有し、前記変換済み光の波長が増加する順序で配列される２つ以上の集光器を順番に配列するステップと、
各集光器において、受光するステップと、
各集光器内の光を、より長い波長を有する光に変換するステップと、
各集光器から、変換済み光を出力させるステップと、
上流集光器と下流集光器とで構成される連続する集光器の各対について、
前記上流集光器から出力された前記変換済み光を、異なる偏光状態を有する２つの光ビームに分割するステップと、
前記２つの光ビームの１つを、前記下流集光器に提供するステップと、
もう１つの光ビームで、前記偏光された多色光ビームの１つの色成分を形成するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、偏光された多色光ビームを発生させる多段照明デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の偏光状態の多色光を生成する照明デバイスは、例えばスポットライト、舞台照明システム、自動車ヘッドランプ及びデジタルライトプロジェクタである多くの応用において有用である。このような光源の一例は、米国特許出願公開第２００８／００９４５７７Ａ１号に開示されているプロジェクションディスプレイ用のデバイスである。このデバイスでは、幾つかの発光ダイオードからの光が組み合わされて、投影画像を生成するための偏光光が形成される。
【０００３】
照明デバイスは、応用に応じて、様々な技術的要件を満たさなければならない。多くの応用は、生成された光の輝度が高いことを必要とする。したがって、偏光された多色光を生成する高輝度光源の開発は、応用研究の重要な領域である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
偏光された多色光を生成する改良された又は代替の照明デバイスを提供することが有利である。特に関心の高い特徴は、照明デバイスの高輝度光を生成する能力である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この懸念事項に対処するために、本発明の第１の態様において、偏光された多色光ビームを発生させる多段照明デバイスが提供される。当該多段照明デバイスは、２つ以上の集光器と、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタとを含む。各集光器は、集光器に入る光を、より長い波長を有する光に変換する波長変換器を有する。少なくとも１つの偏光ビームスプリッタは、集光器から出力された変換済み光を、異なる偏光状態を有する２つの光ビームに分割する。光ビームの一方は、異なる集光器に伝送され、他方の光ビームは、偏光された多色光ビームの１つの色成分を形成する。異なる集光器の波長変換器によって変換される光は、異なる波長を有する。集光器は、変換済み光の波長が大きくなる順序で配列され、第１の集光器は、少なくとも１つの光源から光を受け取る。
【０００６】
「集光器」とは、光の強度が増加されるように、空間において集光し、再配光するデバイスを意味する。「偏光された多色光ビームの色成分」とは、偏光された多色光ビームの一部を形成し、特定の色を有する光を意味する。
【０００７】
偏光された多色光ビームに、１つの色成分でもってそれぞれ寄与する幾つかの集光器の使用と、１つの集光器から別の集光器への光の伝送とは、偏光された多色光ビームの強度を増加させるのに役立つ。
【０００８】
多段照明デバイスの一実施形態によれば、少なくとも１つの光源は、例えば半導体発光ダイオード、有機発光ダイオード、ポリマー発光ダイオード又はレーザダイオードといった固体光源である。このような光源は、エネルギー効率が良く、比較的安価で、寿命が長い。少なくとも１つの光源は、例えば青色光、紫色光又は紫外光を放出してよい。波長変換器に青色光を提供することによって、緑色光又は赤色光が生成可能である。波長変換器に紫色又は紫外光を提供することによって、青色光又は青色光よりも長い波長を有する光が生成可能である。
【０００９】
多段照明デバイスの一実施形態によれば、２つ以上の集光器は、少なくとも１つの対応する光源から光を受け取る。各集光器が、少なくとも１つの光源から受光することによって、偏光された多色光ビームの強度を増加させるのに役立つ。光源は、すべて、同じ色を有する光を放出してよい。
【００１０】
多段照明デバイスの一実施形態によれば、波長変換器は、発光材料を含む。このクラスの材料は、様々な吸収及び発光スペクトルを有する多くの物質を含み、これにより、特定の種類の光源とうまく機能する波長変換器を選択することが容易となる。発光材料は、例えば有機蛍光体又は無機蛍光体といった蛍光体であってよい。発光材料は、希土類元素がドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット及び／又は輝度類元素がドープされたルテチウム・アルミニウム・ガーネットであってよい。希土類元素はセリウムであってよい。
【００１１】
多段照明デバイスの一実施形態によれば、波長変換器は、幾つかの量子ドットを含む。「量子ドット」とは、ナノサイズの半導体結晶を意味し、入射光によって励起されると、結晶のサイズ及び材料によって決定される色の光を放出する。量子ドットによって放出される光の狭い発光帯及び飽和色によって、これらの量子ドットは、本発明に特に適している。
【００１２】
多段照明デバイスの一実施形態によれば、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタは、直線偏光ビームスプリッタである。多段照明デバイスの代替実施形態によれば、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタは、円形偏光ビームスプリッタである。したがって、本発明は、様々なタイプの偏光ビームスプリッタとうまく機能し、様々な応用に固有の要件を満たすことができる。
【００１３】
多段照明デバイスの一実施形態によれば、多段照明デバイスは、集光器から偏光ビームスプリッタへと光を伝送する少なくとも１つの出力光学要素を含む。出力光学要素は、集光器から集光し、偏光ビームスプリッタがよりうまく機能するように、平行光ビームを作成する。
【００１４】
多段照明デバイスの一実施形態によれば、多段照明デバイスは、偏光ビームスプリッタから集光器へと光を伝送する少なくとも１つの入力光学要素を含む。入力光学要素は、偏光ビームスプリッタから集光し、当該光を集光器上に合焦させ、これにより、１つの集光器から別の集光器への光の伝送の損失を減少させるのに役立つ。
【００１５】
一実施形態によれば、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタは、２つの連続する集光器と一体化される。これにより、入力及び出力光学要素は除外されてもよい。これは、幾つかの応用では有利である。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、偏光された多色光ビームを発生させる方法が提示される。当該方法は、２つ以上の集光器を順番に配列するステップを含み、各集光器は、対応する集光器内で、光を、より長い波長に変換する波長変換器を有し、集光器は、変換済み光の波長が増加する順序で配列される。当該方法は更に、各集光器において、受光するステップと、各集光器内の光を、より長い波長を有する光に変換するステップと、各集光器から、変換済み光を出力させるステップとを含む。上流集光器と下流集光器とで構成される連続する集光器の各対について、当該方法は、上流集光器から出力された変換済み光を、異なる偏光状態を有する２つの光ビームに分割するステップと、光ビームの１つを、下流集光器に提供するステップと、もう１つの光ビームで、偏光された多色光ビームの１つの色成分を形成するステップとを含む。
【００１７】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様の技術的効果と同一又は同様である技術的効果を提供する。
【００１８】
なお、本発明は、請求項に記載される特徴のすべての可能な組み合わせに関する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明のこれらの及び他の態様は、添付図面を参照して、より詳細に説明される。同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を指す。
【００２０】
【図１】図１は、２つの集光器を有する多段照明デバイスの一実施形態の概略側面図を示す。
【図２】図２は、３つの集光器を有する多段照明デバイスの一実施形態の概略側面図を示す。
【図３】図３は、４つの集光器を有する多段照明デバイスの一実施形態の概略側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の現在好適である実施形態について、添付図面を参照して、以下により詳細に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、完全さ及び完璧さのために提供されたものであり、当業者に、発明の範囲を十分に伝えるものである。
【００２２】
以下に説明される本発明による実施形態の一部である光源は、動作時に、第１のスペクトル分布を有する光を放出する。この光は、次に、ライトガイド又は集光器へと結合される。ライトガイド又は集光器は、第１のスペクトル分布の光を、別のスペクトル分布（別の波長又は波長範囲）に変換し、当該光を出射面に導く。光源は、原則的には、任意のタイプの点光源であってよいが、一実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、複数のＬＥＤ、レーザダイオード若しくはＯＬＥＤ、ＬＥＤ、レーザダイオード若しくはＯＬＥＤのアレイ、又は、これらの何れかの組み合わせといった固体光源である。
【００２３】
本発明による実施形態において、以下に説明される集光器は、通常、高さＨ、幅Ｗ及び長さＬを有し、相互に垂直な方向に延在し、また、実施形態では、透明又は透明かつ発光性のロッド形状又はバー形状の集光器である。光は、通常、長さＬ方向に導かれる。高さＨは、実施形態では、＜１０ｍｍであり、別の実施形態では、＜５ｍｍであり、更に別の実施形態では、＜２ｍｍである。幅Ｗは、実施形態では、＜１０ｍｍであり、別の実施形態では、＜５ｍｍであり、更に別の実施形態では、＜２ｍｍである。長さＬは、実施形態では、幅Ｗ及び高さＨよりも大きく、別の実施形態では、幅Ｗの少なくとも２倍、又は、高さＨの２倍であり、更に別の実施形態では、幅Ｗの少なくとも３倍、又は、高さＨの３倍である。高さＨ：幅Ｗのアスペクト比は、典型的には、（例えば一般光源応用では）１：１であり、（例えばヘッドランプといった特別な光源応用では）１：２、１：３若しくは１：４であり、又は、（例えばディスプレイ応用では）４：３、１６：１０、１６：９若しくは２５６：１３５である。集光器は、一般に、平行面であるようには配置されていない光入射面と、光出射面とを含む。実施形態では、光入射面は、光出射面に垂直である。高輝度で集中された光出力を達成するためには、光出射面の面積が、光入射面の面積よりも小さくされる。光出射面は、任意の形状を有してよいが、一実施形態では、四角形、長方形、円形、楕円形、三角形、五角形又は六角形として成形されてもよい。
【００２４】
概してロッド状又はバー状の集光器は、任意の横断面形状を有してよいが、実施形態では、四角形、長方形、円形、楕円形、三角形、五角形又は六角形の形状の横断面を有する。一般に、集光器は、直方体であるが、直方体とは異なり、光入射面が幾分台形である形状で提供されてもよい。こうすることにより、光束が一層高められ、これは、幾つかの応用に有利である。
【００２５】
集光器は、円筒形のロッドであってもよい。実施形態では、円筒形のロッドは、ロッドの長手方向に沿って１つの平坦面を有し、そこに、光源によって放出される光の集光器内への効率的な入力のために、当該光源が配置される。平坦面は、ヒートシンクを配置するためにも使用される。円筒集光器は、例えば互いに対向して置かれる又は互いに垂直に位置付けられる２つの平坦面を有してもよい。実施形態では、平坦面は、円筒ロッドの長手方向の一部に沿って延在する。
【００２６】
以下に説明される実施形態では、光源によって放出される光を集光器又は導波管へと効率的に結合するために、結合構造体又は結合媒体が提供されてよい。結合構造体は、例えば波状の構造を形成する凸部及び凹部といった特徴を有する屈折構造体であってよい。結合構造体の特徴の典型的なサイズは、５μｍ乃至５００μｍである。特徴の形状は、例えば半球状の（レンズ）、プリズム、正弦曲線又はランダム（例えばサンドブラスト）であってよい。適切な形状を選択することによって、集光器へと結合される光の量を調整することができる。屈折構造体は、例えばチゼル掘り（chiseling）、サンドブラスト等といったように、機械的な手段によって作られる。或いは、屈折構造体は、例えばポリマー又はゾルゲル材料といった適切な材料における複製によって作られてもよい。或いは、結合構造体は、回折構造体であってもよく、回折結合構造体の特徴の典型的なサイズは、０．２μｍ乃至２μｍであってよい。回折された光の量は、回折格子構造体の形状及び高さに依存する。適切なパラメータを選択することによって、集光器へと結合される光の量を調整することができる。このような回折構造体は、例えばｅビームリソグラフィ又はホログラフィによって作られた構造体からの複製によって最も簡単に作られる。複製は、ソフトナノインプリントリソグラフィのような方法によって行われてよい。結合媒体は、例えば空気又は別の適切な材料であってよい。
【００２７】
図１は、固体照明デバイスの形の複数の第１の光源２を有する多段照明デバイス１の一実施形態を概略的に示す。異なる実施形態では、多段照明デバイス１は、１つの第１の光源２を有する。
【００２８】
第１の光源２は、例えばプリント回路基板である担体３上に取り付けられる。担体は、第１の光源２への必要な電気回路を提供する。ヒートシンク４が、第１の光源２に熱接触し、したがって、第１の光源２の動作時に発生される余剰の熱が、効率よく除去される。すべての第１の光源２は、同じ色を有する光を放出する。例えば光源２は、青色光、紫色光又は紫外光を放出してよい。「青色光」とは、ここでは、約４５０ナノメートル乃至約５００ナノメートルの範囲における波長を有する光を意味し、「紫色光」とは、約３８０ナノメートル乃至約４５０ナノメートルの範囲における波長を有する光を意味し、「紫外光」とは、約３８０ナノメートルよりも短い波長を有する光を意味する。第１の光源２によって放出される光は、通常、比較的小さい範囲の波長を含む。
【００２９】
第１の集光器５が、第１の光源２から受光する。第１の集光器５は、細長い形状を有する。第１の集光器５は、例えばストレート型の管の形状を有してよい。第１の集光器５の横断面は、円形であっても、長方形であってもよい。
【００３０】
第１の集光器５は、導波管として動作する。即ち、光は、第１の集光器５内を全反射によって導かれる。このために、集光器５は、サファイアといった高い屈折率を有する透明材料が提供されてよい。第１の集光器５は、光源２によって放出された光を受け取る受光面６と、光出射面７とを有する。光出射面７を介して、導かれた光が出射する。つまり、第１の集光器５内を全反射によって導かれた光は、光出射面７を介して、第１の集光器５から出力される。光出射面７は、受光面６より小さく、これにより、第１の集光器５から出射する光の輝度は、第１の集光器５に入射する光よりも高い。受光面６は、光出射面７よりもはるかに大きい。受光面６の面積は、例えば光出射面７の面積の少なくとも１０倍大きくてよい。或いは、少なくとも１００倍大きくてよい。第１の集光器５は、通常、ヒートシンクに熱的に接続されるが、第１の光源２と同じヒートシンク４に接続されても、違うヒートシンクに接続されてもよい。熱は、例えば第１の集光器５内の波長変換によって発生される。
【００３１】
第１の集光器５は、第１の集光器５に入射する光を、第１の集光器５に入射する光よりも長い波長を有する光に変換する第１の波長変換器８を含む。第１の波長変換器８は、有機蛍光体又は透明の無機蛍光体セラミックといった蛍光材料を含んでよい。第１の波長変換器８は、蛍光材料の混合物を含んでもよい。
【００３２】
本発明に適している透明無機蛍光体セラミックの例は、セリウム（Ｃｅ）がドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ３ＡＬ５Ｏ１２）及びセリウムがドープされたルテチウム・アルミニウム・グラナット（granat）（Ｌｕ３Aｌ５O１２）である。更なる例は、例えばＣｅドープイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ、Ｙ３ＡＬ５Ｏ１２）及びＣｅドープルテニウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）といったように、（Ｍ＜Ｉ＞（１ーｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）３（Ｍ＜ＩＶ＞（１−ｚ）Ｍ＜ｖ＞ｚ）５Ｏ１２（ここで、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｙ、Ｌｕ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｙｂ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｔｂ（Ｍ＜ＩＩ＞がＴｂではない場合）、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌであり、Ｍ＜Ｖ＞は、Ｇａ、Ｓｃ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１、０＜ｚ＜ｌである）；（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）２Ｏ３（ここで、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｙ、Ｌｕ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙｂ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｂｉ、Ｓｂ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１である）；（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）Ｓ（１−ｚ）Ｓｅ（ここで、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｓｂ、Ｓｎ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜０．０１、０＜ｙ＜０．０５、０＜ｚ＜ｌである）；（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ−ｙ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞ｙ）Ｏ（ここで、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜０．１である）；（Ｍ＜Ｉ＞（２−ｘ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞２）Ｏ７（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｂａ、Ｓｒ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１である）；（Ｍ＜Ｉ＞（１−ｘ）Ｍ＜ＩＩ＞ｘＭ＜ＩＩＩ＞（１−ｙＭ＜ＩＶ＞ｙ）Ｏ３（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｈｆ；Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ＜ＩＶ＞は、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ又はその混合物を含む群から選択され、＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜０．１である）；又はその混合物を含む群か���選択される材料で作られている。
【００３３】
本発明に適している有機蛍光体の例は、ペリレン誘導体に基づいた有機蛍光材料であり、例えばＢＡＳＦ社によってＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）の名前で販売されている化合物である。適切な化合物の例は、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｒｅｄ  Ｆ３０５、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｏｒａｎｇｅ  Ｆ２４０、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｙｅｌｌｏｗ  Ｆ０８３及びＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｆ１７０が挙げられるが、これらに限定されない。導波管又は集光器は、これらの材料を、ポリメチルメタクリレートといった透明マトリクス内に配置することによって形成可能である。
【００３４】
第１の波長変換器８は、透明マトリクス内の量子ドットを含んでもよい。量子ドットは、通常、ほんの数ナノメートルの幅又は直径を有する半導体物質の小さい結晶である。入射光によって励起されると、量子ドットは、結晶のサイズ及び材料によって決定される色の光を放射する。したがって、量子ドットのサイズを適応させることによって、特定の色の光を生成することができる。可視範囲内の発光を有する最も知られている量子ドットは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）といったシェルを有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）に基づいている。リン化インジウム（ＩｎＰ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）及び／又は硫化銀インジウム（ＡｇＩｎＳ２）といったカドミウムフリー量子ドットを使用することもできる。量子ドットは、非常に狭い発光帯を示し、したがって、飽和色を示す。更に、発光色は、量子ドットのサイズを適応することによって容易に調整できる。当技術分野において知られている任意のタイプの量子ドットを、以下に記載される本発明の実施形態に使用してよい。しかし、環境に対する安全及び配慮の理由から、カドミウムフリー量子ドット又は少なくともカドミウム含量が非常に少ない量子ドットを使用することが好適である。導波管又は集光器は、これらの材料を、ポリメチルメタクリレートといった透明マトリクス内に配置することによって形成可能である。
【００３５】
出力光学要素９が、光出射面７を介して、集光器５から出力された光の大部分を、偏光ビームスプリッタ１０へと伝送する。出力光学要素９は、任意選択的であり、違う実施形態では、含まれていてもいなくてもよい。出力光学要素９は、レンズといった屈折要素であってよい。出力光学要素９は、複合放物面集光器であってよい。偏光ビームスプリッタ１０は、入来光を、異なる偏光状態を有する２つの光ビーム、即ち、第１の偏光光ビーム１１と、第１の偏光光ビーム１１とは異なる偏光状態を有する第２の偏光光ビーム１２とに分割する。偏光ビームスプリッタ１０は、例えば直線偏光ビームスプリッタであってよく、したがって、第１及び第２の偏光光ビーム１１、１２は、直線偏光され、互いに垂直な偏光状態を有する。例えば入射面に対して、第１の偏光光ビーム１１は、ｐ偏光であり、第２の偏光光ビーム１２は、ｓ偏光であり、また、その逆であってもよい。或いは、偏光ビームスプリッタ１０は、円偏光ビームスプリッタであってもよく、したがって、第１及び第２の偏光光ビーム１１、１２のうちの１つが、左円偏光され、もう１つが、右円偏光されていてよい。したがって、第１及び第２の偏光光ビーム１１、１２は、反対の偏光状態を有する。偏光ビームスプリッタ１０は、例えば非常に安定したワイヤグリッド偏光子、薄膜偏光子又はコレステリック液晶偏光子であってよい。
【００３６】
第１の偏光光ビーム１１は、例えば１つ以上のミラー１４又は光の方向を転換する任意の他のタイプの要素を介して、多段照明デバイス１の光出射窓１３に伝送される。第２の偏光光ビーム１２は、第１の集光器５と直列に配列される第２の集光器１５に伝送される。第１及び第２の集光器５、１５は、したがって、１対の連続する集光器を形成する。第１の集光器５は上流側に配列され、第２の集光器１５は下流側に配列される。本実施形態では、第２の偏光光ビーム１２の大部分を第２の集光器１５に伝送するように、入力光学要素１６が配列される。入力光学要素１６は、例えばレンズといった屈折要素である。入力光学要素１６は、複合放物面集光器であってもよい。入力光学要素１６は、任意選択的であり、違う実施形態では、含まれていてもいなくてもよい。本実施形態では、第１及び第２の集光器５、１５、入力及び出力光学要素１６、９及び偏光ビームスプリッタ１０は、直線となるように配列されるが、これは必須ではない。他の実施形態では、第１及び第２の集光器５、１５、入力及び出力光学要素１６、９及び偏光ビームスプリッタ１０は、例えばミラー又は任意の他の反射若しくは方向転換要素といった光の方向を転換する様々なタイプの構造体を使用することによって、空間に異なって配置されてよい。
【００３７】
第２の集光器１５は、概して第１の集光器５と同様である。しかし、第１の集光器５とは異なり、第２の集光器１５は、幾つかの実施形態では、第１の光源２といった１つ以上の光源から受光しない場合もある。しかし、本実施形態では、第２の集光器１５は、複数の第２の光源１７から受光する。第２の光源１７は固体光源である。第２の光源１７は、すべて、通常、同じ色を有する光、例えば青色光、紫色光又は紫外光を放出する。第２の光源１７によって放出される光は、第１の光源２によって放出される光と同じ色を有してもいなくてもよい。
【００３８】
第２の集光器１５は、光入射面１８を有し、この面を介して、第２の偏光光ビーム１２が入る。光入射面１８は、第２の集光器１５内の当該光入射面１８に当たる光が第２の集光器１５内へと反射して戻るように、第２の偏光光ビーム１２の色を有する光を通過させるが、異なる色を有する光は遮断するダイクロイックミラーを含む。
【００３９】
第２の集光器１５は、第１の波長変換器８によって変換された光の波長とは異なる波長に、光を変換する第２の波長変換器１９を有する。より正確には、第２の波長変換器１９によって変換された光は、第１の波長変換器８によって変換された光よりも長い波長を有する。したがって、第１及び第２の集光器５、１５は、各自の波長変換器によって変換される光の波長が大きくなる順序で配列される。第２の波長変換器１９は、第１の波長変換器８の説明に関連して上記された蛍光材料の１つ以上及び／又は量子ドットの種類によって形成されてよい。
【００４０】
第２の集光器１５は、光出射面２０を有し、この面を介して、第２の集光器１５の中を導かれた光は、第２の集光器１５から出力される。出力光学要素２１が、出力光を、第１の偏光光ビーム１１と同じ偏光状態を有する第３の偏光光ビーム２３を形成する偏光子２２へと伝送する。出力光学要素２１は、例えばレンズといった屈折要素である。出力光学要素２１は、複合放物面集光器であってもよい。１つ以上のミラー２４又は光の方向を転換する任意の他のタイプの要素が、第３の偏光光ビーム２３を、多段照明デバイス１の光出射窓１３に向ける。これにより、第１及び第３の偏光光ビーム１１、２３が組み合わされ、偏光された多色光ビーム２５の対応する色成分が形成される。異なる実施形態では、偏光子２２は、第２の集光器１５から出力された光だけでなく、第１の偏光光ビーム１１も受け取る。第１の偏光光ビーム１１は、既に偏光されているので、光出射窓１３に到達する前に、偏光子２２を単に通過する。
【００４１】
図２は、本例では、３つの連続する集光器として直線状に又は直列に配列された第１、第２及び第３の集光器５、１５、２６を有する多段照明デバイス３９の一実施形態を概略的に示す。第１及び第２の集光器５、１５は、図１を参照して上記された集光器と同様であり、また、当該集光器と同様に、互いに動作可能に接続されている。
【００４２】
第３の集光器２６は、第１及び第２の集光器５、１５と同様であり、それらと直列に配列される。偏光ビームスプリッタ２７が、例えばレンズ又は他のタイプの屈折要素である出力光学要素２１を介して、第２の集光器１５から出力された光を受け取る。出力光学要素２１は、複合放物面集光器であってもよい。偏光ビームスプリッタ２７は、入射光を、異なる偏光状態を有する第３の光ビーム２３と第４の光ビーム２８とに分割する。第３の光ビーム２３は、第１の偏光光ビーム１１と同じ偏光状態を有し、第４の偏光光ビーム２８の偏光状態は、第３の偏光光ビーム２３の偏光状態とは反対である。１つ以上のミラー２４又は光を方向転換する任意の他のタイプの要素が、第３の偏光光ビーム２３を、多段照明デバイス３９の光出射窓１３に伝送する。第３の集光器２６の光入射面２９は、例えばレンズ又は他のタイプの屈折要素である入力光学要素３０を介して、第４の光ビーム２８を受け取る。入力光学要素３０は、複合放物面集光器であってもよい。
【００４３】
第３の集光器２６は、固体照明デバイスの形の複数の第３の光源３１から受光する。第３の光源３１は、他の実施形態では、除外されてもよい。第３の光源３１は、すべて、通常、同じ色を有する光、例えば青色光、紫色光又は紫外光を放出する。本実施形態では、第１、第２及び第３の光源２、１７、３１は、すべて、同じ色を放出する。他の実施形態では、そうでなくてもよい。
【００４４】
第３の集光器２６は、第１及び第２の波長変換器８、１９の両方と異なる波長に、光を変換する第３の波長変換器３２を有する。より正確には、第３の波長変換器３２によって変換される光は、第１及び第２の波長変換器８、１９によって変換された光よりも長い波長を有する。したがって、第１、第２及び第３の集光器５、１５、２６は、各自の波長変換器によって変換される光の波長が大きくなる順序で配列される。例えば第１、第２及び第３の波長変換器８、１９、３２によって変換される光は、それぞれ、青色、緑色及び赤色であってよい。第３の波長変換器３２は、図１の説明に関連して上記された蛍光材料の１つ以上及び／又は量子ドットの種類によって形成されてよい。
【００４５】
第３の集光器２６は、光出射面３３を有し、この面を介して、第３の集光器２６の中を導かれた光は出力される。出力光学要素３４が、出力光を、第１及び第３の偏光光ビーム１１、２３と同じ偏光状態を有する第５の偏光光ビーム３６を形成する偏光子３５へと伝送する。出力光学要素３４は、例えばレンズといった屈折要素である。出力光学要素３４は、複合放物面集光器であってもよい。１つ以上のミラー３７又は光の方向を転換する任意の他のタイプの要素が、第５の偏光光ビーム３６を、多段照明デバイス３９の光出射窓１３に向ける。これにより、第１、第３及び第５の偏光光ビーム１１、２３、３６が組み合わされ、偏光された多色光ビーム２５の対応する色成分が形成される。
【００４６】
図３は、多段照明デバイス４０の一実施形態を概略的に示す。本実施形態では、多段照明デバイス４０は、ループを形成するように配列された第１、第２、第３及び第４の集光器５、１５、２６、３８を含む。本実施形態の集光器は、図１及び図２を参照して上記された集光器と同様である。本実施形態における集光器は更に、図１及び図２を参照して上記された集光器と同様に、偏光ビームスプリッタ１０を介して動作可能に接続される。多段照明デバイス４０は、第１、第３、第５及び第６の偏光光ビーム１１、２３、３６、４１によって形成された偏光された多色光ビームを生成する。これらの偏光光ビーム１１、２３、３６、４１は、それぞれ、偏光された多色光ビーム２５の１つの色成分を形成する。
【００４７】
多段照明デバイス１、３９、４０の動作中、第１の光源２によって放出される光は、光入射面６を介して、第１の集光器５に入る。第１の集光器５に入る光の大部分は、第１の波長変換器８によって吸収される。この結果、第１の光源２によって放出される光よりも長い波長を有する非偏光光が放出される。第１の波長変換器８は、非偏光光をランダムな方向に放出し、放出された光の一部は、集光器５の中を全反射によって導かれる。つまり、第１の波長変換器８によって放出される光の一部は、第１の集光器５へと結合される。
【００４８】
入力光の大部分は、第１の集光器５から、光出射面７を介して出力され、偏光ビームスプリッタ１０によって、第１の偏光光ビーム１１と第２の偏光光ビーム１２とに分割される。第１及び第２の偏光光ビーム１１、１２は、偏光された多色光ビーム２５の所望の偏光状態に依存する異なる偏光状態を有する。第１及び第２の偏光光ビーム１１、１２は、例えば反対方向に円偏光されていても、互いに垂直に直線偏光されていてもよい。
【００４９】
第１の偏光光ビーム１１は、多色光ビーム２５の１つの色成分を形成するように伝送され、第２の偏光光ビーム１２は、第２の集光器１５に伝送される。したがって、第１の偏光光ビームは、偏光ビームスプリッタ１０によって取り出され、第２の偏光光ビーム１２は、第２の集光器１５を励起するために使用される。第２の偏光光ビーム１２は、光入射面１８を介して、第２の集光器１５に入る。第２の集光器１５に入る光の大部分は、第２の波長変換器１９によって吸収される。第２の波長変換器１９は更に、第２の光源１７によって放出され、第２の集光器１５に入る光の大部分を吸収する。第１の波長変換器８と同様に、第２の波長変換器１９による光の吸収は、吸収された光よりも長い波長を有する非偏光光が、ランダムな方向に放出される結果をもたらす。放出される光の一部は、第２の集光器１５へと結合され、次に、光出射面２０を介して出力される。
【００５０】
第２の集光器１５から出力される光は、偏光子２２によって、第１の偏光光ビーム１１と同じ偏光状態を有し、多段照明デバイス１、３９、４０の光出射窓１３へと伝送され、偏光された多色光ビーム２５の１つの色成分を形成する第３の偏光光ビーム２３に偏光される。したがって、偏光された多色光ビーム２５の偏光状態は、第１及び第３の偏光光ビーム１１、２３の偏光状態と等しい。
【００５１】
或いは、第２の波長変換器１５から出力される光は、偏光ビームスプリッタ２７によって、第３及び第４の偏光光ビーム２３、２８に分割される。第３の光ビーム２３は、第１の偏光光ビーム１１と同じ偏光状態を有し、第４の偏光光ビーム２８の偏光状態は、第３の偏光光ビーム２３の偏光状態とは反対である。この場合、第３の偏光光ビーム２３は、多色光ビーム２５の１つの色成分を形成するように伝送され、第４の偏光光ビーム２８は、第３の集光器２６へと伝送される。つまり、第３の偏光光ビーム２３は取り出され、第４の偏光光ビーム２８は、第３の集光器２６を励起するために使用される。
【００５２】
第３の集光器２６を出る光は、所望される場合には、第４の集光器３８を励起するために使用される。当然ながら、多段照明デバイス１、３９、４０に含まれる集光器の数は、２よりも大きい任意の数であってよい。互いに励起し合う様々な数の集光器を使用し、集光器間で異なる色の偏光光を取り出すことによって、所望の偏光状態及び所望の数の色成分を有する高輝度の偏光された多色光ビーム２５が生成される。第１、第２及び第３の集光器５、１５、２６を有する多段照明デバイス１、３９、４０によって、例えば高輝度の白色光が生成される。第１、第２及び第３の波長変換器８、１９、３２によって放出される光は、それぞれ、青色、緑色及び赤色である。デジタルプロジェクタ、液晶プロジェクタ、スポットライト、舞台照明システム及び自動車ヘッドランプは、多段照明デバイス１、３９、４０を使用可能である多くの照明システム及び応用のうちの幾つかである。
【００５３】
当業者であれば、本発明は、上記された好適な実施形態に限定されないことは認識するであろう。むしろ、多くの修正態様及び変形態様が、添付の請求項の範囲内で可能である。例えば集光器は、ストレート型の管ではなく、湾曲管又は環状体であってもよい。
【００５４】
更に、開示された実施形態の変形態様は、図面、開示内容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、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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