(57)【要約】  本発明は、非発光領域（２１２，３１２）と複数のレーザ素子により構成された発光領域（２１１，３１１）とを含むレーザアレイ光源（２１０，３１０，４１０）と、レーザアレイ光源（２１０，３１０，４１０）の出射光をフォーカスして反射するための集光領域（３３１ａ，４３１ａ）と、非集光領域（３３１ｂ，４３１ｂ）とを含む反射集光システム（２３０，３３０，４３０）と、反射集光システム（２３０，３３０，４３０）の出射光を收集して出射するための光收集システム（２４０，３４０，４４０）と、を備え、光收集システム（２４０，３４０，４４０）、非発光領域（２１２，３１２）及び非集光領域（３３１ｂ，４３１ｂ）は、レーザアレイ光源（２１０，３１０，４１０）の出射光の光軸に平行な同一の直線上に位置し、且つ、光收集システム（２４０，３４０，４４０）は、非発光領域（２１２，３１２）及び／又は非集光領域（３３１ｂ，４３１ｂ）を通る発光装置及び投影システムを提供する。当該発光装置及び投影システムは、体積が小さく、輝度が高く均一な光スポットを出射することができる。  【選択図】図３ａ
2016522536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非発光領域と複数のレーザ素子により構成された発光領域とを含むレーザアレイ光源と、
前記レーザアレイ光源の出射光をフォーカスして反射するための集光領域と、非集光領域とを含む反射集光システムと、
前記反射集光システムの出射光を收集して出射するための光收集システムと、を備え、
前記光收集システム、非発光領域及び非集光領域は、前記レーザアレイ光源の出射光の光軸に平行な同一の直線上に位置し、且つ、前記光收集システムは、前記非発光領域及び／又は前記非集光領域を通ることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記反射集光システムは反射カバーであり、当該反射カバーの中央領域は非集光領域であり、当該中央領域以外の領域は集光領域であり、前記光收集システムは、前記非発光領域を通ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記反射集光システムは、開口領域を含む反射カバーと、反射素子とを含み、当該開口領域は、非集光領域であり、前記開口領域以外の領域及び反射素子は、集光領域であり、前記光收集システムは、前記反射カバーの開口領域を通ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射素子は、前記レーザアレイ光源の非発光領域に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記反射集光システムは、反射素子と、開口領域を有する集光レンズとを含み、前記集光レンズの開口領域は、非集光領域であり、前記集光レンズの非開口領域及び反射素子は、前記集光領域であり、前記集光レンズの非開口領域は、前記レーザアレイ光源の出射光をフォーカスし、前記反射素子は、前記集光レンズの出射光を反射し、前記光收集システムは、前記集光レンズの開口領域及びレーザ光源アレイの非発光領域を通ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
前記反射素子は、凸反射面又は凹反射面を含み、当該凸反射面又は凹反射面は前記反射集光システムの出射光を反射するとともに、当該出射光をフォーカスさせることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
補足光源をさらに含み、当該補足光源は前記非発光領域、非集光領域と同一の直線上に位置し、且つ、前記レーザアレイ光源の出射光の光路に位置せず、当該補足光源の出射光は前記光收集システムに入射されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記光收集システムは、光均一棒を含むことを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記光收集システムは、光均一棒を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記光均一棒の出光面は、前記レーザアレイ光源と反射集光システムとの間に位置することを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記光收集システムは、レンズ又は透明ガラス片をさらに含み、前記光均一棒の出射光が、前記非発光領域又は非集光領域を通り、前記レンズ又は透明ガラス片から透過出射するように、当該レンズ又は透明ガラス片は前記非発光領域又は非集光領域に固定されていることを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記光收集システムは、コリメーターレンズをさらに含み、当該コリメーターレンズの焦点は前記反射集光システムの焦点に重なり、当該コリメーターレンズにより前記反射集光システムの出射光はコリメートされてから前記光均一棒に出射されることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１３】
コリメーターレンズアレイをさらに含み、当該コリメーターレンズアレイにおけるコリメーターレンズユニットは前記レーザアレイ光源におけるレーザ素子に一対一で対応し、コリメーターレンズユニットの出射光が所定の発散角度を有するように、前記レーザアレイ光源におけるレーザ素子は、それに対応するコリメーターレンズユニットの光軸における、当該レンズユニットの焦点にずれた所定の位置に位置することを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の発光装置を備えることを特徴とする投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明及び表示技術分野に関し、特に、発光装置及び投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビなどの表示装置のハイビジョン化、大型化に伴い、光源の輝度に対する要求は、ますます高くなっており、特に映画館での上映などの特別な応用の場合に、通常、光源の輝度は、１００００ルーメン以上に達する必要がある。
【０００３】
光源の高輝度を実現するために、従来技術における技術方案の多くは、発光素子でアレイ光源を構成し、そして、輝度を向上させるように、アレイ光源の出射光に対し光束圧縮を行う。例えば、図１は、従来技術における発光装置である。図１に示すように、発光装置は、レーザアレイ光源１１０、コリメーターレンズアレイ１２０、集光レンズ１３０、光均一棒１４０、レンズ１５０、及び蛍光体カラーホイール１６０を備える。図２は、図１に示されたレーザアレイ光源の構造の右視図である。図２に示すように、レーザアレイ光源は、複数のレーザダイオードが配列されることにより形成され、当該レーザアレイ光源は、高出力を有し、高輝度のレーザを出射する。コリメーターレンズアレイ１２０は、複数のコリメーターレンズユニットを備え、各コリメーターレンズユニットは、各レーザダイオードに対応するとともに、レーザダイオードの出射光をコリメートする。光束の断面積を小さくするために、集光レンズ１３０によりコリメーターレンズアレイ１２０の出射光がフォーカスされ、フォーカスされた光は、光均一棒１４０により均光された後、レンズ１５０により蛍光体カラーホイール１６０にフォーカスされ、必要な蛍光が生成される。
【０００４】
しかしながら、集光レンズ１３０の焦点距離が長いため、発光装置全体が非常に長くなり、体積が大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が主に解決しようとする技術課題は、体積が小さく、輝度が高い均一な光スポットを出射する発光装置及び投影システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施例は、
非発光領域と複数のレーザ素子により構成された発光領域とを含むレーザアレイ光源と、
レーザアレイ光源の出射光をフォーカスして反射するための集光領域と、非集光領域とを含む反射集光システムと、
反射集光システムの出射光を收集して出射するための光收集システムと、を備え、
光收集システム、非発光領域及び非集光領域は、レーザアレイ光源の出射光の光軸に平行な同一の直線上に位置し、且つ、光收集システムは、非発光領域及び／又は非集光領域を通ることを特徴とする発光装置を提供する。
【０００７】
好ましくは、反射集光システムは反射カバーであり、当該反射カバーの中央領域は非集光領域であり、当該中央領域以外の領域は集光領域であり、光收集システムは、非発光領域を通る。
【０００８】
好ましくは、反射集光システムは、開口領域を含む反射カバーと、反射素子とを含み、当該開口領域は、非集光領域であり、開口領域以外の領域及び反射素子は、集光領域であり、光收集システムは、反射カバーの開口領域を通る。
【０００９】
好ましくは、反射素子は、レーザアレイ光源の非発光領域に固定されている。
【００１０】
好ましくは、反射集光システムは、反射素子と、開口領域を有する集光レンズとを含み、集光レンズの開口領域は、非集光領域であり、集光レンズの非開口領域及び反射素子は、集光領域であり、集光レンズの非開口領域は、レーザアレイ光源の出射光をフォーカスし、反射素子は、集光レンズの出射光を反射し、光收集システムは、集光レンズの開口領域及びレーザ光源アレイの非発光領域を通る。
【００１１】
好ましくは、反射素子は、凸反射面又は凹反射面を含み、当該凸反射面又は凹反射面は反射集光システムの出射光を反射するとともに、当該出射光をフォーカスさせる。
【００１２】
好ましくは、発光装置は補足光源をさらに含み、当該補足光源は非発光領域、非集光領域と同一の直線上に位置し、且つ、レーザアレイ光源の出射光の光路に位置せず、当該補足光源の出射光は前記光收集システムに入射する。
【００１３】
好ましくは、光收集システムは、光均一棒を含む。
【００１４】
好ましくは、光均一棒の出光面は、レーザアレイ光源と反射集光システムとの間に位置する。
【００１５】
好ましくは、光收集システムは、レンズ又は透明ガラス片をさらに含み、光均一棒の出射光が、非発光領域又は非集光領域を通り、レンズ又は透明ガラス片から透過出射するように、当該レンズ又は透明ガラス片は非発光領域又は非集光領域に固定されている。
【００１６】
好ましくは、光收集システムは、コリメーターレンズをさらに含み、当該コリメーターレンズの焦点は反射集光システムの焦点に重なり、当該コリメーターレンズは反射集光システムの出射光をコリメートしてから光均一棒に出射する。
【００１７】
好ましくは、発光装置は、コリメーターレンズアレイをさらに含み、当該コリメーターレンズアレイにおけるコリメーターレンズユニットはレーザアレイ光源におけるレーザ素子に一対一で対応し、コリメーターレンズユニットの出射光が所定の発散角度を有するように、レーザアレイ光源におけるレーザ素子は、それに対応するコリメーターレンズユニットの光軸における、当該レンズユニットの焦点にずれた所定の位置に位置する。
【００１８】
本発明は、上述した発光装置を含む投影システムをさらに提供する。
【００１９】
従来技術に比べ、本発明は、以下の有益な効果を有する。
【００２０】
本発明において、レーザアレイ光源における発光領域の出射光は、反射集光システムにより反射され、光收集システムにフォーカスされる。光路が反射され、且つ、光收集システム、非発光領域及び非集光領域がレーザアレイ光源の出射光の光軸に平行な同一の直線上に位置するため、光線は、発光装置から出射するのには、非発光領域及び／又は非集光領域を通って出射する。レーザアレイ光源であっても、反射集光システムであっても、一定の体積を有するが、反射集光システムがレーザアレイ光源の非発光領域及び／又は反射集光システムの非集光領域を通るため、当該レーザアレイ光源及び／又は反射集光システムは、余分な長さを占めることなく、これにより、発光装置の体積を小さくする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術における発光装置である。
【図２】図１に示されたレーザアレイ光源の構造の右視図である。
【図３ａ】本発明における発光装置にかかる一つの実施例の構造の主視図である。
【図３ｂ】図３ａに示された発光装置に補足光源が加えられた後の構造概念図である。
【図４】図３ａに示されたレーザアレイ光源の構造の右視図である。
【図５ａ】本発明における発光装置にかかるもう一つの実施例の構造の主視図である。
【図５ｂ】図５ａに示された発光装置に補足光源が加えられた後の構造概念図である。
【図６】図５ａに示されたレーザアレイ光源の構造の右視図である。
【図７ａ】本発明における発光装置にかかるもう一つの実施例の構造の主視図である。
【図７ｂ】図７ａに示された発光装置に補足光源が加えられた後の構造概念図である。
【図８】図７ａに示された実施例におけるフォーカスレンズ４３１の構造の右視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面と実施形態とを組み合わせて、本発明の実施例について詳しく分析する。
【００２３】
図３ａは、本発明における発光装置にかかる一つの実施例の構造の主視図である。図３ａに示すように、発光装置は、レーザアレイ光源２１０、コリメーターレンズアレイ２２０、反射集光システム２３０、及び光收集システム２４０を備える。
【００２４】
レーザアレイ光源２１０は、複数のレーザ素子を含む。具体的には、レーザ素子は、レーザダイオードであり、レーザダイオードの出射光は、高エネルギー密度を有し、且つ、発散角度が小さく、コリメータ光に類似し、高輝度の出射光を提供することができ、高輝度発光装置の好ましい光源である。図４は、図３ａに示されたレーザアレイ光源の構造の右視図であり、図４に示すように、レーザアレイ光源２１０は、中心における円形の開口領域を含み、当該開口領域は、非発光領域２１２であり、開口領域以外の領域は、発光領域２１１であり、レーザ素子は、発光領域２１１内に設置されている。
【００２５】
レーザは、コリメーション性が良いが、一定の発散角度を有し、それは、伝播過程において光束の断面積が拡大し、発光装置の輝度を低下させるため、レーザアレイ光源２１０の出射光は、コリメーターレンズアレイ２２０によりコリメートされた後に出射する。レーザアレイ光源２１０に対応して、コリメーターレンズアレイ２２０も開口領域を含み、当該開口領域は、レーザアレイ光源の非発光領域２１２とは、光軸に平行な同一の直線上に位置する。レーザアレイ光源２１０の出射光をコリメートするために、コリメーターレンズアレイ２２０の非開口領域は、レーザアレイ光源の発光領域２１１を被覆する。ただし、レーザの発散角が無視してもよい程小さい場合、又は、レーザの発散角の大きさに対する要求がそれ程高くない場合に、コリメーターレンズアレイ２２０を設置しなくてもよい。
【００２６】
図４に示すように、高出力の発光装置を実現するために、数十個さらに百個以上のレーザ素子がレーザアレイ光源２１０の発光領域２１１に配列可能であるため、レーザアレイ光源の発光面積は大きい。光束の断面積の圧縮及び後続の光学素子処理の便利のために、発光装置においては、反射集光システム２３０が設置されている。本実施例において、具体的には、反射集光システム２３０は、反射カバーであり、当該反射カバーの中央領域は、光軸方向においてレーザアレイ光源２１０の非発光領域を被覆し、入射光を受け取ることなく、非集光領域であり、当該中央領域以外の領域は、集光領域であり、当該集光領域に入射した光をフォーカスして反射するために、当該集光領域は、光軸方向においてレーザアレイ光源２１０の発光領域を被覆する。反射カバー３３１は、アルミニウム反射板であってもよく、反射膜がメッキされた凹面鏡で代えることもできる。
【００２７】
反射集光システム２３０の出射光を收集するために、発光装置は、光收集システム２４０をさらに備える。光收集システム２４０は、光均一棒２４１を含み、光均一棒２４１は、反射集光システム２３０の出射光を收集するとともに、当該出射光を均光することができる。光均一棒２４１は、レーザアレイ光源の非発光領域２１２を通り、且つ、光均一棒２４１の出光面は、レーザアレイ光源２１０から延出し、発光装置の出光口である。
【００２８】
なお、光均一棒２４１は、さらにレーザに対するデコヒーレンスの役割を有し、これは、レーザダイオードの出射光が一定の偏光状態を有するが、複数の異なる偏光状態のレーザ光束は、光混合の過程において一部の偏光状態が消去可能であるからである。ここで、光均一棒の構造は、中実棒又は中空棒であってよく、その形状は、方形棒又はテーパ状棒であってよい。光均一棒のアスペクト比は、必要に応じて設計してもよく、投影システムにおける異なる光変調ユニットの要求に適応するように、アスペクト比は、１６：９又は４：３であることが好ましい。
【００２９】
また、本発明における他の実施形態において、光收集システム２４０において、光均一棒の代わりにさらに複眼レンズが用いられてもよく、同様に光收集及び均光の役割を果たすことができる。
【００３０】
光束の出射を確保するために、光收集システム２４０、レーザアレイ光源２１０の非発光領域２１２及び反射集光システム２３０の非集光領域は、レーザアレイ光源２１０の出射光の光軸に平行な同一の直線上に位置し、且つ、反射集光システム２３０の出射光は、光均一棒２４０により收集され、レーザアレイ光源２１０の非発光領域の方向へ伝播される。本実施例において、光均一棒２４１がレーザアレイ光源２１０の非発光領域２１２を通るため、当該レーザアレイ光源２１０及びコリメーターレンズアレイ２２０は、余分な長さを占めることなく、発光装置の体積を小さくする。
【００３１】
したがって、本実施例における発光装置はより、高出力の均一された光を出射することができ、且つ、体積が小さい。当該発光装置は、超高輝度のレーザ投影システムに用いることができ、例えば、本実施例におけるレーザアレイ光源を、それぞれ赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源として設置することで、投影システムの光源とすることができる。
【００３２】
説明しなければならないのは、上述したレーザアレイ光源の非発光領域２１２、コリメーターレンズアレイ２２０の開口領域は、円形であるとは限らず、その形状は、実際の需要に応じて設計してもよく、光均一棒２４１が通れるとすればよい。また、レーザアレイ光源の非発光領域２１２、コリメーターレンズアレイ２２０の開口領域及び反射集光システム２３０の非集光領域は、必ずしもそれぞれの中心領域に位置する必要がなく、反射集光システム２３０を設計することにより、入射光を反射・フォーカスした後の焦点位置を変更し、フォーカス後の焦点が中心領域に位置しないようにすることができる。このとき、レーザアレイ光源の非発光領域２１２、コリメーターレンズアレイ２２０の開口領域及び反射集光システム２３０の非集光領域はフォーカス後の位置とは、レーザアレイ光源２１０の出射光の光軸に平行な同一の直線上に位置すればよい。
【００３３】
レーザの出射光のコリメーション性が良いため、レーザアレイ光源２１０の出射光は、複数の小光束により構成され、各小光束は、一つのレーザ素子に対応する。反射集光システム２３０によりフォーカスされた後、単に各小光束は同じ点にフォーカスし、各小光束の内部の発散角は、依然として小さく、単にレーザアレイ光源２１０の出射面の光分布を等しい比率で縮小することに相当し、このとき、光均一棒２４１は、良い均光作用を果たすことができない。このため、光收集システム２４０においては、散乱素子２４２が設置されており、具体的には、当該散乱素子２４２は、散乱片である。散乱片２４２は、光均一棒２４１と反射集光システム２３０との間に位置し、且つ、反射集光システム２３０の焦点に重なり、入射光を散乱することができ、これにより、各小光束の内部の発散角を拡大し、光均一棒２４１の均光効果を向上させ、それとともに、レーザに対するデコヒーレンスの作用を有する。
【００３４】
レーザアレイ光源２１０の出射光の出力が大きいため、発光装置においてさらに駆動装置（図示せず）が設置されてもよく、散乱片２４２が動き、例えば回転するように、当該駆動装置は散乱片２４２を駆動することができ、これにより、散乱片２４２に当たったレーザ光スポットを、散乱片２４２において所定の軌跡に沿って移動させ、熱は、散乱片２４２の複数の領域に分担されることにより、散乱片２４２が熱で壊れることを防止する。また、静止した散乱片２４２によるレーザのコヒーレンスの消去効果は、それ程好ましくない。なぜならば、理想的な散乱材料は存在せず、散乱材料により入射光を百パーセント散乱することができず、且つ、一定の光透過率を確保する必要があるため、発光装置により投影された領域において依然として干渉輝点が存在する。駆動装置が設置されている場合、散乱片２４２が移動するため、レーザが散乱片２４２に入射した光スポットの位置は、時間に伴って変化しており、発光装置により投影された領域における輝点の位置は絶えず変化し、この変化速度が十分に速くなると、人の目で輝点の存在に察知することができず、これにより、より良いデコヒーレンス効果を有する。
【００３５】
また、散乱片２４２の代わりに、複眼レンズを用いてもよく、複眼レンズにおける各複眼ユニットは、入射光をある程度拡散することができる。類似的に、放熱能力を向上させるために、複眼レンズを駆動し、回転させるように駆動装置を設置することもできる。また、耐高温能力をさらに向上させるために、散乱片か、複眼レンズかに関わらず、ガラス材質であることが好ましい。
【００３６】
散乱片の透過率は、高くないが、透過率を向上させるためには、散乱片２４２の代わりに、凹レンズを用いてもよく、且つ、当該凹レンズは、反射集光システム２３０と反射集光システム２３０の焦点との間に位置し、且つ、当該凹レンズの焦点は、反射集光システム２３０の焦点に重なる。レーザは、コリメーターレンズアレイ２２０によりコリメートされても、各レーザダイオードの対応する小光束は、依然として小さい発散角を有する。反射集光システム２３０の出射光は、凹レンズを通ると、コリメートされ、ここで、コリメーティングとは、異なる小光束同士がコリメートされていると指すが、小光束内における発散角がかえって大きくなる。これは、凹レンズの光スポットは、レーザアレイ光源２１０の出光面に対し、面積がだいぶ小さいため、エタンデュ保存則によれば、その分、発散角が大きくなるからである。例えば、凹レンズを通った後、光束全体は、レーザアレイ光源２１０の出光面の十分の一に圧縮され、この時、小光束の発散角は、当初の十倍になるため、凹レンズは、入射したレーザ内部における小光束を発散させる役割を果たすことができる。説明しなければならないのは、凸レンズを用いて散乱片２４２に代え、且つ、当該凸レンズは光均一棒２４１と反射集光システム２３０の焦点との間に位置し、且つ、当該凸レンズの焦点は反射集光システム２３０の焦点に重なり、当該凸レンズは、同様に、入射したレーザをコリメートし、レーザ内部における小光束を発散させることができる。
【００３７】
均光効果をさらに向上させるためには、コリメーターレンズアレイ２２０のレンズに対してフォーカスアウトするように、レーザアレイ光源２１０のレーザ素子を設置してもよく、即ち、レーザアレイ光源２１０のレーザ素子は、それに対応するコリメーターレンズアレイにおけるコリメーターレンズユニットの光軸における、当該コリメーターレンズユニットの焦点にずれた所定の位置に位置することにより、各小光束が所定の発散角度を有するようにする。このように、出射光の光束面積全体に与える影響が大きくない場合に、光均一棒２４１の均光効果を向上させる。実際の応用の中で、上述した所定の発散角度は、４°以内であることが好ましく、光束全体を大きく発散させることなく、光均一棒２４１の均光効果を向上させる。
【００３８】
散乱片及び複眼レンズに対して、凹レンズ及び凸レンズは、より容易にガラス材料とし、コストがだいぶ低く、耐熱性がより良く、好ましい形態である。
【００３９】
説明しなければならないのは、本発明における実施例にかかる他の実施形態においても、図３ａに示された発光装置に補足光源が加えられてもよい。図３ｂは、図３ａに示された発光装置に補足光源が加えられた後の構造概念図である。図３ｂに示すように、発光装置に補足光源２５０が加えられており、当該補足光源２５０は、レーザアレイ光源２１０の非発光領域、反射集光システム２３０の非集光領域と同一の直線上に位置し、且つ、レーザアレイ光源１１０に対向して反射集光システム２３０の両側に分布し、レーザアレイ光源２１０の出射光の光路に位置していないため、補足光源２５０がレーザアレイ光源１１０の出射光を遮ることはない。
【００４０】
補足光源２５０の出射光が光收集システム２４０に入射するようにするために、ここで、反射カバー２３０の非集光領域は、開口領域である。このように、補足光源２５０の出射光は、反射カバー２３０の非集光領域を透過して、光收集システム２４０の散乱片２４２に入射する。当然ながら、反射カバー２３０の非集光領域は、開口でなくてもよく、この時、補足光源２５０は、当該非集光領域に固定されてもよく、レーザアレイ光源１１０の出射光を遮らなければよい。この時、補足光源が便利に固定されるように、非集光領域は平面であることが好ましい。
【００４１】
ここで、補足光源２５０は、レーザ光源であり、当然ながら、ＬＥＤ光源などの他の光源も同様に補足光源２５０として用いられることができる。また、発光装置の出射光の輝度を向上させるように、補足光源２５０及びレーザアレイ光源２１０は、同じ波長の光であってもよく、また、両者は異なる波長の光であってもよく、例えば、補足光源２５０は４６２ｎｍの青色光を出射し、レーザアレイ光源２１０は４４５ｎｍの青色光を出射し、又は、補足光源２５０は赤色光を出射し、レーザアレイ光源２１０は青色光を出射する。
【００４２】
実施例２
図５ａは、本発明における発光装置にかかるもう一つの実施例の構造主視図である。図５ａに示すように、発光装置は、レーザアレイ光源３１０、コリメーターレンズアレイ３２０、反射集光システム３３０及び光收集システム３４０を備える。光收集システム３４０は、凹レンズ３４２と光均一棒３４１とを含む。図６は、図５ａに示されたレーザアレイ光源の構造の右視図である。図６に示すように、レーザアレイ光源３１０は、発光領域３１１と非発光領域３１２とを含む。
【００４３】
本実施例における発光装置が図３に示された発光装置との相違点は以下のとおりである。
【００４４】
図３に示された実施例において、レーザアレイ光源２１０の出光面が大きいため、レーザアレイ光源２１０の出射光をすべて收集するように、反射カバー２３０の面積も十分に大きい必要があり、これは、反射カバー２３０の焦点距離が長くなるようにし、さらに発光装置の体積を大きくする。発光装置の体積をさらに小さくするためには、本実施例において、反射集光システム３３０は、反射カバー３３１と反射素子３３２とを含み、反射カバー３３１は、開口領域３３１ｂを含み、当該開口領域３３１ｂは非集光領域であり、開口領域３３１ｂ以外の領域は、集光領域３３１ａであり、集光領域３３１ａは、コリメーターレンズアレイ３２０の出射光を反射してフォーカスすることができる。
【００４５】
本実施例において、具体的には、反射素子３３２は、反射鏡である。当該反射鏡３３２は、反射カバー３３１と当該反射カバー３３１の集光焦点との間に位置し、反射カバー３３１の出射光の光軸に垂直して設置され、反射鏡３３２は、反射カバー３３１の出射光を反射することができ、反射光が依然としてフォーカスされたままの状態とする。このように、反射カバー３３１と反射鏡３３２との連携により、光束のフォーカス過程は、二つの光路に分けられ、且つ、この二つの光路の間に重畳する部分があるため、レーザ光源アレイ１１０の出射光のフォーカスに必要な距離を短くし、これにより、発光装置の体積を小さくする。反射鏡のメリットは、構造が簡単で、コストが低いことにある。
【００４６】
反射カバー３３１及び反射鏡３３２により二回反射されてから、反射鏡３３２の反射光は、反射カバー３３１へ出射する。反射鏡３３２が反射した光が出射できるように、光收集システム３４０の光均一棒３４１は、反射カバーの開口領域３３１ｂ（即ち、反射集光システム３３０の非集光領域）を通る。
【００４７】
また、反射鏡３３２がレーザアレイ光源３１０との距離が近いため、図６に示すように、反射鏡３３２が懸架しており、固定しにくい問題を解決するように、反射鏡３３２は、レーザアレイ光源３１０の非発光領域に固定することができる。
【００４８】
ただし、本実施例における反射鏡３３２の位置がそのまま変わらない場合に、それ自身が、反射する光のフォーカス点の位置も変わらない。本発明の他の実施形態において、反射素子３３２の代わりに、凹レンズ又は凸レンズが用いられることもでき、当該凹レンズ又は凸レンズは、反射面（例えば、表面に反射膜がメッキされている）を含む。反射鏡に対して、凸レンズより反射された後の光は、より近い距離でフォーカスすることができ、凹レンズにより反射された後の光は、より遠い距離でフォーカスすることができ、且つ、凹レンズ及び凸レンズは、自身の反射光のフォーカス点の位置の遠近を制御するように、必要に応じてその自身の曲面が設計されることができる。このように、反射鏡、凹レンズ又は凸レンズを選択することにより、反射光のフォーカス点の位置を制御することができる。
【００４９】
また、反射カバー３３１の寸法が大きいため、その反射光は、明らかな収差が生じ、それは反射カバー３３１の曲面を単独に設計することにより解消できないが、反射カバー３３１及び凹レンズ又は凸レンズの反射面を連携利用し、収差を解消することができる。そのため、コストに対する要求がそれ程厳しくない場合、凹反射面を有する凹レンズ又は凸反射面を有する凸レンズは、好ましい形態である。説明しなければならないのは、凹反射面を有する凹レンズの代わりに、凹反射面を有するアルミニウム反射板などを用いることもでき、その凹反射面も同じ効果を奏することができ、同様に、凸反射面を有する凸レンズの代わりに、凸反射面を有するアルミニウム反射板などを用いることもできる。
【００５０】
また、説明しなければならないのは、本実施例において、光均一棒３４１の出光面は、反射カバー３３１の開口領域から延出しており、このように、光均一棒３４１の挟持固定に有利である。本発明における他の実施形態において、反射集光システム３３０及び光收集システム３４０を調整することにより、光均一棒３４１の出光面がちょうど反射カバー３３１の開口領域に位置するようにし、このように、発光装置全体の構造をコンパクトにすることができる。このとき、透明ガラス片を用いて光均一棒３４１の出光面を封止することもでき、このように、密閉した空間が形成され、ダストが内部に入ることを防止する。当然ながら、反射集光システム３３０及び光收集システム３４０を調整することにより、光均一棒３４１の出光面が反射カバー３３１とレーザアレイ光源３１０との間に位置するようにすることもでき、このとき、光收集システム３４０は、さらに一つのレンズを含むことができ、当該レンズは、後続の光学素子に使用されるように、光均一棒３４１の出射光をフォーカスし、且つ、当該レンズは、反射カバー３３１の開口領域に固定することができ、このように、発光装置全体の構造をコンパクトにすることができる。
【００５１】
同様に、上述した構造は、図３ａ、図３ｂに示された実施例及び後続の実施例における発光装置にも適用する。図３ａに示された実施例を例とすると、発光装置は、反射集光システム２３０及び光收集システム２４０を調整することにより、光均一棒２４１の出光面がレーザアレイ光源２１０の非発光領域に位置するようにし、また、これに応じて、光均一棒２４１の出光面にガラス片が設置され、又は、光均一棒２４１の出光面がレーザアレイ光源２１０と反射集光システム２３０との間に位置するようにし、また、レーザアレイ光源２１０の非発光領域にレンズが固定されることにより、いずれも発光装置の構造をコンパクトにする役割を果たすことができる。しかしながら、通常レーザアレイ光源２１０の基板の後ろに放熱器が設置されているため、この側において便利に実現できない可能性があるが、水冷の放熱方式が採用されれば、レーザアレイ光源２１０の基板に放熱器が設置されることは必ずしも必要ではなく、単に一枚の放熱板を設置してもよく、このとき、当該構造は比較的容易に実現することができる。
【００５２】
図３ａに示された実施例と類似に、図５ａに示された発光装置に補足光源が加えられてもよい。図５ｂは、図５ａに示された発光装置に補足光源が加えられた後の構造概念図である。図５ｂに示すように、発光装置に補足光源３５０が加えられており、当該補足光源３５０は、レーザアレイ光源３１０の非発光領域、反射集光システム３３０の非集光領域と同一の直線上に位置し、具体的には、補足光源３５０は、レーザアレイ光源３１０の非発光領域に固定されている。この時、反射集光システム３３０の反射鏡３３２は、レーザアレイ光源３１０の非発光領域に固定することができず、補足光源３５０の出射光の光路に位置すべきである。反射鏡３３２は、コリメーターレンズアレイ３２０の開口領域内に固定されることが好ましい。
【００５３】
レーザアレイ光源３１０及び補足光源３５０の出射光が反射鏡３３２を通ってからともに光收集システム３３０に入射することを実現するために、図５ｂにおいて、反射鏡３３２は、一般的な鏡面反射鏡であってはならず、波長選択フィルタであってもよく、このとき、対応的に、レーザアレイ光源３１０及び補足光源３５０は、異なる波長の光を出射し、且つ、それぞれ波長選択フィルタ３３２により反射・透過出射されてから共に光收集システム３３０に入射し、又は、反射鏡３３２は、偏光フィルタであってもよく、このとき、対応的に、レーザアレイ光源３１０及び補足光源３５０は、異なる偏光状態の光を出射し、且つ、それぞれ偏光フィルタ３３２により反射・透過出射されてから共に光收集システム３３０に入射し、さらに、又は、反射鏡３３２は、角度選択フィルタであってもよく、レーザアレイ光源３１０の出射光及び補足光源３５０の出射光は、反射鏡３３２に入射した角度が異なるため、それぞれそれに反射・透過出射される。総じて言えば、レーザアレイ光源３１０及び補足光源３５０の出射光のある光学特性が異なるため、反射鏡３３２は、このような相違を用いて、それぞれ反射・透過出射することができる。
【００５４】
実施例３
図７ａは、本発明における発光装置にかかるもう一つの実施例の構造の主視図である。図７ａに示すように、発光装置は、レーザアレイ光源４１０、コリメーターレンズアレイ４２０、反射集光システム４３０及び光收集システム４４０を備える。光收集システム４４０は、光均一棒４４１と凹レンズ４４２とを含む。
【００５５】
図５ａに示された実施例における発光装置に比較すれば、本実施例における発光装置の相違点は以下のとおりである。
【００５６】
（１）本実施例における反射集光システム４３０は、フォーカスレンズ４３１及び反射素子４３２である。図８は、図７ａに示された実施例におけるフォーカスレンズ４３１の右視図である。図８に示すように、具体的には、フォーカスレンズ４３１は、開口領域４３１ｂを含む凸レンズであり、フォーカスレンズ４３１の開口領域は、非集光領域であり、開口領域４３１ｂ以外の非開口領域４３１ａ及び反射素子４３２は、集光領域である。集光領域は、レーザアレイ光源４１０の出射光をフォーカスすることができ、これにより、レーザ光束の断面積を縮小する。
【００５７】
実施例５における反射カバーと類似に、レーザアレイ光源４１０の出射光をすべて收集するように、フォーカスレンズ４３１の口径も十分に大きい必要がある。凸レンズの焦点距離は、口径と相関し、その口径が大きいほど、焦点距離が長くなるため、フォーカスレンズ４３１の焦点距離も長くなる。
【００５８】
本実施例において、具体的には、反射素子４３２は、凸反射面を含む凸レンズ（例えば、凸レンズの表面に反射膜がメッキされている）である。当該凸レンズ４３２は、フォーカスレンズ４３１と当該フォーカスレンズ４３１の焦点Ｏとの間に位置し、且つ、その凸反射面は、フォーカスレンズ４３１の出射光を反射するとともに、反射光がフォーカスされたままの状態とすることができる。このように、フォーカスレンズ４３１と凸レンズ４３２との連携により、光束のフォーカス過程は、二つの光路に分けられ、且つ、この二つの光路の間に重畳する部分があるため、本実施例における反射集光システムにより、同様にレーザ光源アレイの出射光のフォーカスに必要な距離を短くし、発光装置の体積を小さくする。
【００５９】
また、凸レンズ４３２の反射光が出射できるようにするために、反射光の光軸方向は、フォーカスレンズ４３１の開口領域に向けている。光收集システム４４０の光均一棒４４１は、フォーカスレンズ４３１の開口領域４３１ｂ（反射集光システムの非集光領域）、レーザアレイ光源４１０の非発光領域及びコリメーターレンズアレイ４２０の開口領域を通る。このように、フォーカスレンズ４３１の出射光束は、凸レンズ４３２により反射されてから、順にフォーカスレンズ４３１の開口領域４３１ｂ、コリメーターレンズアレイ４２０の開口領域及びレーザアレイ光源４１０の非発光領域を通り、最終的に出射する。
【００６０】
（２）本実施例において、発光装置は、波長変換装置４８０をさらに備える。出力が非常に高いレーザは波長変換材料を直接励起すると、高い熱が生じ、特にレーザがガウス分布であり、その波長変換装置の表面での光スポットの光強度の分布が均一ではなく、波長変換材料の発光効率の低下をより招きやすい。本実施例において、光均一棒４４１から出射したレーザは、より均一であり、波長変換材料の発光効率の向上に役立つ。
【００６１】
具体的には、光均一棒４４１の出射光は、レンズ４５０に出射し、コリメートされてから、フィルタ４６０に入射する。フィルタ４６０は、レーザを透過出射し、波長変換装置４８０が出射した変換光を反射することができ、例えば、黄色変換光を発生するように、青色光レーザは黄色光蛍光体を励起し、フィルタは、青色光を透過出射し、黄色光を反射する。レーザは、フィルタ４６０を透過出射してから、レンズ４７０により波長変換装置４８０にフォーカスされ、波長変換材料を励起して変換光を発生する。変換光は、レンズ４７０によりコリメートされてから、フィルタ４６０に入射して反射され、これにより、発光装置は、高輝度の変換光を出射する。
【００６２】
本発明における他の実施形態において、波長変換装置の出射光は、もう一つの光源と光合成することができ、例えば、黄色変換光がもう一つの青色光光源の出射光と混合することで、白色光が得られる。
【００６３】
同様に、図７ａに示された実施例における発光装置に補足光源が加えられてもよい。図７ｂは、図７ａに示された発光装置に補足光源が加えられた後の構造概念図である。図７ｂに示すように、発光装置に補足光源４１０ａが加えられており、当該補足光源４１０ａは、レーザアレイ光源４１０の非発光領域、反射集光システム４３０の非集光領域と同一の直線上に位置し、具体的には、補足光源４１０ａ及びレーザアレイ光源４１０は、反射集光システム４３０の両側に分布している。
【００６４】
ここで、反射集光システム４３０の凸レンズ４３２は、表面にフィルターフィルムがメッキされている必要があり、当該フィルターフィルムは、波長選択フィルターフィルムであってもよく、このとき、対応的に、レーザアレイ光源４１０及び補足光源４１０ａは、異なる波長の光を出射し、それぞれ凸レンズ４３２により反射・透過出射され、又は、凸レンズ４３２の表面のフィルターフィルムは、偏光フィルムであり、このとき、対応的に、レーザアレイ光源４１０及び補足光源４１０ａは、異なる偏光状態の光を出射し、それぞれ凸レンズ４３２により反射・透過出射され、さらに、又は、凸レンズ４３２の表面に角度選択フィルターフィルムがメッキされており、レーザアレイ光源３１０の出射光及び補足光源３５０の出射光が凸レンズ４３２のコーティング面に入射した角度が異なるため、それぞれそれに反射・透過出射される。総じて言えば、レーザアレイ光源４１０及び補足光源４１０ａの出射光はある光学特性が異なるため、凸レンズ４３２は、このような相違を用いて、それぞれ反射・透過出射することができる。このように、補足光源４１０ａの出射光は、凸レンズ４３２を透過出射し、当該凸レンズ４３２により反射されたレーザアレイ光源４１０の出射光と共に光收集システム４４０に入射する。
【００６５】
具体的には、レーザアレイ光源４１０及び補足光源４１０ａはいずれもレーザ光源であり、レーザアレイ光源４１０及び補足光源４１０ａの出射光は、複数の小光束からなり、そのうち、各小光束は、一つのレーザ素子が発した光であり、各小光束は互いに平行し、各小光束内部に一定の発散角がある。
【００６６】
レーザアレイ光源４１０の発光面積が補足光源４１０ａの発光面積よりもだいぶ大きく、両者の出射光の発散角度の差が大きくないため、レーザアレイ光源４１０の出射光のエタンデュは、補足光源４１０ａの出射光のエタンデュよりもだいぶ大きい。レーザアレイ光源４１０及び補足光源４１０ａの出射光は、光均一棒４４１により均光されてから、両者の光均一棒４４１の出光面での光スポットの大きさが同じであるが、エタンデュ保存則によれば、レーザアレイ光源４１０の出射光の発散角は、補足光源４１０ａの出射光の発散角よりもだいぶ大きいため、光均一棒４４１の出射光がさらにレンズ４５０によりコリメートされた後、レーザアレイ光源４１０の出射光の光束の断面積は、補足光源４１０ａの出射光の光束の断面積よりもだいぶ大きい。そのため、レーザアレイ光源４１０の出射光及び補足光源４１０ａの出射光は、エタンデュ分光の形で個別に処理することができる。
【００６７】
具体的には、図７ａにおけるフィルタ４６０の代わりに図７ｂにおける分光素子４６０を用い、また、図７ｂに散乱装置４９０が加えられている。図７ｂに示すように、当該分光素子４６０は、フィルタ４６１及びフィルタ４６１の中央に設置された小反射鏡４６２を含む。ここで、小反射鏡４６２は、鏡面反射鏡、波長選択フィルタ又は偏光片であってもよい。図７ｂに示すように、フィルタ４６１により、レーザアレイ光源４１０の出射光、補足光源４１０ａの出射光を透過出射し、それとともに、波長変換装置４８０が発生した変換光を反射することができる。
【００６８】
補足光源４１０ａの出射光が小反射鏡４６２に入射して散乱装置４９０まで反射されるため、ガウス分布のレーザは、ランバーシアン分布のレーザに散乱され、エタンデュが大きくなる。このため、散乱装置４９０の出射光の大部分は、フィルタ４６１から透過出射し、ほんの一部分は、小反射鏡４６２により反射されて損失される。レーザアレイ光源４１０の出射光の大部分は、フィルタ４６１を透過出射し、波長変換装置４８０に入射して変換光に変換され、ほんの一部分は、小反射鏡４６２により散乱装置４９０に反射される。変換光は、波長変換装置４８０からフィルタ４６１に出射し、フィルタ４６１により反射され、散乱装置４９０の出射光と同一の光路に合成して出射する。
【００６９】
本実施例において、分光素子４６０は、入射光における、レーザアレイ光源４１０の出射光と補足光源４１０ａの出射光とのエタンデュの相違を用いて分光する。実際には、発光装置は、孔を有するフィルタで分光することもできる。この時、波長変換装置４８０と散乱装置４９０との位置は、互換すべきであり、当該フィルタは、レーザアレイ光源４１０の出射光、補足光源４１０ａの出射光を反射すると同時に、波長変換装置４８０が発生した変換光を透過出射する特性を有する。
【００７０】
補足光源４１０ａの出射光がフィルタにおける孔に入射し散乱装置４９０に透過出射するため、ガウス分布のレーザは、ランバーシアン分布のレーザに散乱され、エタンデュが大きくなる。このため、散乱装置４９０の出射光の大部分は、フィルタにより反射され、ほんの一部分は、フィルタにおける孔を透過出射して損失される。レーザアレイ光源４１０の出射光の大部分は、フィルタ４６１により波長変換装置４８０に反射され、変換光に変換され、ほんの一部分は、フィルタにおける孔を透過出射して散乱装置４９０に到達する。変換光は、波長変換装置４８０からフィルタに出射し、フィルタを透過出射し、散乱装置４９０の出射光と同一の光路に合成して出射する。
【００７１】
また、説明しなければならないのは、ここで、光均一棒４４１の代わりに複眼レンズペアを用いてもよく、この時、補足光源４１０ａの出射光が凸レンズ４３２のコーティング面において形成した光スポットの面積を、レーザアレイ光源４１０の出射光が形成した光スポットの面積より小さくする必要がある。このように、凹レンズ４４２を通ってから形成したコリメータ光束は、複眼レンズペアの表面の光スポットに入射し、補足光源４１０ａの出射光が形成した光スポットの面積を、レーザアレイ光源４１０の出射光が形成した光スポットの面積より小さくする必要がある。複眼レンズペアは上記補足光源４１０ａの出射光が形成した光スポットとレーザアレイ光源４１０の出射光が形成した光スポットの面積との比率を変えることはないため、分光素子４６０の表面に入射した補足光源４１０ａの出射光の光スポットの面積を、レーザアレイ光源４１０の出射光の光スポットの面積より小さくする必要があり、両者に対して、エタンデュ分光の形で分光することもできる。
【００７２】
本明細書における各実施例を累進の形式で説明し、各実施例については、主に他の実施例との違いを説明したが、各実施例における同様又は類似の部分について、互いに参照すればよい。
【００７３】
本発明の実施例は、さらに発光装置を含む投影システムを提供し、当該発光装置は、上述した各実施例における構造及び機能を有することができる。当該投影システムには、各種の投影技術を採用することができ、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ，Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）投影技術、デジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ，Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）投影技術が挙げられる。
【００７４】
上述したのは、本発明の実施形態に過ぎず、本発明の特許請求の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面の内容を用いて実現した等価構造又は等価変換フロー、又は他の関連する技術分野における直接又は間接運用は、いずれも、同じ理由で、本発明の特許保護範囲内に含まれる。
【図１】
2016522536.tif 000003
【図２】
2016522536.tif 000004
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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